[發(fā)明專利]具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料、其加工方法及應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN110388235A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文武;張?zhí)鞚?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大艾激光科技有限公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/28
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 李花

本申請公開了一種具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料、其加工方法及應(yīng)用，屬于材料領(lǐng)域。該具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料中，異型氣膜孔深度大于等于5毫米和/或異型氣膜孔深度大于等于異型氣膜孔中至少一個位置的直徑的10倍。異型氣膜孔包括第一通道和第二通道；第一通道與第二通道相通，第一通道和第二通道共同構(gòu)成具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料中的通孔。該具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料有效解決了大厚度結(jié)構(gòu)的異型氣膜孔加工和應(yīng)用難題，該材料的任意形狀的表面都可以方便的施加氣膜效應(yīng)，具有良好的氣動性能，可以達(dá)到良好的溫控、減阻和減重效果，在工程結(jié)構(gòu)上具有廣泛的應(yīng)用，可以解決一系列的工程矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料、其加工方法及應(yīng)用，屬于材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氣膜孔是一種傾斜于結(jié)構(gòu)表面的孔，通過氣體噴射，形成覆蓋工件的氣膜，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度和阻力的效果。航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片使用各種氣膜孔，很好地解決了高溫合金葉片主動氣膜冷卻的問題。氣膜孔的入射端一般設(shè)計為小直徑，出射端可以與入射端保持同樣的直徑(如簡單直圓孔)，也可以采用三維擴(kuò)散孔，被稱為異型孔。優(yōu)化設(shè)計的復(fù)雜異型孔符合氣動力學(xué)要求，單孔的氣膜效果可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于簡單直圓孔，比如，同等噴氣量下，其單孔冷卻面積可以大于直圓孔20倍，氣膜的帖服性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于簡單孔，減阻方面有類似的效果。因此，在發(fā)動機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片上使用復(fù)雜異型氣膜孔是先進(jìn)有效的冷卻技術(shù)。

復(fù)雜異型孔需要傾斜于表面15-45度，以便更好地形成氣膜帖附。此外，高質(zhì)量的復(fù)雜異型孔需要實現(xiàn)小于0.1毫米的加工分辨率，以滿足氣動力學(xué)性能所需的光滑過渡。因此，由于高功率激光的加工分辨率可以很容易達(dá)到0.05毫米以下，復(fù)雜異型孔普遍采用脈沖激光升華式去除加工，即高強(qiáng)度激光聚焦于工件，工件材料升華去除，掃描激光，一層層去除材料，類似于機(jī)械銑削，加工出光滑過渡的三維復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)。激光加工有深度能力限制，目前的激光加工技術(shù)在厚度大于5毫米后，加工效率大為降低，大于10毫米則很難實現(xiàn)。傾角越大氣膜帖附效應(yīng)越好，但傾斜后打孔會使打孔的厚度增加，尤其是大傾角時，如30度傾角會使打孔厚度加倍。因此，受限于激光的深度能力，復(fù)雜異型氣膜孔一般用于較薄的結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)的厚度一般在5毫米以內(nèi)，打孔的深度一般在0-6毫米左右。復(fù)雜異型氣膜孔要實現(xiàn)卓越的氣動性能，就必須具備100微米以內(nèi)的加工分辨率，激光加工是主流工藝，但激光加工復(fù)雜異型氣膜孔，直接以小直徑穿越大厚度結(jié)構(gòu)很困難，因為目前的激光加工加工深度能力在10毫米左右或深徑比小于20：1。

如果厚度>5毫米也能使用復(fù)雜異型氣膜孔，將大大擴(kuò)展氣膜孔的應(yīng)用范圍，因為厚度增加后，可以增大部件的總體強(qiáng)度，用于大型結(jié)構(gòu)。但當(dāng)前的加工手段很難實現(xiàn)超大厚度氣膜孔加工，尤其是復(fù)雜異型氣膜孔加工。本發(fā)明揭示大厚度結(jié)構(gòu)材料使用異型氣膜孔的方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料，該具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料有效解決了大厚度結(jié)構(gòu)的異型氣膜孔加工和應(yīng)用難題，該材料的任意形狀的表面都可以方便地施加氣膜效應(yīng)，具有良好的氣動性能，可以達(dá)到良好的溫控、減阻和減重效果，在工程結(jié)構(gòu)上具有廣泛的應(yīng)用，可以解決一系列的工程矛盾。

所述具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料，其特征在于，所述具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料中，異型氣膜孔深度大于等于5毫米和/或異型氣膜孔深度大于等于所述異型氣膜孔中至少一個位置的直徑的10倍。所述異型氣膜孔包括第一通道和第二通道；所述第一通道與所述第二通道相通，所述第一通道和所述第二通道共同構(gòu)成所述具有異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的材料中的通孔。

優(yōu)選地，所述異型氣膜孔深度為所述異型氣膜孔中至少一個位置的直徑的10倍以上。

優(yōu)選地，所述異型氣膜孔結(jié)構(gòu)的總體深度為5毫米至10000毫米；和/或所述異型氣膜孔深度為所述異型氣膜孔中至少一個位置的直徑的10倍以上。

優(yōu)選地，所述異型氣膜孔中至少一個位置的直徑為異型氣膜孔的最小直徑。