專利名稱：一種提高葉片冷卻效率及級間/加力/通道燃燒室燃燒效率的耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時提高葉片冷卻效率及級間/加力/通道燃燒室燃燒效率的耦
合方法，具體涉及航空發(fā)動機或燃?xì)廨啓C中同時提高葉片冷卻效率及級間/加力/通道燃 燒室燃燒效率的耦合方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機的快速發(fā)展，為了追求高推重比和高熱效率，現(xiàn)代先進(jìn)渦輪 的進(jìn)口溫度越來越高。第三代戰(zhàn)斗機所用的推重比7-8—級的發(fā)動機渦輪進(jìn)口溫度已達(dá) 到1600-1700K，而第四代戰(zhàn)斗機所用的推重比10 —級的發(fā)動機的渦輪進(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到 1900-2000K。美國的"綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)計劃"(Integrated HighPerformance Turbine Engine Technology, IHPTET)和歐洲的"先進(jìn)軍用發(fā)動機技術(shù)計劃"(Advanced Military Engine Technology, AMET)中，發(fā)動機推重比的目標(biāo)都定位在15-20，屆時渦輪進(jìn) 口溫度將會超過2200K。這樣的高溫已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了許多金屬所能承受的溫度，使得發(fā)動機的 熱端部件工作在惡劣的環(huán)境中，嚴(yán)重影響其壽命和可靠性，因此就必須考慮熱端部件的熱 防護(hù)問題。 對于航空發(fā)動機來說，渦輪是其主要的熱端部件之一。如何在提高渦輪進(jìn)口溫度 的同時保證其可靠性和壽命，就目前來講，最主要的方法是設(shè)計合理高效的冷卻系統(tǒng)。它可 以降低葉片的溫度，使溫度分布更合理，從而大大降低葉片的熱應(yīng)力，提高葉片壽命。隨著 渦輪前溫度的提高，對冷卻效率的要求越來越高，冷卻系統(tǒng)也越來越復(fù)雜?，F(xiàn)在的渦輪冷卻 技術(shù)，通常是內(nèi)部對流、沖擊冷卻，外部的氣膜冷卻或兩者的復(fù)合冷卻，這使得渦輪葉片內(nèi) 部的冷卻通道非常復(fù)雜，導(dǎo)致加工難度大，工藝復(fù)雜，成品率低。所以如何提高冷卻效率并 且不增加渦輪葉片內(nèi)部冷卻通道的復(fù)雜程度，對于渦輪葉片而言具有重要的意義。
另一方面，對于現(xiàn)有的渦噴及渦扇發(fā)動機的燃燒室來說，提高燃燒效率對于降低 耗油率和污染排放具有重要的意義。提高燃燒效率的主要方法有提高燃油壓力、提高燃油 溫度、增強燃油霧化程度和增強燃油/空氣摻混均勻程度等。加力燃燒室是用來使飛機能 夠超音速飛行，然而開通加力燃燒室，發(fā)動機不僅耗油率急劇增高，而且由于排氣速度增大 以及燃燒效率低導(dǎo)致排氣噪音與污染排放很大。能不能找到一種方法降低加力燃燒室所 帶來的負(fù)面影響或者取代加力燃燒室，一種科學(xué)家以及工程師都非常認(rèn)可的設(shè)計方案是去 掉加力燃燒室，取而代之以渦輪級間次燃燒室(Inter-stage Turbine Burner, ITB)，這就 是所謂的ITB發(fā)動機。圖1給出了雙轉(zhuǎn)子ITB發(fā)動機理想循環(huán)的T-S圖，由圖可知，在ITB 中，由于燃油在更高的壓力下燃燒，因此其熱效率比開加力時的熱效率要高，介于不開加力 與開加力的熱效率之間。所以ITB發(fā)動機不僅可以提供飛機超音速飛行所需要的動力，并 且可以減少氮氧化合物的排放量以及降低發(fā)動機的排氣噪音。對于主燃燒室來說，一種可 能的替代方法就是去掉傳統(tǒng)的渦輪前的主燃燒室，直接將主燃燒室置于高壓渦輪導(dǎo)葉通道 中，這樣以來就可以去掉復(fù)雜的主燃燒室，縮短發(fā)動機長度，減輕發(fā)動機重量。
無論對于通道內(nèi)主燃燒室、加力燃燒室還是ITB來說，提高燃燒效率是至關(guān)重要 的。另一方面，渦輪葉片以及加力燃燒室前支板葉片的冷卻問題也是一個需要解決的關(guān)鍵 問題。如果能找到一種既能提高葉片的冷卻效率、又能提高燃燒室燃燒效率的設(shè)計方法，這 無疑對提高航空發(fā)動機/燃?xì)廨啓C的性能具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中不足之處，提供一種提高葉 片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方法，該方法既能提高葉片的冷卻效率，又能提高燃 燒室燃燒效率。
