本發(fā)明專利技術(shù)涉及航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)及方法，包括位于渦輪葉片中弦區(qū)的S型流道；S型流道包括多個順次連通的流通腔，各流通腔之間設(shè)有流道擋板；在各流通腔內(nèi)設(shè)有螺旋扭片，在流道擋板的上方設(shè)有導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片為C型結(jié)構(gòu)且開口朝向所述流道擋板，導(dǎo)流葉片的兩端分別與相鄰兩側(cè)的螺旋扭片端部連接；螺旋扭片包括與流體接觸的內(nèi)壁面，以及與內(nèi)壁面相對的外壁面；在內(nèi)壁面上分布有多個弧形凸起，在外壁面上設(shè)有多個弧形凹坑。本發(fā)明專利技術(shù)延長冷卻氣體與流道壁面的接觸距離，降低冷卻氣體在通道內(nèi)的流動速度，有效提高渦輪葉片的冷卻效果，進(jìn)而提高渦輪葉片的整體性能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及航空發(fā)動機(jī)冷卻，具體涉及一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)及方法。
技術(shù)介紹
1、在航空發(fā)動機(jī)及類似高功率密度設(shè)備的設(shè)計中，渦輪葉片的冷卻技術(shù)一直是一個至關(guān)重要的研究領(lǐng)域。渦輪葉片作為發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵部件，承受著極高的溫度和壓力，因此其冷卻效果直接影響到發(fā)動機(jī)的性能和壽命。
2、傳統(tǒng)的渦輪葉片冷卻技術(shù)通常采用冷氣沖擊的方式，通過向葉片內(nèi)部或表面噴射冷氣來降低葉片的溫度。然而，在冷氣沖擊過程中，由于流道結(jié)構(gòu)的特定設(shè)計，冷氣在流道內(nèi)的流動往往呈現(xiàn)出較快的速度。這種高速流動狀態(tài)導(dǎo)致冷氣與流道面的接觸時間大大減少，進(jìn)而降低了冷氣的熱交換效率，即冷卻效果。
3、具體而言，當(dāng)冷氣以較快的速度通過中弦區(qū)葉身流道時，由于流動慣性和流道形狀的約束，冷氣難以充分與流道壁面進(jìn)行熱交換。這種現(xiàn)象不僅導(dǎo)致了冷氣對葉片的冷卻作用減弱，還可能引發(fā)流道內(nèi)的流動不穩(wěn)定，進(jìn)一步影響發(fā)動機(jī)的工作效率和安全性。
4、對此本方案提出了一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)及方法，延長冷卻氣體與流道壁面的接觸距離，進(jìn)而使冷卻氣體與壁面的接觸時間更長，有效提高渦輪葉片的冷卻效果，提高渦輪葉片的整體性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)意在提供一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)及方法，在不改變渦輪葉片流道結(jié)構(gòu)的前提下，延長冷卻氣體與流道壁面的接觸距離，從而增加冷卻氣體與壁面的接觸時間，降低冷卻氣體的流動速度，有效提高渦輪葉片的冷卻效果，進(jìn)而提高渦輪葉片的整體性能。
>2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片或燃燒室中，包括位于渦輪葉片中弦區(qū)的s型流道；所述s型流道包括多個順次連通的流通腔，各流通腔之間設(shè)有流道擋板；在各流通腔內(nèi)沿著流體流動方向設(shè)有螺旋扭片，在所述流道擋板的上方設(shè)有導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片為c型結(jié)構(gòu)且開口朝向所述流道擋板，所述導(dǎo)流葉片的兩端分別與相鄰兩側(cè)的螺旋扭片端部連接；所述螺旋扭片包括與流體接觸的內(nèi)壁面，以及與內(nèi)壁面相對的外壁面；在所述內(nèi)壁面上分布有多個弧形凸起，在所述外壁面上設(shè)有多個與所述弧形凸起相對應(yīng)的弧形凹坑。3、同時，本方案還提供一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流方法，應(yīng)用于上述一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)中，包括在渦流葉片的s型流道的流通腔內(nèi)設(shè)置螺旋扭片；在螺旋扭片的端部設(shè)置導(dǎo)流葉片，使相鄰螺旋扭片通過導(dǎo)流葉片連接；在螺旋扭片與流體接觸的內(nèi)壁面上均勻布置多個弧形凸起，使流體在螺旋扭片內(nèi)做螺旋流動并通過弧形凸起擾動。
4、本方案的原理及優(yōu)點是：
5、在渦輪葉片的冷卻技術(shù)中，主要采用層板冷卻和內(nèi)部帶肋通道的對流強(qiáng)化冷卻。雖然層板冷卻具有較高的冷卻效率，能夠減少冷卻氣體的消耗，但其主要用于熱負(fù)荷較大的區(qū)域，且需要增加大量的擾流柱，并通過隔板分隔成不同的層板單元，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而擾流柱在強(qiáng)化換熱的同時，也會增加通道內(nèi)的流動阻力，降低渦輪葉片整體的換熱效率。
6、而在通道避免的吸力側(cè)和壓力側(cè)布置擾流肋，可以增大通道內(nèi)的換熱面積，同時擾流肋對來流有著擾動作用，破壞流動邊界層和熱邊界層的發(fā)展，從而增強(qiáng)換熱效率。但擾流肋在增強(qiáng)換熱的同時也會增加通道內(nèi)的流動阻力，需要通過研究擾流肋的形狀、角度、間距等多種因素并結(jié)合流動阻力特性來綜合分析冷卻效果，其設(shè)計難度大，不穩(wěn)定因素較多，具有較大的挑戰(zhàn)難度，難以復(fù)刻。
