涡轮叶片新型热防护结构的数值研究.pdf

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1、第35卷第4期中国民航大学学报Vol.35No.42017年8月JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAAugust2017涡轮叶片新型热防护结构的数值研究周峰（中国民航大学工程技术训练中心，天津300300）摘要：据一线维修人员反馈，涡轮叶片烧蚀日趋严峻，给机务维修和航空公司运营带来很大压力。叶片烧蚀的根本原因在于传统冷却结构不能满足燃气温度升高的需要，针对该问题研究一种新型的缝型冷却结构，并通过数值计算从冷却效率与气动损失两方面验证该结构的冷却效果。结果显示：在工作吹风比适当范围内，缝型结构在展向与延伸方向都有明显均匀冷却性，显著降低了叶

2、片表面由冷却不均产生的热应力，起到减缓叶片烧蚀、延长使用寿命的目的，同时在压力损失及加工清理维护方面也明显优于传统结构。关键词：气膜冷却；叶片；均匀冷却；压力损失中图分类号：V21文献标志码：A文章编号：1674-5590（2017）04-0021-04NumericalstudyofnewthermalprotectionstructureonturbinebladeZHOUFeng（EngineeringTechniquesTrainingCenter,CAUC,Tianjin300300,China）Abstract：Accordingtofront-linefeedbac

3、k,turbinebladeerosionisincreasing,bringinghugepressuretothemaintenanceandoperationofairlines.Therootcauseofbladeablationisthatthetraditionalcoolingstructurecannotmeettheneedsofgastemperaturerise.Anewtypeofslitcoolingstructureisproposedanditsstructurecoolingeffectisverifiedthroughnumericalcalc

4、ulationonbothcoolingefficiencyandpneumaticloss.Resultsshowthatinappropriaterangeofblowingratio,theseamtypestructuremakesobviousuniformcoolingeffectinbothspanwiseandextendingdirectionofblade.Itsignificantlyreducesthermalstressgeneratedbyunevencoolingonbladesurface,sotheextentofbladeablationisr

5、educedandtheservicelifeofbladeisextended.Simultaneouslytheseamstructureisalsosuperiortotraditionalstructureinthepressureloss,cleaningandmaintenance.Keywords：filmcooling;blade;evencooling;pressureloss现代民航的发展对飞机性能的要求越来越高，飞用冷气来降低叶片表面温度。据统计，近年来航空发机的机动性和航程成为衡量飞机性能的两个重要指动机燃气温度以每年20℃左右的速度迅速增长，而新标，而这

6、两项指标的提高都需依赖更高性能的发动机型材料的耐高温性能增长速度仅以每年近8℃的幅度[1-5]来实现。提高发动机性能通常采取的措施主要是提高提高。这就意味着仅依靠新型耐热材料的耐高温性发动机涡轮前燃气温度。目前主流的涡轮喷气式发动能远不能满足民航发展和航空市场的要求。因此涡轮机的燃气温度早已超过涡轮叶片材料本身的耐热极叶片的热防护只能更多依赖主动冷却方式来实现。限，使得涡轮叶片的寿命显著缩短。据航空公司一线主动冷却方式可以分为冲击冷却、对流冷却、发维修人员反映，由于高温燃气的影响，在役航空发动散冷却和气膜冷却。其中气膜冷却应用范围最广，将机的涡轮叶片使用寿命远达不到其设计时间。无

7、论是用于叶片冷却的相对低温气体通过高温部件表面结叶片维修还是更换，工作频率显著加快，给航空公司构沿某个特定方向喷出，在来流燃气的压力及摩擦力和机务工作人员带来很大的困扰。为解决该矛盾，通作用下，冷气流线发生弯曲，从而贴附在固体壁面上常从两方面入手：一是研究新型耐高温材料来延长叶形成低温冷气膜，使得入射区及下游区表面免受损伤[1]片寿命；二是采用先进冷却技术进行主动热防护，利的一种热防护方法，如图1所示。收稿日期：2017-03-28；修回日期：2017-05-04作者简介：周峰（