期刊在线 | 涡轮叶片冷却技术分析

提高涡轮前温度是提升航空发动机性能的主要技术途径之一，但是目前耐高温材料的发展尚不能满足涡轮前温度快速提升下的涡轮叶片的性能需求，因此发展更高效的涡轮叶片冷却技术将是提高涡轮前温度的重要方式。

涡轮叶片是航空发动机中承受热及机械载荷最为苛刻的零部件，也是发动机的关键安全件。“如何在减少冷气流量的情况下提高涡轮进口燃气温度”这一技术难题的解决途径，一方面是研制新型耐高温材料和热障涂层，另一方面就是实施先进可靠的高效冷却技术。有资料表明，在过去30年中，涡轮进口燃气温度提高了450K，其中只有30%是由于耐高温合金的发展和制造工艺的进步，而其余70%则是依靠有效的冷却技术获得的。由此可见，发展更高效的涡轮叶片冷却结构和冷却方式将是提高涡轮前温度的重要手段。 

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涡轮叶片典型冷却结构

导向叶片

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涡轮叶片主要冷却方式

图3   带肋冷却通道及内部肋片布置

对气膜冷却结构的研究，从单孔、排孔到多排孔，从平板到曲面到真实叶型，相对来说比较全面，技术上较为成熟。初期的气膜冷却研究更多是在平板上进行的，对于具有航空发动机涡轮叶片真实叶型的模型，其传热与流动特性更为复杂，旋转工况在其中也有十分重要的研究意义。

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结束语

从工程应用来看，由冲击冷却、气膜冷却以及内部带肋通道冷却构成的复合冷却结构是涡轮叶片冷却的典型冷却结构。对于涡轮叶片复合冷却结构的冷却方式的改进，可以收到降低叶片温度或减少冷气用量的效果。为了进一步提升涡轮前温度，应结合几种不同冷却方式的优势，发展更高效的冷却结构，如双层壁冷却技术等。双层壁冷却结构的原型已十分接近微尺度冷却结构的要求，部分结构已属于微尺度冷却结构的范畴。而微尺度冷却结构则对突破传统冷却技术的极限、发展超强冷却技术提供了可能。