本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為一種提高葉片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方
法，其特點在于采用燃油來冷卻葉片，即將燃油引入葉片，燃油在流經(jīng)葉片內(nèi)冷卻通道時，
與葉片進(jìn)行對流換熱，燃油吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，溫度升高并相變?yōu)闅鈶B(tài)即油蒸汽，并
從葉片表面的氣膜孔或劈縫流出，或者形成超臨界燃油并從葉片的氣膜孔或劈縫噴出迅速
霧化，油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油在進(jìn)入葉片通道后與通道內(nèi)的高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混并形成
混合氣，將此混合氣弓I入燃燒室并點火進(jìn)行燃燒。
實現(xiàn)上述方法的過程如下 (1)首先確定冷卻葉片所需的燃油流量； (2)對葉片進(jìn)行氣動設(shè)計和造型，滿足葉片的氣動性能； (3)確定葉片冷卻結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的燃油流路結(jié)構(gòu)，滿足葉片的冷卻效率； (4)對葉片進(jìn)行冷卻和傳熱特性的試驗及葉片強度振動特性的試驗； (5)組織燃燒室內(nèi)的流動和燃燒，即包括選擇火焰穩(wěn)定裝置、燃燒室冷卻方式，以
滿足燃燒室的燃燒效率和冷卻效果； (6)采用數(shù)值模擬或者實驗的方法，對上述葉片和燃燒室進(jìn)行氣動、冷卻和強度全
方面的檢驗和校核，如果不滿足要求，則重復(fù)前述步驟(1)_(5)直至滿足要求。 所述的葉片為渦輪葉片或支板葉片，所述的燃燒室為渦輪級間次燃燒室、加力燃
燒室或通道內(nèi)燃燒室。 對于高壓渦輪葉片和渦輪級間次燃燒室(ITB)的實現(xiàn)過程為用燃油來冷卻高壓 渦輪葉片，燃油在經(jīng)過葉片內(nèi)冷卻通道時吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，相變?yōu)闅鈶B(tài)即油蒸汽 并從葉片的氣膜孔或劈縫等流出，或者形成超臨界燃油并從葉片的氣膜孔或劈縫等噴出迅 速霧化；經(jīng)過高壓渦輪的導(dǎo)葉通道和動葉通道與高溫燃?xì)鈸交旌笮纬苫旌蠚?，然后在ITB 內(nèi)進(jìn)行燃燒。 對于加力燃燒室前的支板葉片和加力燃燒室的實現(xiàn)過程為用燃油來冷卻加力燃 燒室前的支板葉片，燃油在經(jīng)過葉片內(nèi)冷卻通道時吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，相變?yōu)闅鈶B(tài) 即油蒸汽并從葉片的氣膜孔或劈縫等流出，或者形成超臨界燃油并從葉片的氣膜孔或劈縫 等噴出迅速霧化；經(jīng)過支板通道與高溫燃?xì)鈸交旌笮纬苫旌蠚?，然后在加力燃燒室?nèi)進(jìn)行 燃燒。 對于高壓渦輪導(dǎo)葉和位于高壓渦輪導(dǎo)葉通道內(nèi)的主燃燒室的實現(xiàn)過程為用燃油 來冷卻高壓渦輪導(dǎo)葉葉片，燃油在經(jīng)過葉片內(nèi)冷卻通道時吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，相變 為氣態(tài)即油蒸汽并從葉片表面流出，或者形成超臨界燃油并從葉片表面噴出迅速霧化；同時通過對通道內(nèi)流動的合理組織形成合適的燃燒環(huán)境，在通道內(nèi)進(jìn)行燃燒。 本發(fā)明的原理是由于燃油的比熱比遠(yuǎn)大于空氣，而且在冷卻通道內(nèi)可能發(fā)生相
變，這就會吸收大量的熱量，其對葉片的冷卻效果要好于空氣冷卻，冷卻效率更高。另一方
面，燃油由于吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量而溫度升高，會相變成油蒸汽從葉片表面流出，或者
形成超臨界燃油從葉片表面噴出迅速霧化，再通過葉片通道內(nèi)高溫燃?xì)獾募訜崤c摻混，會
形成溫度較高的均勻混合氣，然后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒；由于混合氣溫度高均勻性好，所以
