[其他]在空心翼上制造薄膜冷卻槽的方法

在審

• 申請號: 101986000008855
• 申請日: 1986-12-23
• 公開（公告）號: CN1006136B
• 公開（公告）日: 1989-12-20
• 發明（設計）人: 羅伯特·尤金·菲爾德
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖爾剛

空心翼有一條在翼壁中縱向延伸的槽，槽的出口在翼的外表面上。在此翼的制造過程中，通過加工出一條由外表面到內表面完全貫通翼壁且與槽相貫的通道，形成一個從翼內冷卻介質空腔到槽的調節通道，以將定量的冷卻介質流體輸送到槽中。用一個塞子或用焊合的辦法將通道在槽與翼外表面之間的部分堵塞。用這種制造方法可以在沒有通向翼內部的入口的情況下作出為將冷卻流體從翼內導入槽中所需的調節通道。從翼內流出的冷卻流體經未被堵塞的那一部分通道流入槽中，隨即經過槽流到翼外，形成一層覆蓋在翼表面的冷卻薄膜。

本發明涉及翼的制造。

眾所周知，把從一個內腔出發，流經許多小通道的冷卻空氣傳給翼的外表面，可以使翼的外表面得到冷卻。我們所期望的是，離開通道的空氣在通道口順流方向盡可能長的距離上夾帶在翼表面上的附面層中，從而在熱的主氣流和翼表面之間形成一層冷卻空氣保護膜。通道軸線與翼表面的夾角以及它與流經通道出口處翼表面的熱氣流的流向的關系是影響薄膜冷卻效率的重要因素。薄膜冷卻效率E定義為主氣流溫度（Tg）與在順流方向距通道出口距離為X處的冷卻薄膜的溫度（Tf）的差值除以主氣流溫度與通道出口處（即X＝0處）的冷卻介質的溫度（Tc）的差值，則，E＝（Tg-Tf）/（Tg-Tc）。薄膜冷卻效率隨距通道出口的距離X的增加而迅速降低。在盡可能長的距離和盡可能大的表面積上保持高的薄膜冷卻效率是翼的薄膜冷卻的主要目標。

在這項技術中，眾所周知的是：冷卻發動機的翼只能使用極少量的冷卻空氣，因為冷卻空氣是從空氣壓縮機中獲得的工作流體，它在氣流通道中的損失會急劇降低發動機的效率。翼的設計者們面臨的問題是，用規定的最大冷卻流體流量冷卻所有的發動機翼。從一個內腔流經各單個冷卻通道進入氣流通道的流體的量是由冷卻通道的最小橫截面（調節面）控制的。一般都把調節面設在通道與內腔相貫處。假設內部和外部的壓力是不可調的，或者至少是設計者所不能控制的，那么全部冷卻通道以及從翼導出的小孔的調節面的總和就控制著從翼中流出的冷卻介質的流量。設計者的任務就是確定通道的尺寸和通道之間的間距，以及通道的形狀和排列方向，以便使翼的全部表面的溫度都保持在臨界設計溫度以下。這個臨界設計溫度是由翼的材料性能、最大應力和壽命必要條件所決定的。

從理論上說，期望用冷卻空氣的薄膜覆蓋100%的翼表面，然而，離開通道口的空氣所形成的冷卻薄膜帶一般不比或者很難比垂直于氣流方向的通道口尺寸更寬。對冷卻通道的數量、尺寸和間距的限制使得這種保護膜產生了裂縫和/或產生了薄膜冷卻效率低的區域，這樣就可能產生局部的熱斑。翼的熱斑是限制發動機工作溫度的一個因素。

霍華爾德（Howald）的美國專利第3，527，543號使用圓形橫截面的、漸擴的錐形通道，以增加附面層中夾帶的來自給定通道的冷卻介質的量。這些通道還最好安排在一個縱向延伸的平面上或者部分地朝著氣流的方向，以使冷卻介質在離開通道順流運動時沿縱向擴散。盡管如此，煙霧流顯形試驗和發動機實物檢則已經表明：從一個橢圓形通道出口（即霍華爾德，Howald）出來的冷卻介質膜的縱向寬度在冷卻介質噴射到翼表面之后最多只在縱向繼續擴展大約一個通道口短徑的長度。由于這一事實，加上通道之間的縱向間距一般是通道口直徑的三至六倍，結果在縱向間隔的通道之間及其順流方向的翼表面就不能接受到那排通道噴出的冷卻流體。在霍華爾德（Howald）的US3，527，543專利中所述的那種圓錐形的、帶角度的通道所提供的覆蓋范圍可能至多不大于70%（在兩相鄰的噴孔中心之間被冷卻介質覆蓋的距離的百分數）。