冲蚀是指材料表面受到来自气流或液流携带的固体颗粒冲击以致材料表面出现的一种渐进性磨损类型。当运输机或直升机在多砂的地理环境飞行或遭遇砂尘天气时,空气中的砂尘将不可避免地被吸入发动机。即便现代直升机配装的涡轴发动机增配了粒子分离器,仍然有一定量砂尘能进入发动机压气机,其会以极高的相对速度（250?400 m/s）冲击转子叶片,导致转子叶片产生严重的冲蚀损伤,其损伤的机理还不十分明晰。冲蚀率是指被去除的材料质量与冲蚀材料表面的砂尘质量之比,通常是评价材料抗冲蚀损伤能力的指标,现有的冲蚀率预测模型无法准确预估高速冲蚀条件下的冲蚀率。因此,研究砂尘的高速冲蚀损伤机理,发展高精度的冲蚀率预测模型,解决压气机转子叶片冲蚀损伤预测问题,为压气机叶片的抗冲蚀设计、防护、外场使用等提供理论基础与分析手段。钛合金为常见的压气机转子叶片材料,本文采用理论与试验相结合的方法,针对TC4钛合金材料及叶片开展砂尘高速冲蚀损伤机理及规律、冲蚀率预测模型等研究。论文的主要工作与成果如下:（1）通过开展在250 m/s至400 m/s条件下单颗砂粒高速冲击钛合金平板试样的试验,测量试样材料表面损伤部位的三维形貌,分析砂粒的破碎、冲击速度与冲击角度等因素造成损伤的影响规律。结果表明:在冲击条件相近时,破碎砂粒造成的损伤明显低于未碎砂粒,破碎砂粒相较未碎砂粒而言,在冲击速度较低的情况下更容易出现微切削现象;低冲击角条件下,砂粒碎屑造成损伤的区域明显大于高冲击角条件,而砂粒碎屑对材料表面造成的损伤凹坑体积均相对较小。砂粒的冲击速度在能影响材料的损伤因素中占主导地位,冲击角直接决定材料损伤模式,表现为微切削、犁削与挤压变形等类型。（2）通过对现有试验设备进行砂尘平均冲击速度提高、设备中喷砂枪的耐磨损性改善等优化设计,使砂尘平均冲击速度达到335 m/s,喷砂枪耐磨损性提高了2倍。在此基础上,针对钛合金平板试样与单个叶片开展了大量砂尘高速冲蚀试验,通过分析其冲蚀率、质量损失率与微观损伤特征随冲击条件的变化规律,揭示了叶片受砂尘高速冲蚀损伤机理。结果表明:针对钛合金平板试样,低冲击角下材料损伤类型主要为微切削;冲击角增加至45°时,材料出现了挤压与犁削损伤,也出现了凹坑更深的切削损伤;凹坑周围材料堆积物被后续砂尘冲击脱落是在较高冲击角条件下材料被去除的主要原因。冲蚀率与冲击速度、砂尘平均粒径呈指数正相关。针对钛合金单个叶片,在低砂尘攻角条件下,叶片的叶盆主要受切削损伤,随砂尘攻角增大,其受损模式为切削、犁削与挤压变形并存,而挤压变形是叶片前缘部位的主要受损模式。（3）开展了基于钛合金冲蚀损伤机理的冲蚀率概率预测模型研究,考虑了在砂尘冲蚀过程中冲击速度、粒径、动能和破碎等随机因素,提出了一种能适用于冲击条件满足概率特征的冲蚀率预测数学模型。结合单颗砂粒高速冲击钛合金平板试样的试验数据,得到了砂尘冲击动能与破碎率的函数;通过开展砂尘质量与粒径测量,统计得到了砂尘粒径与质量之比的概率分布;通过开展不同粒径范围砂尘的喷砂速度测量试验,得到了各个粒径区间的冲击速度的概率分布。将上述概率关系代入基于钛合金冲击损伤机理的冲蚀率预测基本公式,得到满足概率特性的冲蚀率预测模型。经计算得到各个冲击角对应的冲蚀率预测值与试验值偏差范围在1.4%至9.0%之间,表明该模型有较高的有效性与正确性。（4）开展了叶片高速旋转砂尘冲蚀试验,得到了叶片受砂尘冲蚀位置分布,测量计算了叶片的冲蚀率。结合高速旋转冲蚀试验中的投砂方式、叶轮转速与叶栅气动参数等,采用旋转部件中叶片受砂尘冲蚀位置预测分析软件,计算得到了叶片受砂尘冲蚀位置坐标、冲击速度、角度等结果,通过对此结果做进一步统计分析,由此确定了砂尘冲蚀位置分布、冲击速度、冲击角度等概率模型。结合粒径与质量概率关系,由已知的砂尘粒径分布计算得到了质量分布。在此基础上,通过上述概率模型,计算得到砂尘的冲击速度、角度、粒径、质量、动能、破碎率、破碎影响因子等冲击条件。将砂尘的冲击条件代入至钛合金冲蚀率概率预测模型,算得了叶片冲蚀率,以此提出了叶片在高速旋转条件下的冲蚀率预测方法。据此方法预测的叶片冲蚀率与试验结果相差3.9%至8.6%,该方法可满足工程应用的基本要求。本文研究工作所获得的钛合金叶片受砂尘高速冲蚀损伤机理及规律与冲蚀率预测方法,对进一步完善我国发动机压气机叶片的抗冲蚀能力设计与外场维护具有重要指导意义。