燃燒效率要大大提高。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點現(xiàn)有的葉片利用空氣進(jìn)行冷卻，在相同的葉片冷卻結(jié)構(gòu)下，其冷卻效率不如本發(fā)明中用燃油進(jìn)行冷卻的方法?，F(xiàn)有的燃燒室是在燃燒室內(nèi)進(jìn)行噴油，燃油霧化成小油滴與空氣進(jìn)行摻混，然后再燃燒，而本發(fā)明中則是燃油在未進(jìn)入燃燒室之前預(yù)加熱，形成溫度較高的油蒸汽(或超臨界燃油)，或者形成溫度較高的均勻混合氣，然后再進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒，其燃燒效率要大大提高。而且在本發(fā)明中，混合氣容易與空氣摻混，摻混段較短，所以燃燒室的長度可以縮短，這樣以來發(fā)動機的重量會減輕且可靠性提高。本發(fā)明的耦合方法不僅可以提高葉片的冷卻效率，同時還可以提高燃燒效率，降低排放污染，減輕發(fā)動機重量，提高發(fā)動機可靠性，這對于提高航空發(fā)動機/燃?xì)廨啓C的性能具有重要的意義。


圖1為ITB發(fā)動機理想循環(huán)T-S 圖2為本發(fā)明實施例1的示意 圖3a為冷卻葉片的剖視示意圖； 圖3b為冷卻葉片內(nèi)的冷卻結(jié)構(gòu)示意圖(葉高剖面)；
圖4為本發(fā)明實施例2的示意 圖5為本發(fā)明實施例3的示意圖； 1.高壓渦輪導(dǎo)葉；2.高壓渦輪動葉；3.高壓渦輪；4.渦輪級間次燃燒室(ITB);5.過渡段；6.低壓渦輪導(dǎo)葉；7.低壓渦輪動葉；8.低壓渦輪；9.冷卻通道；IO.氣膜孔；
11.尾緣劈縫；12.支板葉片；13.加力燃燒室；14.通道燃燒室
具體實施例方式
下面將根據(jù)附圖和具體實施例子對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。 實施例1 :對于提高高壓渦輪3葉片的冷卻效率和渦輪級間次燃燒室(ITB) 4的燃
燒效率的實現(xiàn)過程。 如圖2所示，高壓渦輪3包括高壓渦輪導(dǎo)葉1和高壓渦輪動葉2，低壓渦輪8包括低壓渦輪導(dǎo)葉6和低壓渦輪動葉7。高壓渦輪3和低壓渦輪8之間為過渡段5，渦輪級間次燃燒室(ITB)4位于過渡段5中。圖3a和圖3b為葉片內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)的示意圖，由于是示意圖，所以圖3a和圖3b所表示的葉片可以是渦輪葉片(高壓渦輪導(dǎo)葉1或高壓渦輪動葉2)，也可以是其它葉片如支板葉片12。本發(fā)明的實施過程為從發(fā)動機燃油系統(tǒng)中引入一定量的有壓力的燃油，然后將燃油通入高壓渦輪導(dǎo)葉1葉片和高壓渦輪動葉2葉片。如圖3a所示，燃油被引入葉片后便流入冷卻通道9。燃油在流經(jīng)冷卻通道9時與葉片進(jìn)行對流換熱，沿程對葉片進(jìn)行冷卻。燃油由于吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，所以溫度會升高。燃油可在葉片內(nèi)部冷卻通道9中相變成油蒸汽，并從葉片表面的氣膜孔10和尾緣劈縫11等流出；或者在葉片內(nèi)部冷卻通道9形成超臨界燃油，并從葉片表面的氣膜孔10和尾緣劈縫11等噴出，然后迅速霧化。油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油在進(jìn)入葉片通道后與通道內(nèi)的高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混并形成混合氣，由于葉片通道內(nèi)的高溫燃?xì)鉃閺娏业耐牧鳉饬?，所以摻混過程很迅速且摻混均勻性好?；旌蠚庠诹鞒鋈~片通道后進(jìn)入渦輪級間次燃燒室(ITB)4，然后點火進(jìn)行燃燒。 具體的實現(xiàn)步驟如下 (1)根據(jù)發(fā)動機總體參數(shù)(推力F、耗油率sfc、效率n等)和ITB所需要的油氣比，確定ITB所需要的燃油流量^V。在已知^V的基礎(chǔ)上，結(jié)合渦輪葉片冷卻要求來確定通入高壓渦輪葉片的燃油流量^> 。 (2)根據(jù)發(fā)動機總體對渦輪性能要求得出各葉片排沿徑向各截面的速度三角形、氣動熱力參數(shù)和級參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場計算分析驗算所得設(shè)計結(jié)果，如不滿足要求，則重復(fù)步驟(2)直到滿足氣動性能要求為止，如滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)。 (3)對步驟(2)得到的葉片進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性分析，根據(jù)所需要的葉片冷卻效率n。