叶片是航空发动机压气机和涡轮气流通道内实现气流功能转换与改变气流方向的重要零件。发动机工作中，叶片一般承受气动力、离心力、温度（热），以及外物撞击等载荷作用。叶片断裂是航空发动机叶片典型失效模式，断裂形式与叶片结构、工作环境和载荷有关，主要有叶身截面断裂、榫头部位断裂、叶尖掉角等，如图所示。 

叶片断裂形式示意图

根据叶片工作环境和承受载荷情况，叶片断裂的类型有：①低循环疲劳断裂。在发动机起动—工作—停车循环过程中，风扇、压气机叶片和涡轮叶片的榫头部位、冷却孔等应力集中部位因大的循环载荷作用萌生裂纹，在后续使用中，裂纹逐渐扩展，直至叶片剩余强度不足在工作载荷下发生断裂。②高循环疲劳断裂。该类型在叶片断裂中占绝大多数。风扇/压气机叶片工作环境中流场不均匀以及流场不稳定产生的气动激振力很容易导致叶片大振动甚至颤振，燃烧室燃烧不稳定、出口气流不均匀等可能激起涡轮转子叶片强烈振动，这些振动均有可能引起叶片高循环疲劳断裂。外物损伤、沙尘磨蚀、氧化、腐蚀、烧蚀会降低叶片的疲劳性能，恶化叶片的工作条件，增加叶片出现高循环疲劳断裂的风险。叶片振动引起的高循环疲劳断裂一般经历时间较短，也有一定的突发性。③蠕变/应力断裂。涡轮叶片高温载荷最突出，工作温度通常接近材料极限工作温度，在长时工作载荷下可能引起叶片蠕变/应力断裂。氧化、腐蚀、烧蚀会进一步降低叶片的蠕变/应力断裂寿命。蠕变/应力断裂发生主要与高温的时间和载荷有关，温度对寿命的影响十分显著。④外物撞击引起的断裂。风扇叶片处于发动机进口处，特别是风扇进口导叶和第一级转子叶片，易被发动机吸入的外来物（砂石、冰块、鸟）撞击。叶片在外物撞击后，一方面叶片可能在外物冲击载荷下发生断裂；另一方面叶片受冲击损伤后，疲劳性能下降，可能在气动、离心力以及振动载荷下发生疲劳断裂。外物撞击引起的叶片断裂与损伤程度有关，有一定的突发性。

航空发动机叶片断裂可能引起严重后果：①导致叶片失速甚至引起发动机喘振，发动机气动性能下降；②引发空气系统的引气及排放条件发生改变，进而引发燃气倒灌，轴承载荷改变，轴承腔滑油泄漏，转静子碰磨等故障；③断裂碎片可能引发同级叶片及后排叶片的断裂损伤，甚至出现全台压气机或涡轮叶片“剃光头”的现象；④叶片断裂飞出会引发转子不平衡，进而引发振动超限、转静子碰磨、构件疲劳失效等；⑤断裂叶片飞出可能引起非包容事件，引发机毁人亡重大事故。

针对航空发动机叶片断裂问题，早期通过材料力学方法计算分析、强度试验、应变和温度测量、发动机整机试验来设计与验证，并从冶金、加工工艺和无损检测等入手，最大限度地提高叶片抗疲劳能力。从20世纪70年代开始，随着有限元等数值仿真方法的成熟与发展，结构三维应力应变及损伤分析、结构动力特性分析得到推广普及，叶片流致振动响应、抗外物损伤等也在工程中得到应用。为降低叶片断裂风险，要优化结构，降低叶片应力水平和激振强度；采用更高效的冷却技术，降低涡轮叶片温度；采用调频方法，避免叶片工作中出现共振；增加阻尼结构，进行减振设计；采用错频装叶片、改变叶型等方法防止叶片颤振；改进前缘设计，加强叶片抗外物损伤的能力；叶片选用具有更高热强度的材料；采取表面强化、喷涂抗氧化和抗热腐蚀涂层等工艺措施。