[发明专利]导向叶片及具有其的涡轮导向器

说明书

本发明提供的导向叶片，包括叶片主体以及冲击管体，所述叶片主体具有叶片前缘以及叶片尾缘及由其围设成空心结构，所述叶片尾缘开设有用于排出冷却气流的排气缝，所述冲击管体为空心结构，所述冲击管体内嵌于所述叶片主体中，冲击管体外壁与叶片主体内壁之间留有间隙，所述冲击管体上开设有若干冲击孔，其中，所述叶片主体内壁设有若干第一沙丘扰流柱，所述第一沙丘扰流柱具有迎风面，所述迎风面设置在所述第一沙丘扰流柱远离所述排气缝的一侧利用第一沙丘扰流柱增大了扰流柱表面与冷却气流的接触面积，增加了冷却气流的湍流数目，在增大换热面积、强化冷却气流湍流的同时也不会提高风阻，提高导向叶片整体的换热效果。

技术领域

本发明涉及航空发动机冷却领域，特别是涉及一种导向叶片及具有其的涡轮导向器。

背景技术

高性能航空发动机包括一种紧凑高效的导向叶片，高性能航空发动机在运行时，其涡轮进口处温度高，涡轮导向器叶片在温度高达1800K甚至2000K的燃气中工作，任何材料都不能长时间在如此恶劣的环境下工作，已超过导向叶片的材料允许温度，使用时须对导向叶片进行冷却设计以保证其安全可靠的工作。所以将导向器叶片掏空，在内部通入温度较低(800K左右)的冷却气流，从而降低叶片壁面和整体涡轮导向器的温度。目前用于航空发动机涡轮导向器叶片冷却的基本冷却结构主要有气膜冷却、冲击冷却、肋壁强化换热、扰流柱强化换热等，其基本冷却原理是冷气从叶片顶部进入叶片内部，通过内部冷却通道，对叶片的内表面实施有效的冷却。一部分冷气通过冲击孔，以冲击冷却的形式对叶片前缘内表面进行冷却；一部分通过气膜孔流出，在涡轮叶片表面形成一层冷气薄层，对叶片外表面进行有效的保护。同时，气体经过扰流柱，被扰动强化换热进一步降低叶片温度后排出。

随着航空发动机技术的飞跃发展，航空发动机压气机增压比以及涡轮前进口温度均大幅提高，这必然导致涡轮导向器叶片所受到的热负荷急剧增加，而使其承受非常严重的热应力。为解决这个问题，除了不断发展新材料和新工艺以外，决定性的因素之一是对涡轮导向器叶片采用先进的高效强化冷却技术。涡轮导向器叶片的冷却技术主要从两个方面进行：一是强化涡轮叶片内部冷却空气的扰动，增加涡轮叶片内部的换热面积，二是在叶片表面采用气膜冷却，以有效阻隔高温燃气对涡轮叶片的对流换热。

国内外对涡轮导向器叶片内部强化换热技术进行了大量的研究，其核心思想和采取的措施均围绕着增大叶片内部换热面积，强化叶片内部冷却的空气的扰动开展的。传统的涡轮叶片内部强化换热大部分采用在涡轮叶片内部加装粗糙肋片或者加装圆柱型扰流柱，以强化换热。但这些结构存在以下不足之处：(1)冷却空气流经这些结构时流阻损失较大，使得涡轮导向器叶片在相同的进口压力下冷却空气不足以满足对叶片冷却的需求；(2)换热效果不佳，由于较大的流阻损失使得冷却空气较少，从而限制了换热效果。

发明内容

基于此，有必要针对涡轮叶片通过增大叶片内部换热面积、强化内部冷却空气扰动限制换热效果的技术问题，提供一种导向叶片及具有其的涡轮导向器。

本发明提供的一种导向叶片，包括叶片主体以及冲击管体，所述叶片主体具有叶片前缘以及叶片尾缘，由所述叶片前缘以及所述叶片尾缘围设成空心结构，所述叶片尾缘开设有用于排出冷却气流的排气缝，所述冲击管体为空心结构，所述冲击管体内嵌于所述叶片主体中，所述冲击管体的外壁与叶片主体内壁之间留有间隙，所述冲击管体上开设有若干冲击孔，其中，所述叶片主体内壁设有若干第一沙丘扰流柱，所述第一沙丘扰流柱具有迎风面，所述迎风面设置在所述第一沙丘扰流柱远离所述排气缝的一侧。

在其中一个实施例中，所述冲击管体的外壁设有若干第二沙丘扰流柱，所述第二沙丘扰流柱的迎风面与冷却气流相向设置。

在其中一个实施例中，所述第一沙丘扰流柱和/或所述第二沙丘扰流柱的高度为0.5～1.0mm。

在其中一个实施例中，所述第一沙丘扰流柱和/或所述第二沙丘扰流柱为新月形沙丘。