7、本方案突破現(xiàn)有的層板和擾流肋的冷卻方式，而是在流通腔內(nèi)設(shè)置螺旋扭片，從而引導(dǎo)冷卻氣體做螺旋流動，即增加了冷卻氣體與壁面的接觸距離，同時又不會增加氣體的流動阻力，減少氣體的壓力損失。同時，螺旋扭片通過導(dǎo)流葉片整體連接，減少結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也能起到氣體在轉(zhuǎn)彎時的緩沖作用，進(jìn)一步提高冷卻效果。結(jié)構(gòu)更加簡單，降低設(shè)計難度，有效提高冷卻效果。
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【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片或燃燒室中，包括位于渦輪葉片中弦區(qū)的S型流道；所述S型流道包括多個順次連通的流通腔，各流通腔之間設(shè)有流道擋板；在各流通腔內(nèi)沿著流體流動方向設(shè)有螺旋扭片，在所述流道擋板的上方設(shè)有導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片為C型結(jié)構(gòu)且開口朝向所述流道擋板，所述導(dǎo)流葉片的兩端分別與相鄰兩側(cè)的螺旋扭片端部連接；所述螺旋扭片包括與流體接觸的內(nèi)壁面，以及與內(nèi)壁面相對的外壁面；在所述內(nèi)壁面上分布有多個弧形凸起，在所述外壁面上設(shè)有多個與所述弧形凸起相對應(yīng)的弧形凹坑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰兩個螺旋扭片的螺旋線的旋轉(zhuǎn)方向為反向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述反向設(shè)置為，根據(jù)流通腔內(nèi)流體的流動方向，流體入口方向的螺旋扭片旋轉(zhuǎn)方向為順時針，出口方向的螺旋扭片旋轉(zhuǎn)方向為逆時針。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰兩個螺旋扭片的螺旋線的旋轉(zhuǎn)方向為同向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述同向設(shè)置為，螺旋扭片的旋轉(zhuǎn)方向均為順時針或均為反時針。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述導(dǎo)流葉片的寬度與所述螺旋扭片的壁面寬度一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述螺旋扭片的厚度大于0mm，小于1mm；所述導(dǎo)流葉片的厚度大于0mm，小于1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弧形凸起為圓弧形半球體結(jié)構(gòu)。
9.一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流方法，適用于如權(quán)利要求1-8任一所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：在渦流葉片的S型流道的流通腔內(nèi)設(shè)置螺旋扭片；在螺旋扭片的端部設(shè)置導(dǎo)流葉片，使相鄰螺旋扭片通過導(dǎo)流葉片連接；在螺旋扭片與流體接觸的內(nèi)壁面上均勻布置多個弧形凸起，使流體在螺旋扭片內(nèi)做螺旋流動并通過弧形凸起擾動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流方法，其特征在于：根據(jù)流體流動方向?qū)⒙菪て男D(zhuǎn)方向設(shè)置為反向或同向。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片或燃燒室中，包括位于渦輪葉片中弦區(qū)的s型流道；所述s型流道包括多個順次連通的流通腔，各流通腔之間設(shè)有流道擋板；在各流通腔內(nèi)沿著流體流動方向設(shè)有螺旋扭片，在所述流道擋板的上方設(shè)有導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片為c型結(jié)構(gòu)且開口朝向所述流道擋板，所述導(dǎo)流葉片的兩端分別與相鄰兩側(cè)的螺旋扭片端部連接；所述螺旋扭片包括與流體接觸的內(nèi)壁面，以及與內(nèi)壁面相對的外壁面；在所述內(nèi)壁面上分布有多個弧形凸起，在所述外壁面上設(shè)有多個與所述弧形凸起相對應(yīng)的弧形凹坑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰兩個螺旋扭片的螺旋線的旋轉(zhuǎn)方向為反向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述反向設(shè)置為，根據(jù)流通腔內(nèi)流體的流動方向，流體入口方向的螺旋扭片旋轉(zhuǎn)方向為順時針，出口方向的螺旋扭片旋轉(zhuǎn)方向為逆時針。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻通道旋流結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰兩個螺旋扭片的螺旋線的旋轉(zhuǎn)方向為同向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武斌，曾泰，王天明，李果林，劉馨鈺，吳海濤，夏祖西，蘇正良，謝飛，
申請(專利權(quán))人：中國民用航空總局第二研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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