和冷卻燃油流量^/,c ，選擇渦輪葉片內(nèi)部燃油流路和冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻結(jié)構(gòu)可采用常規(guī)的內(nèi)部對流/沖擊冷卻、外部氣膜冷卻或者兩者的復(fù)合冷卻，也可采用多孔結(jié)構(gòu)等新型的冷卻形式。由于本發(fā)明是用燃油來冷卻葉片，所以冷卻結(jié)構(gòu)中一些參數(shù)與常規(guī)空氣冷卻方法有區(qū)別，可以通過數(shù)值模擬或?qū)嶒瀬泶_定其參數(shù)。在本步驟實施過程中，不僅要保證葉片的冷卻效率，而且要同時保證氣動效率，將氣動損失降到最低。
(4)進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性的數(shù)值模擬或試驗，以及葉片強度振動特性的數(shù)值模擬或試驗，如不滿足要求，則重新回到步驟(2)，如滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(5)。
(5)首先根據(jù)火焰穩(wěn)定條件，對過渡段通道內(nèi)的流動進(jìn)行合理組織，降低氣流速度，為燃燒提供有利環(huán)境。然后根據(jù)ITB內(nèi)的油氣比、燃燒要求和冷卻要求等，對ITB中的燃燒進(jìn)行合理組織。在ITB前端設(shè)計一個凸臺或者其他火焰穩(wěn)定裝置，形成一個低速回流區(qū)，保證火焰的穩(wěn)定燃燒。根據(jù)ITB的冷卻要求和燃?xì)獬隹跍囟鹊南拗?，將空氣氣流分為兩股，一股氣流和混合氣摻混進(jìn)行燃燒，另一股氣流對ITB的殼體和襯筒等部件進(jìn)行冷卻，然后再與燃?xì)膺M(jìn)行摻混，使ITB出口燃?xì)鉁囟冉档偷降蛪簻u輪前允許的溫度。
(6)采用數(shù)值模擬或者實驗的方法，對上述葉片和燃燒室進(jìn)行氣動、冷卻和強度等全方面的檢驗和校核，如果不滿足要求，則重復(fù)前述步驟直至滿足要求。
實施例2 :對于提高加力燃燒室前支板葉片12的冷卻效率和加力燃燒室13的燃燒效率的實現(xiàn)過程。 如圖4所示，支板葉片12位于加力燃燒室13前面。由于支板葉片12與實施例1中渦輪葉片的冷卻結(jié)構(gòu)相似，所以這里也用圖3a和圖3b來表示支板葉片的冷卻結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的實施過程為從發(fā)動機燃油系統(tǒng)中引入一定量的有壓力的燃油，然后將燃油通入從支板葉片12。如圖3a所示，燃油被引入葉片后便流入冷卻通道9。燃油在流經(jīng)冷卻通道9時與葉片進(jìn)行對流換熱，沿程對葉片進(jìn)行冷卻。燃油由于吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，所以溫度會升高。燃油可在葉片內(nèi)部冷卻通道9中相變成油蒸汽，并從葉片表面的氣膜孔10和尾緣劈縫11等流出；或者在葉片內(nèi)部冷卻通道9形成超臨界燃油，并從葉片表面的氣膜
孔IO和尾緣劈縫11等噴出，然后迅速霧化。油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油在進(jìn)入葉片通道
后與通道內(nèi)的高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混并形成混合氣，由于葉片通道內(nèi)的高溫燃?xì)鉃閺娏业耐牧?br> 氣流，所以摻混過程很迅速且摻混均勻性好?；旌蠚庠诹鞒鋈~片通道后進(jìn)入加力燃燒室13，
然后點火進(jìn)行燃燒。
具體的實現(xiàn)過程如下 (1)根據(jù)發(fā)動機總體參數(shù)(推力F、耗油率sfc、效率n等)和加力燃燒室所需要的油氣比來確定加力燃燒室所需要的燃油流量^/"在已知/^的基礎(chǔ)上，結(jié)合支板葉片冷卻要求來確定通入支板葉片的燃油流量^/,c 。 (2)根據(jù)發(fā)動機總體對支板性能要求和支板的功能需求得出沿葉片徑向各截面的速度三角形和氣動熱力參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場計算分析驗算所得結(jié)果，如不滿足要求，則重復(fù)步驟(2)直到滿足氣動性能要求為止，如滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)。 (3)對步驟(2)得到的葉片進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性分析，根據(jù)所需要的葉片冷卻效率n。和冷卻燃油流量 ,c ，選擇支板葉片內(nèi)部燃油流路和冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻結(jié)構(gòu)可采用常規(guī)的內(nèi)部對流/沖擊冷卻、外部氣膜冷卻或者兩者的復(fù)合冷卻，也可采用多孔結(jié)構(gòu)等新型的冷卻形式。由于本發(fā)明是用燃油來冷卻葉片，所以冷卻結(jié)構(gòu)中一些參數(shù)與常規(guī)空氣冷卻方法有區(qū)別，可以通過數(shù)值模擬或?qū)嶒瀬泶_定其參數(shù)。在本步驟實施過程中，不僅要保證葉片的冷卻效率，而且要同時保證氣動效率，將氣動損失降到最低。
