一种能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构

本发明属于叶片设计，涉及防止颗粒沉积的叶片结构，具体涉及一种能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构。

背景技术：

1、涡轮是航空发动机中动力载荷和热载荷最大的部件之一，其工作环境十分恶劣，从而容易发生故障，涡轮气冷叶片上的颗粒沉积是其产生故障的原因之一。进入发动机的微颗粒会随着主流空气流经压气机，然后，大部分沿主流道经燃烧室后到达气冷叶片。由于燃烧室最高温度能够超过部分微颗粒的熔融温度，所以涡轮入口的微颗粒主要处于固体和熔融两种状态。这些微颗粒在与气冷叶片表面碰撞时，可能发生粘附、反弹、铺展、飞溅等多种现象，从而沉积在叶片表面。

2、这种沉积是由一系列复杂的物理化学变化且随时间推移所导致的，日积月累的沉积，将会严重影响气冷叶片的换热特性，导致涡轮的冷却效率下降，从而使得涡轮叶片工作条件不断恶化，缩短发动机寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供了一种气冷叶片压力面防微颗粒沉积扰流方法，解决现有技术中由于微颗粒容易沉积在气冷叶片表面，导致涡轮的冷却效率下降的技术问题。

2、本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构；所述的气冷叶片包括压力面和前缘，气冷叶片的内部开设有冷气腔和多个气膜孔；所述的气膜孔孔型结构包括气膜孔和气膜孔壁面；所述的气膜孔分为第一孔段和第二孔段，第二孔段的底端为气膜孔进气口，气膜孔进气口与冷气腔相连通；第一孔段的顶端为气膜孔出气口，多个气膜孔的气膜孔出气口沿着横向方向等间距布设于压力面上；所述的第一孔段和第二孔段的连通处为变径处，变径处的孔径为d，变径处到压力面的最小垂直距离为1.85d。

4、本发明还具有如下技术特征：

5、所述的气膜孔出气口的轮廓包括首尾依次相连接的第一直线边、第一曲线边、第二直线边和第二曲线边，第一直线边和第二直线边相平行。

6、所述的第一曲线边和第二曲线边的形状相同且对称，第一曲线边沿着主流的气流流动方向分为两段，每一段的弧度分别为0.156rad和0.072rad；所述的第一直线边的长度为1.98d，所述的第二直线边的长度为1.705d。

7、所述的第一孔段的气膜孔壁面包括第一平面、第一曲面、第二平面和第二曲面；所述的第一平面包括第一类抛物线边，第一类抛物线边由两个对称的半类抛物线边组成，第一类抛物线边的半类抛物线边沿着冷气的气流流动方向分为八段，每一段的弧度分别为0.175rad、0.506rad、0.175rad、0.072rad、0.026rad、0.023rad、0.126rad和0.012rad。

8、所述的第二平面包括第二类抛物线边，第二类抛物线边由两个对称的半类抛物线边组成，第二类抛物线边的半类抛物线边沿着冷气的气流流动方向分为八段，每一段的弧度分别为0.262rad、0.227rad、0.157rad、0.070rad、0.067rad、0.041rad、0.028rad和0.023rad。

9、所述的第一孔段的中轴线与压力面的夹角为30°，第一孔段和第二孔段为同轴设置。

10、所述的气膜孔的孔长为12d。

11、所述的气膜孔的数目为21个。

12、所述的气膜孔出气口到前缘的距离为45d。

13、相邻气膜孔的气膜孔出气口的间距为3d。

14、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

15、本发明的气冷叶片气膜孔孔型结构，能够有效降低气冷叶片压力面的微颗粒沉积率，有效保障压力面上下游气膜孔的冷气出流，进而能够提升气冷叶片的冷却效果。

技术特征：

1.一种能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构；所述的气冷叶片包括压力面(2)和前缘(3)，气冷叶片的内部开设有冷气腔和多个气膜孔(1)；所述的气膜孔孔型结构包括气膜孔(1)和气膜孔壁面；

2.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的气膜孔出气口(104)的轮廓包括首尾依次相连接的第一直线边(10401)、第一曲线边(10402)、第二直线边(10403)和第二曲线边(10404)，第一直线边(10401)和第二直线边(10403)相平行；

3.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的第一孔段(101)的气膜孔壁面包括第一平面(105)、第一曲面(106)、第二平面(107)和第二曲面(108)；所述的第一平面(105)包括第一类抛物线边，第一类抛物线边由两个对称的半类抛物线边组成，第一类抛物线边的半类抛物线边沿着冷气的气流流动方向分为八段，每一段的弧度分别为0.175rad、0.506rad、0.175rad、0.072rad、0.026rad、0.023rad、0.126rad和0.012rad。

4.如权利要求3所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的第二平面(107)包括第二类抛物线边，第二类抛物线边由两个对称的半类抛物线边组成，第二类抛物线边的半类抛物线边沿着冷气的气流流动方向分为八段，每一段的弧度分别为0.262rad、0.227rad、0.157rad、0.070rad、0.067rad、0.041rad、0.028rad和0.023rad。

5.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的第一孔段(101)的中轴线与压力面的夹角为30°，第一孔段(101)和第二孔段(102)为同轴设置。

6.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的气膜孔的孔长为12d。

7.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的气膜孔(1)的数目为21个。

8.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，所述的气膜孔出气口(104)到前缘(3)的距离为45d。

9.如权利要求1所述的能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，其特征在于，相邻气膜孔(1)的气膜孔出气口(104)的间距为3d。

技术总结本发明公开了一种能够防止微颗粒沉积的气冷叶片气膜孔孔型结构，气冷叶片包括压力面和前缘，气冷叶片的内部开设有冷气腔和多个气膜孔气膜孔孔型结构包括气膜孔和气膜孔壁面；气膜孔分为第一孔段和第二孔段，第二孔段的底端为气膜孔进气口，气膜孔进气口与冷气腔相连通；第一孔段的顶端为气膜孔出气口，多个气膜孔的气膜孔出气口沿着横向方向等间距布设于压力面上。该孔型结构能够有效降低气冷叶片压力面的微颗粒沉积率，有效保障压力面上下游气膜孔的冷气出流，进而能够提升气冷叶片的冷却效果。技术研发人员：刘振刚,唐淼,曾令玉,张涛,程龙,阮荣胜,张义轩,刘振侠,吕亚国,胡剑平,高文君,朱鹏飞,张丽芬,吴丁毅受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11