本發(fā)明屬于渦輪發(fā)動機導(dǎo)向葉片設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的效率隨著渦輪入口溫度的提高而增加，目前的燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)遠高于葉片材料的溫度極限，必須對渦輪葉片進行有效的冷卻才能保證燃?xì)鉁u輪的正常工作。燃?xì)廨啓C中的高溫部件，如燃燒室、渦輪、尾噴管等的工作環(huán)境非常惡劣，由此造成高溫部件的可靠性差、壽命短。據(jù)美國權(quán)威部門的統(tǒng)計，燃?xì)廨啓C中的故障有60％以上出現(xiàn)在高溫部件，并有不斷上升的趨勢。我國的一些燃?xì)廨啓C高溫部件的壽命只有幾百小時，高溫部件的材料費及加工費高昂，由此帶來的經(jīng)濟損失十分嚴(yán)重。

目前，渦輪發(fā)動機最常采用冷卻結(jié)構(gòu)是內(nèi)部冷卻結(jié)合氣膜冷卻，即在葉片表面制備出數(shù)量多而密的氣膜孔，從葉片內(nèi)腔向外噴出小股冷氣在葉片外表面形成氣膜，隔離熱源并帶走熱量，同時葉片內(nèi)腔通過冷卻氣流冷卻，以降低葉片實際的工作溫度。

為達到優(yōu)良的冷卻效果，先進燃?xì)廨啓C的葉片冷卻結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常復(fù)雜，但冷卻效果仍顯不足，由于冷效不足，易造成導(dǎo)孔處熱障涂層剝落，導(dǎo)孔、緣板、葉身等處出現(xiàn)裂紋等缺陷，繼續(xù)保持原有散熱結(jié)構(gòu)的前提下，提高構(gòu)件的冷卻能力已十分困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有燃?xì)廨啓C導(dǎo)向葉片冷效不足，提供一種具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，在導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔或緣板外壁處填充點陣單元，所述填充的點陣單元由桿件組成，每根桿件長度尺寸為3mm～10mm，桿件直徑為2mm～5mm。點陣單元為四面體型或金字塔型或kagome構(gòu)型，點陣單元在葉身內(nèi)腔或緣板外壁的三維空間內(nèi)周期性重復(fù)排列，各個點陣單元通過結(jié)點相互連接，將葉身內(nèi)腔填滿或覆蓋緣板外壁，并與葉片內(nèi)腔壁或緣板外壁相連。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果：本發(fā)明的點陣結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，且能通過金屬桿單元和內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)的流體對流傳熱，具有十分良好的主動傳熱特性，本發(fā)明利用點陣結(jié)構(gòu)高散熱特點，達到提高導(dǎo)向葉片冷卻效率，提高構(gòu)件使用壽命，延長翻修周期的目的?；痉椒ㄊ牵涸趯?dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔、緣板外壁等處填充點陣結(jié)構(gòu)，這些點陣單元必須相互連接并具有便于冷氣流動的連接通道，再根據(jù)導(dǎo)向葉片冷氣流動方向選取合適的點陣構(gòu)型，并調(diào)整點陣方向，使冷氣流動的阻力最小，最后根據(jù)導(dǎo)向葉片的結(jié)構(gòu)和尺寸確定點陣單元的尺寸和填充數(shù)量。

本發(fā)明的設(shè)計方法是在導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔或緣板外壁處填充呈周期性重復(fù)排列的點陣單元，這些點陣單元通過結(jié)點相互連接并具有較高的孔隙率。本發(fā)明能進一步提高導(dǎo)向葉片的冷卻效率，具有較大的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中向葉片點陣填充位置示意圖，其中，1葉身內(nèi)腔示意圖；2緣板外壁示意圖；

圖2是本發(fā)明點陣單元中一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。

在導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔1或緣板外壁2處填充點陣單元，所述填充的點陣單元由桿件3組成，每根桿件長度尺寸為3mm～10mm，桿件直徑為0.5mm～5mm，點陣單元為四面體型或金字塔型或kagome構(gòu)型，點陣單元在葉身內(nèi)腔的三維空間或緣板外壁的表面周期性重復(fù)排列，各個點陣單元通過結(jié)點相互連接，將葉身內(nèi)腔填滿或覆蓋緣板外壁，并與葉片內(nèi)腔壁或緣板外壁相連。

實施例

具有點陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的發(fā)動機一級導(dǎo)向葉片：

(1)在發(fā)動機的一級導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔和緣板外壁處設(shè)計點陣結(jié)構(gòu)，如圖1所示；

(2)選取圖2所示的結(jié)構(gòu)為點陣單元，該點陣單元由位于正方體的對角線處的4根桿件組成，4根桿相交于正方體的中心位置，其中點陣中桿的直徑為2mm，桿的長度為5.2mm。

(3)采用步驟(2)所述點陣結(jié)構(gòu)將發(fā)動機一級導(dǎo)向葉片葉身內(nèi)腔填滿。

(4)同意選區(qū)圖2所示的結(jié)構(gòu)為點陣單元，該點陣單元由位于正方體的對角線處的4根桿件組成，4根桿相交于正方體的中心位置，桿件的直徑為0.5mm，桿件的長度為3.46mm。

(5)采用步驟(2)所述的點陣結(jié)構(gòu)將發(fā)動機一級導(dǎo)向葉片緣板外壁完全覆蓋，點陣覆蓋層厚度為1層點陣結(jié)構(gòu)厚度，約2mm。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于渦輪發(fā)動機導(dǎo)向葉片設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向葉片。在導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔或緣板外壁處填充點陣單元，所述填充的點陣單元由桿件組成，每根桿件長度尺寸為3mm～10mm，桿件直徑為0.5mm～5mm，點陣單元為四面體型或金字塔型或kagome構(gòu)型，點陣單元在葉身內(nèi)腔或緣板外壁的三維空間內(nèi)周期性重復(fù)排列，各個點陣單元通過結(jié)點相互連接，將葉身內(nèi)腔填滿或覆蓋緣板外壁，并與葉片內(nèi)腔壁或緣板外壁相連。本發(fā)明的設(shè)計方法是在導(dǎo)向葉片的葉身內(nèi)腔或緣板外壁處填充呈周期性重復(fù)排列的點陣單元，這些點陣單元通過結(jié)點相互連接并具有較高的孔隙率。本發(fā)明能進一步提高導(dǎo)向葉片的冷卻效率，具有較大的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張學(xué)軍;孫兵兵;劉偉;唐思熠;秦仁耀
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)北京航空材料研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.12
技術(shù)公布日：2017.07.18