(4)進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性的數(shù)值模擬或試驗，以及葉片強度振動特性的數(shù)值
模擬或試驗，如不滿足要求，則重新回到步驟(2)，如滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(5)。
(5)首先根據(jù)火焰穩(wěn)定條件，對支板通道和加力燃燒室通道內(nèi)的流動進(jìn)行合理組
織，降低氣流速度，為燃燒提供有利環(huán)境。然后根據(jù)加力燃燒室內(nèi)的油氣比、燃燒要求和冷
卻要求等，對加力燃燒室中的燃燒進(jìn)行合理組織。在加力燃燒室前端設(shè)計火焰穩(wěn)定裝置，形
成一個低速回流區(qū)，保證火焰的穩(wěn)定燃燒。根據(jù)加力燃燒室的冷卻要求，需要對加力燃燒室
殼體和襯筒等部件進(jìn)行冷卻，冷卻方式可采用氣膜冷卻或發(fā)汗冷卻等方式。
(6)采用數(shù)值模擬或者實驗的方法，對上述葉片和燃燒室進(jìn)行氣動、冷卻和強度等
全方面的檢驗和校核，如果不滿足要求，則重復(fù)前述步驟直至滿足要求。 實施例3 :對于提高高壓渦輪導(dǎo)葉1的冷卻效率和通道燃燒室14的燃燒效率的實
現(xiàn)過程。 如圖5所示，通道燃燒室14位于高壓渦輪導(dǎo)葉1的通道中。本發(fā)明的實施過程為從發(fā)動機燃油系統(tǒng)中引入一定量的有壓力的燃油，然后將燃油通入高壓渦輪導(dǎo)葉1葉片。如圖3a所示，燃油被引入葉片后便流入冷卻通道9。燃油在流經(jīng)冷卻通道9時與葉片進(jìn)行對流換熱，沿程對葉片進(jìn)行冷卻。燃油由于吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，所以溫度會升高。燃油可在葉片內(nèi)部冷卻通道9中會相變成油蒸汽，并從葉片表面的氣膜孔IO和尾緣劈縫11等流出；或者在葉片內(nèi)部冷卻通道9形成超臨界燃油，并從葉片表面的氣膜孔IO和尾緣劈縫11等噴出，然后迅速霧化。油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油直接進(jìn)入通道燃燒室14，然后進(jìn)行摻混和燃燒。
具體的實現(xiàn)步驟如下 (1)根據(jù)發(fā)動機總體參數(shù)(推力F、耗油率sfc、效率n等)和燃燒室所需要的油
氣比來確定燃燒室所需要的燃油流量^v。在已知^v的基礎(chǔ)上，結(jié)合渦輪葉片冷卻要求來確
定通入高壓渦輪導(dǎo)葉的燃油流量^/，c 。 (2)根據(jù)發(fā)動機總體對渦輪性能要求得出沿導(dǎo)葉徑向各截面的速度三角形和氣動熱力參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場計算分析驗算所得設(shè)計結(jié)果，如不滿足要求，則重復(fù)步驟(2)直到滿足氣動性能要求為止，如滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(3)。 (3)對步驟(2)得到的葉片進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性分析，根據(jù)所需要的葉片冷卻效率n。和冷卻燃油流量 ，e ，選擇渦輪葉片內(nèi)部燃油流路和冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻結(jié)構(gòu)可采用常規(guī)的內(nèi)部對流/沖擊冷卻、外部氣膜冷卻或者兩者的復(fù)合冷卻，也可采用多孔結(jié)構(gòu)等新型的冷卻形式。由于本發(fā)明是用燃油來冷卻葉片，所以冷卻結(jié)構(gòu)中一些參數(shù)與常規(guī)空氣冷卻方法有區(qū)別，可以通過數(shù)值模擬或?qū)嶒瀬泶_定其參數(shù)。在本步驟實施過程中，不僅要保證葉片的冷卻效率，而且要同時保證氣動效率，將氣動損失降到最低。 (4)由于燃燒室直接位于導(dǎo)葉通道中，所以導(dǎo)葉的氣動、冷卻和燃燒室燃燒組織是耦合在一起的。在步驟(2)和步驟(3)的基礎(chǔ)上，根據(jù)燃燒要求并結(jié)合氣動要求和冷卻
