[发明专利]一种带伴随孔结构的新型气膜孔

说明书

技术领域

在航空发动机中，高温部件的冷却设计很大程度上决定了整机性能和可靠性。本发明涉及一种适用于航空发动机及燃气涡轮发动机的涡轮叶片的冷却结构。该结构包括圆柱形的主气膜孔及两个对称的辅气膜孔，可满足新一代高性能航空发动机对于高温部件冷却性能的要求。 

背景技术

目前常见的航空发动机高温部件冷却方式有气膜冷却、对流冷却、发散冷却和复合冷却等。气膜冷却技术是较为常用的冷却方式，如何更有效的组织气膜冷却，减少冷气消耗，提高冷却效果，一直是设计者关注的重要问题。在气膜冷却的研究中，近些年来,为了获得更高的气膜冷却效率,国内外开展了大量的研究。由于传统的圆柱状气膜孔在气膜出流和主燃气混合的过程中会产生肾状涡，肾状涡会加速冷气和周围燃气的掺混，从而减少冷气气膜对热端部件表面的有效覆盖面积，降低了冷却效果，特别是在相对于流动方向的在气膜孔侧向的气膜覆盖上，传统的柱状气膜孔覆盖性能更差。因此，为了提高冷气的覆盖特性及气膜冷却效率，气膜孔的几何形状和排列方式成了气膜冷却技术重点研究的关键问题。目前气膜孔型式的研究大多主要集中在以下几个方面：复合角射流,气膜孔形状,带突片的气膜等。这些研究的结果都表明采用此类气膜孔可有效改善由于圆柱状的气膜冷却孔产生的肾状涡带来的冷气覆盖问题，获得了比传统的圆柱状气膜孔更好的气膜冷却效果。但是这些气膜孔有较为共同的特点是在几何构造上都非常复杂，这些内凹或者外凸的几何特征在加工制造上难度巨大，随之会产生加工工艺和制造成本控制等难题。此外，这些几何特征有可能对涡轮叶片的气动性能造成影响，甚至是增大气动损失，降低发动机效率。本发明提出的是一种带伴随孔结构的新型气膜孔，气膜孔型所采用的几何型式均是等径圆柱孔，故在加工难度上等同于常 规的圆柱气膜孔，该新型冷却孔比常规单圆孔型式的气膜孔的冷却效率要高很多，通过合理的设计与布置，其冷却效率可达到复合角射流气膜孔等其他气膜孔的水平。总之该新型气膜孔不但易于加工而且能获得远比常规圆柱气膜孔高得多的气膜冷却效率，是一种很有实用前景的气膜冷却孔型。 

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于航空发动机涡轮叶片的气膜冷却结构，包括主冷却孔（1）、位于主气膜孔（1）两侧的伴随冷却孔（2），其主要特征是：在每一个主冷却孔（1）两侧各有一个伴随冷却孔（2），这两个伴随冷却孔（2）是对称的，且伴随冷却孔（2）为贯穿孔，并以一个主气膜孔（1）及其两侧对称的伴随气膜孔（2）为一个单元体（5），主气膜孔（1）和伴随气膜孔（2）均为圆柱形，主气膜孔(1)与平板的沿流向角度（α）范围为10°～50°，伴随气膜孔（2）的直径范围为主气膜孔（1）直径（D）的25％～100％，主气膜孔（1）与两侧伴随气膜孔（2）的间距（P1）的取值范围为0.2(D)～2(D)，在进气一侧，主冷却孔（1）和两个伴随孔（2）的中心处于一条直线，出气一侧，伴随孔（2）的角度可以在流向和径向自由变动，伴随气膜孔（2）与主气膜孔（1）的径向角度（β）范围为5°～30°，伴随气膜孔（2）与平板沿流向的角度(α1)范围为10°～45°。 

本发明的气膜冷却结构的优点在于：1）主气膜孔（1）和伴随气膜孔（2）所采用的几何型式都是等径的圆柱孔，因此该新型孔在加工难度上等同于常规的圆柱气膜孔，便于实际应用；2）伴随气膜孔（2）出流产生的涡流与主气膜孔（1）出流产生的涡流相互作用，能削弱主孔出流时产生的肾状涡，使得出流的气膜不过早的与高温主流气体(3)掺混，冷却气体（4）能更多的覆盖在需冷却表面，从而提高冷却气膜覆盖面积问题，获得更高的冷却效率；3）由于主气膜孔（1）侧向出流使得侧压降低，故主气膜孔（1）的流动更多的向两侧扩散，从而使得该孔型的整体气膜覆盖率大大提高；4）在特定的吹风比以及主、辅孔的出流比范围内还能有效地减少气动损失和提高效率。本发明的以上诸多特点可充分说明该孔型是一种冷却效 率高且易于加工的新型孔型。 

附图说明

图1本发明的结构俯视图 

图2本发明的结构示意图 

图3本发明的侧视示意图 

图中：    1.主气膜孔    2.伴随气膜孔    3.高温主流    4.冷却气体 

         5.结构单元体 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。