[实用新型]叶尖凹槽气膜孔冷却结构

说明书

本实用新型提供了一种叶尖凹槽气膜孔冷却结构，用于航空发动机涡轮叶片，所述航空发动机涡轮叶片的叶尖布置有若干气膜孔，每一所述气膜孔的出口设置有扩张型叶尖凹槽，所述叶尖凹槽包括两个侧面、前壁面和底面，所述两个侧面对称地向外扩张；所述气膜孔的出口起始端的深度为δ1，所述叶尖的壁厚为δ，其中δ1≤2/3δ；所述叶尖凹槽出口处的深度为δ2，其中δ2>0。本实用新型叶尖凹槽气膜孔冷却结构在叶尖气膜孔出口设置扩张型凹槽结构，冷气从气膜孔喷出后，冷气在凹槽内可顺着射流方向贴着凹槽壁面流动，从而降低了射流的法向速度分量，使得气膜能很好地贴附在气膜孔出口的下游凹槽表面。

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，特别涉及一种叶尖凹槽气膜孔冷却结构。

背景技术

在航空发动机领域中，为了获得更好的热效率，航空发动机涡轮前的燃气温度需要不断提高。这就使得涡轮叶片面临着日趋恶劣的工作环境。尤其是对于高压涡轮转子叶片，在高温高压环境下持续高速旋转。为了保证涡轮安全可靠的工作，除了不断发展新材料和新工艺以外，还必须对涡轮叶片采取高效的冷却措施。

常见涡轮转子叶片多采用内部蜿蜒通道及扰流强化装置，以及外部气膜冷却的复合冷却结构形式。但是，诸多的冷却结构多是布置于叶身位置，对于转子叶片叶尖区域很少有较为有效的冷却结构形式。

图1为常规叶尖气膜冷却结构的示意图。图2为常规叶尖气膜冷却结构的俯视图。图3为图2中沿D-D线剖开的剖视图。如图1至图3所示，目前常见的涡轮转子叶片叶尖区域的冷却，大多是在叶片压力面靠近叶尖位置10处布置有气膜孔11。在叶片叶尖区域存在非常强烈的三维流动，冷气从气膜孔喷出后与燃气发生剧烈掺混作用，使得冷气很难贴附壁面流动，叶尖12区域冷却效果不佳。

如上所述，本领域技术人员针对常见叶尖气膜孔冷却结构，亟待于提出改进措施，以期增强叶尖冷却效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中叶尖气膜孔冷却结构的冷却效果不佳等缺陷，提供一种叶尖凹槽气膜孔冷却结构。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种叶尖凹槽气膜孔冷却结构，用于航空发动机涡轮叶片，其特点在于，所述航空发动机涡轮叶片的叶尖布置有若干气膜孔，每一所述气膜孔的出口设置有扩张型叶尖凹槽，所述叶尖凹槽包括两个侧面、前壁面和底面，所述两个侧面对称地向外扩张；

所述气膜孔的出口起始端的深度为δ1，所述叶尖的壁厚为δ，其中δ1≤2/3δ；所述叶尖凹槽出口处的深度为δ2，其中δ2>0。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的两个侧面与所述气膜孔的出口圆弧相切，所述叶尖凹槽的两个侧面与所述气膜孔的中心线夹角的取值范围为10°-30°。

根据本实用新型的一个实施例，所述气膜孔的径向夹角的取值范围为20°-90°，所述气膜孔的轴向夹角的取值范围为20°-90°。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的底面与所述气膜孔的中心线形成的夹角小于等于所述气膜孔的径向夹角。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的底面与所述气膜孔的中心线形成的夹角的取值范围为5°-25°。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的前壁面为一圆弧面。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的前壁面为一平面，所述前壁面的宽度大于等于所述气膜孔的直径。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的前壁面在所述气膜孔的出口的最下端位置处与所述气膜孔的出口轮廓相切。

根据本实用新型的一个实施例，所述叶尖凹槽的前壁面与叶片壁面形成的夹角为90°。