[实用新型]一种涡轮叶片前缘结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮叶片前缘结构，尤其涉及一种具有扰流冷却的涡轮叶片前缘结构。 

背景技术

冷却技术是高性能航空发动机发展的基础和保障。航空发动机是长期工作在高温、高压、高速旋转等恶劣环境条件下的复杂热动力机械，是知识、技术高度密集的军民两用产品。在航空燃气涡轮发动机的发展过程中，为了提高发动机的热效率和推重比或功重比，压气机的增压比和涡轮进口温度不断被提高。以目前推重比10一级的军用航空发动机为例，涡扇发动机涡轮前燃气温度达2000K，叶片所采用单晶材料能承受的最高温度却仅为1300K，而下一代的燃气涡轮发动机还会要求更高的工作温度。但是大量空气用于冷却势必导致动力装置性能的损失，因此冷却需求和冷却气量之间的矛盾日益突出，导致未来高性能发动机中高温部件的冷却难度更大。通过分析国内外各种新型冷却技术，发现目前多数热端部件内部均还是采用对流+冲击+气膜的复合冷却形式。而随着冷却技术的日益成熟，先进冷却技术的发展方向有:1.发展新的冷却方式和冷却结构；2.精细组织冷却气流的布局和流量，提高冷却效率。因此，研究设计一种具有运用高效冷却技术的航空涡轮叶片，减少冷却的气量，已成为发展下一代燃气涡轮的紧迫要求。 

发明内容

为了解决不断提高涡轮前燃气温度和高温材料有限耐受温度之间的矛盾，不断提升的冷却需求和逐步减小的冷却气量之间的矛盾，严格保密的国外新技术和相对薄弱的国内研究之间的矛盾，本实用新型设计一种涡轮叶片前缘结构，使得在相同冷气量和不增加外部能耗的条件下，实现了叶片的高耐热性能。 

本实用新型叶片前缘结构的技术方案是： 

1.叶片前缘结构内通过设置有垂直于叶型的第一隔离体、第二隔离体，第三隔离体和第四隔离体，四个隔离体形成一个形似“Ⅱ”的结构。其中第一隔离体和第四隔离体相互平行，第二隔离体和第三隔离体相互平行且位于第一隔离体和第四隔离体之间。第一隔离体和第四隔离体一端与叶片前缘上表面接触，第一隔离体和第四隔离体另一端与叶片前缘下表面接触；第二隔离体一端与第一隔离体靠近叶片前缘上表面三分之一处接触，第二隔离体另一端与第四隔离体接触；第三隔离体一端与第一隔离体靠近叶片前缘下表面三分之一处接触，第三隔离体另一端与第四隔离体接触。其中第一隔离体与叶片前缘结构

前端形成前端受限空间，第一隔离体和第四隔离体之间的空间被第二隔离体和第三隔离体分成3个空间，其中第二隔离体和叶片前缘上表面形成上受限空间，第三隔离体和叶片前缘下表面形成下受限空间，第二隔离体和第三隔离体之间为冷却空气气腔。

上述第一隔离体中部设置有使前端受限空间和冷却空气气腔相通的中部冷却气体孔阵列，第二隔离体的前端设置有使上受限空间和冷却空气气腔相通的第一上冷却气体孔阵列，第二隔离体的后端设置有使上受限空间和冷却空气气腔相通的第二上冷却气体孔阵列；第三隔离体的前端设置有使下受限空间和冷却空气气腔相通的第一下冷却气体孔阵列，第三隔离体的后端设置有使下受限空间和冷却空气气腔相通的第二下冷却气体孔阵列。 

上述叶片前缘结构的叶片前缘上表面设置有使前端受限空间和叶片外部流场相通的有第一上气膜孔阵列和第二上气膜孔阵列，使上受限空间和叶片外部流场相通的第三上气膜孔阵列；下表面设置有使前端受限空间和叶片外部流场相通的有第一下气膜孔阵列和第二下气膜孔阵列，使下受限空间和叶片外部流场相通的第三下气膜孔阵列。 

前缘长度计作L, 上述叶片前缘顶端到第一隔离体的距离计作L0，上述叶片前缘顶端到第四隔离体的距离计作L1，上述叶片前缘顶端到第一上气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L2，上述叶片前缘顶端到第二上气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L3，上述叶片前缘顶端到第三上气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L4；上述叶片前缘顶端到第一下气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L5，上述叶片前缘顶端到第二下气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L6：上述叶片前缘顶端到第三下气膜孔阵列的距离在前缘长度的投影距离计作L7；上述L0：L=0.32-0.45；L1：L=0.9-1；L2：L=0.05-0.08；L3：L=0.2-0.3；L4：L=0.6-0.75；L5：L=0.05-0.08；L6：L=0.2-0.3；L7：L=0.6-0.75。