要求，對燃燒室內(nèi)的流動進(jìn)行合理組織，降低氣流速度和形成低速回流區(qū)，為穩(wěn)定燃燒提供有利環(huán)境；并且力求降低導(dǎo)葉通道內(nèi)流動損失，保證導(dǎo)葉的氣動效率，而且要保證葉片的冷
卻，使葉片不至于被高溫氣流燒蝕。 (5)進(jìn)行葉片冷卻和傳熱特性的數(shù)值模擬或試驗，以及葉片強度振動特性的數(shù)值模擬或試驗，如不滿足設(shè)計要求，則重新回到步驟(2)，如滿足設(shè)計要求，則繼續(xù)進(jìn)行步驟(6)。 (6)采用數(shù)值模擬或者實驗的方法，對上述葉片和燃燒室進(jìn)行氣動、冷卻和強度等
全方面的檢驗和校核，如果不滿足要求，則重復(fù)前述步驟直至滿足要求。 本發(fā)明上述各實施例中的具體實施過程均為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。 顯然，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，參照上文所述的實施例還可能做出其它
的實施方式。上文中的所有實施例都只是示例性的、而不是局限性的。所有的在本發(fā)明的
權(quán)利要求技術(shù)方案的本質(zhì)之內(nèi)的修改都屬于其所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種提高葉片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方法，其特征在于采用燃油來冷卻葉片，即將燃油引入葉片，燃油在流經(jīng)葉片內(nèi)冷卻通道時，與葉片進(jìn)行對流換熱，燃油吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，溫度升高并相變?yōu)闅鈶B(tài)即油蒸汽，并從葉片表面的氣膜孔或劈縫流出；或者形成超臨界燃油并從葉片的氣膜孔或劈縫噴出迅速霧化。油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油在進(jìn)入葉片通道后與通道內(nèi)的高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混并形成混合氣，將此混合氣引入燃燒室并點火進(jìn)行燃燒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高葉片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方法，其特征在 于所述的葉片為渦輪葉片或支板葉片，葉片內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)有的常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)形 式，亦可采用多孔結(jié)構(gòu)等新型形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高葉片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方法，其特征在 于所述的燃燒室為渦輪級間次燃燒室、加力燃燒室或通道內(nèi)燃燒室。
全文摘要
一種提高葉片冷卻效率及燃燒室燃燒效率的耦合方法，所述的葉片為渦輪葉片或加力燃燒室前支板葉片，所述的燃燒室為渦輪級間次燃燒室、加力燃燒室或通道內(nèi)燃燒室。采用燃油來冷卻葉片，即將燃油引入葉片，燃油在流經(jīng)葉片內(nèi)冷卻通道時，與葉片進(jìn)行對流換熱，燃油吸收葉片傳導(dǎo)過來的熱量，溫度升高并相變?yōu)闅鈶B(tài)即油蒸汽，并從葉片表面的氣膜孔或劈縫流出；或者形成超臨界燃油并從葉片的氣膜孔或劈縫噴出迅速霧化。油蒸汽或者經(jīng)過霧化的燃油在進(jìn)入葉片通道后與通道內(nèi)的高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混并形成混合氣，將此混合氣引入燃燒室并點火進(jìn)行燃燒。本發(fā)明該方法既能提高葉片的冷卻效率，又能提高燃燒室燃燒效率。
文檔編號F23R3/02GK101709656SQ20091023765
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者劉火星, 徐力平, 李宇, 鄒正平 申請人:北京航空航天大學(xué)