本發(fā)明涉及的是一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的冷卻裝置，具體地說是燃?xì)鉁u輪葉片、端壁和燃燒室等高溫部件的冷卻裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的工作溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬材料的可承受溫度。氣膜冷卻作為一種高效的先進(jìn)冷卻方式，被廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動機(jī)的高溫部件冷卻。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，氣膜冷卻是將從壓氣機(jī)相應(yīng)級中抽出的壓縮的冷卻氣體從一個或者多個離散孔中噴射，在壁面形成一層氣體薄膜以保護(hù)壁面不被高溫氣體燒蝕，而氣膜冷卻效率的高低直接影響到所需壓縮空氣量的多少，進(jìn)而影響到燃?xì)鉁u輪機(jī)整機(jī)的運(yùn)行效率和性能。氣膜冷卻是由對流主導(dǎo)的兩股不同溫度流體相互摻混及與冷卻壁面的對流換熱問題，而提高氣膜冷卻效率的關(guān)鍵是限制冷氣從氣膜孔噴射出后被高溫氣體吹離，同時擴(kuò)大冷卻氣體在壁面的覆蓋面積，特別是擴(kuò)大冷氣的橫向覆蓋范圍；因此，冷氣噴射后與高溫主流所形成的流場結(jié)構(gòu)尤為重要。

近年來，為了提高氣膜冷卻效率，國內(nèi)外研究者在孔型和組合孔兩個方向陸續(xù)提出了多種新穎的冷卻方式。比如，擴(kuò)張孔、元寶孔、姊妹孔、雙射流孔、溝槽孔、圓錐孔等。然而這些孔存在著加工制造工藝、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和實際工況匹配等方面的困難，上述孔型在工程中并沒有得到廣泛的應(yīng)用。氣膜冷卻最常用的冷卻孔是圓柱孔，圓柱孔具有結(jié)構(gòu)簡單、不影響葉片強(qiáng)度、加工容易等優(yōu)點，因此在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著渦輪進(jìn)口溫度的提高，圓柱孔氣膜冷卻效率偏低、冷氣覆蓋面積小、不適于高吹風(fēng)比等劣勢越來越明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的氣膜冷卻效率、增大氣膜覆蓋面積一種依據(jù)氣膜孔出口速度分布而設(shè)計的開槽結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種依據(jù)氣膜孔出口速度分布而設(shè)計的開槽結(jié)構(gòu)，其特征是：包括進(jìn)口段、開槽凹坑段，所述進(jìn)口段為圓柱孔，所述開槽凹坑段包括相互連接的圓柱型氣膜孔出口段和背風(fēng)面凹坑段，圓柱型氣膜孔出口段與進(jìn)口段相連并相通，所述的背風(fēng)面凹坑段為梯形體，梯形體下平面開設(shè)凹坑，凹坑的截面包括一個半圓以及分別與半圓相切的兩個尾緣棱臺，凹坑上以及凹坑兩側(cè)的背風(fēng)面凹坑段上各開設(shè)一個出氣口，來自于進(jìn)口段的氣體進(jìn)入圓柱型氣膜孔出口段后，通過三個出氣口向外噴射。

本發(fā)明還可以包括：

1、開槽凹坑段的首部與其尾緣的距離為L₁，進(jìn)口段的圓柱孔直徑為D，L₁在0.4-0.5倍D之間。

2、背風(fēng)面凹坑段的梯形體截面的下邊長為W₂，進(jìn)口段的圓柱孔直徑為D，W₂在1.2-1.5倍D之間。

3、開槽凹坑段的首部與其尾緣的距離為L₁，尾緣棱臺長度為L₂，凹坑截面半圓的半徑為R，進(jìn)口段的圓柱孔直徑為D，凹坑高度為H，L₂在0.5-0.8倍L₁之間，R在0.1-0.4倍L1之間，H在0.5-1.0被D之間。

4、進(jìn)口段圓柱孔的射流角為20°-60°。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1、本發(fā)明的氣膜冷卻孔保留了傳統(tǒng)圓柱截面氣膜冷卻孔加工成本低的優(yōu)點；相較于傳統(tǒng)的圓孔和成型孔，增加了背風(fēng)面氣膜冷卻孔的出口面積，降低了下游高速區(qū)的冷氣出口動量，增強(qiáng)了氣膜覆蓋效果，加工難度相對減少；相對于其它孔槽，本發(fā)明根據(jù)冷卻噴射速度分布而設(shè)計，熱端部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到了一定的增強(qiáng)。

2、利用背風(fēng)面的開槽凹坑，氣膜孔出口各個區(qū)域冷氣得到了充分的利用，冷卻氣體具有更好的覆蓋效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維示意圖；

圖2為開槽凹坑段俯視圖；

圖3為本發(fā)明的主視圖；

圖4為未開槽的冷氣射流出口平面上速度等值線；

圖5為本發(fā)明應(yīng)用于平板氣膜冷卻的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

結(jié)合圖1-5，本發(fā)明為一種依據(jù)氣膜孔出口速度分布而設(shè)計的開槽結(jié)構(gòu)，該種氣膜冷卻孔包括進(jìn)口段1和開槽凹坑段2，進(jìn)口段1為圓柱型氣膜孔，開槽凹坑段2由迎風(fēng)面保留的圓柱型氣膜孔出口段5和背風(fēng)面下游依據(jù)冷氣噴射速度而設(shè)計的凹坑6連接而成。所述的開槽凹坑段2是保留了進(jìn)口段1上游迎風(fēng)面的出口段5，并在圓柱形氣膜孔出口尾緣為起點往上開一個新型凹槽。

圖2為本發(fā)明的一種依據(jù)氣膜孔出口速度分布而設(shè)計的開槽結(jié)構(gòu)的通流部分的俯視圖。下游背風(fēng)面凹坑段的控制參數(shù)包括：1、孔槽距離出口尾緣的距離L₁是在0.4～0.5倍圓柱氣膜孔直徑D之間；2、等腰梯形下邊長W₂是在1.2～1.5倍圓柱氣膜孔直徑D之間，相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度值β由L₁和W₂共同決定；3、尾緣附近棱臺長度L₂是在0.5～0.8倍L₁之間，半徑R在0.1～0.4倍L₁之間；4、孔槽高度H在0.5～1.0倍氣膜孔直徑D之間。該氣膜冷卻孔與冷卻壁面的夾角α即射流角在20°～60°之間，孔間距P/D在3～5之間。

圖5是本發(fā)明在平板氣膜冷卻上的應(yīng)用實例。冷卻氣體4以圖中所給的進(jìn)氣方向進(jìn)氣會在圓柱型氣膜孔內(nèi)產(chǎn)生“噴射現(xiàn)象”，并在與主流3相互作用后形成了圖4所給的速度等值線。本發(fā)明依據(jù)這種流動結(jié)構(gòu)而設(shè)計的開槽凹坑結(jié)構(gòu)，氣膜孔上游迎風(fēng)面噴射速度低，射流穿透主流邊界層的能力弱，冷氣在與主流相互作用后直接在靠近中心線區(qū)域形成氣膜覆蓋。同時，本發(fā)明的新型孔槽在背風(fēng)面(冷氣噴射速度高)通過增大孔出口面積，減小了冷氣噴射速度，并在下游棱臺影響下該區(qū)域冷氣向橫向兩側(cè)擴(kuò)張，增加了氣膜冷卻的覆蓋范圍，對冷氣的利用更加充分，氣膜分布覆蓋范圍更大且分布均勻。