[發明專利]一種有漩渦發生器的航空發動機渦輪氣膜冷卻孔

有效

• 申請號: 202110298612.3
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113006879B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 曹志遠;郭偉;陳佳窈;俞樾
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種有漩渦發生器的航空發動機渦輪氣膜冷卻孔，葉片氣膜冷卻孔在各渦輪葉片上有多個，分別排布在各渦輪葉片于渦輪端壁上；位于渦輪葉片上的葉片氣膜冷卻孔沿所在渦輪葉片的展向排布，位于渦輪端壁上的葉片氣膜冷卻孔沿所述渦輪端壁的圓周排布；所述氣膜冷卻孔為擴張型氣膜冷卻孔和圓柱型氣膜冷卻孔；其特征在于，所述位于渦輪端壁上的葉片氣膜冷卻孔分為多個氣膜冷卻孔組，各氣膜冷卻孔組分別位于相鄰的渦輪葉片之間；在所述各氣膜冷卻孔內固定有旋渦發生器；所述旋渦發生器為圓弧形板；該圓弧的半徑為20D～25D，D為所述氣膜冷卻孔氣流進口的直徑；該旋渦發生器弧長兩端之間的圓心角a＝3°～5°；所述旋渦發生器的下端面為弧面，該下端面的弧度與所配合的氣膜冷卻孔內表面的弧度相同；

當所述旋渦發生器安裝在擴張型氣膜冷卻孔內時,該旋渦發生器安裝在擴張段內下表面，并使該旋渦發生器前緣與尾緣之間的中點與該氣膜冷卻孔出口幾何中心的距離為0.25L₁；所述旋渦發生器的前緣朝向該氣膜冷卻孔的氣流進口，使該旋渦發生器的尾緣朝向該氣膜冷卻孔的氣流出口；所述旋渦發生器前緣與尾緣之間中點的切線與該擴張段過氣膜冷卻孔幾何中心的縱切面之間形成線面角θ，θ＝45°～65°；

所述旋渦發生器的凹面對應該氣膜冷卻孔的出口；

當所述旋渦發生器安裝在圓柱型氣膜冷卻孔內時,所述旋渦發生器位于在該圓柱型氣膜冷卻孔內下表面，并使該旋渦發生器前緣與尾緣之間的中點與該氣膜冷卻孔出口處中心的距離為0.25L₂，并使該旋渦發生器的前緣朝向該氣膜冷卻孔的進口端，使該旋渦發生器的尾緣朝向該氣膜冷卻孔的出口端；所述旋渦發生器圓弧中點的切線與該擴張段過中心線的縱切面之間形成線面角γ為45°～65°；所述旋渦發生器的凹面對應該氣膜冷卻孔的出口；

所述位于兩個渦輪葉片之間有兩組氣膜冷卻孔中的中第一組端壁氣膜冷卻孔沿該端壁的周向排布；各相鄰端壁氣膜冷卻孔之間的中心距為2.3D，并使該第一組中第一個端壁氣膜冷卻孔的中心距離葉片吸力面根部1.5D；所述第一組各端壁氣膜冷卻孔的中心位于該端壁的-10％C_X～15％C_X處，并在-10％C_X～15％C_X中任意布置；所述C_X為所述渦輪葉片的軸向弦長；第二組端壁氣膜冷卻孔分布位置：在排布第二組端壁氣膜冷卻孔時，使該第二組端壁氣膜冷卻孔中的各孔沿所述渦輪葉片的壓力面排布；該組中第一個端壁氣膜冷卻孔的圓心距離該端壁進氣端的距離為所述渦輪葉片的軸向弦長25C_X％，該組中其余各相鄰端壁氣膜冷卻孔的中心距均為10C_X％；第二組中各端壁氣膜冷卻孔圓心至所述壓力面的距離在1.5～2D的范圍內任意分布；

所述位于渦輪葉片上的葉片氣膜冷卻孔有15排，每排葉片氣膜冷卻孔數量相同，為18～20個；其中第1～第6排分布在吸力面，第7～第15排分布在壓力面，并使各葉片氣膜冷卻孔的氣流出口分別與所在渦輪葉片吸力面與壓力面之間的空腔貫通；位于所述吸力面的各排葉片氣膜冷卻孔中，第1排葉片氣膜冷卻孔的中心至第6排葉片氣膜冷卻孔的中心分別位于該渦輪葉片軸向弦長的20％C_X，16％C_X，12％C_X，4％C_X，2％C_X和1％C_X處；第7排葉片氣膜冷卻孔的中心至第15排葉片氣膜冷卻孔的中心分別位于該渦輪葉片軸向弦長的1％C_X，3％C_X，6％C_X，10％C_X，20％C_X，30％C_X，46％C_X，56％C_X和75％C_X處；所述渦輪葉片上第1排～第15排的氣膜冷卻孔的噴射角β依次為50.0°，43.5°，41.0°，90.0°，90.0°，90.0°，90.0°，90.0°，90.0°，34.0°，30.0°，40.0°，37.0°，30.0°，34.0°；

第1排至第4排中各列葉片氣膜冷卻孔的中心、第10排至第15排中各列葉片氣膜冷卻孔的中心在該渦輪葉片展向的位置相同，其中第1列葉片氣膜冷卻孔的中心位于該渦輪葉片展向的4％，其余各相鄰葉片氣膜冷卻孔的中心距為該渦輪葉片展向的4.7％；

第5排至第9排中各列葉片氣膜冷卻孔交錯排列，使交錯的距離為該渦輪葉片展向的2.4％；所述第5排至第9排中第1列葉片氣膜冷卻孔圓心距端壁的距離為依次為該渦輪葉片展向的6.4％、4％、6.4％、4％、6.4％；

所述旋渦發生器一個側邊為該旋渦發生器的前緣；該前緣的高度為0.3D，該旋渦發生器另一個側邊為該旋渦發生器的尾緣；該尾緣的高度為0.5D；所述旋渦發生器的厚度為0.5mm。