[发明专利]一种囊袋旋腔冷却单元及涡轮叶片结构

说明书

本发明提供一种囊袋旋腔冷却单元及涡轮叶片结构，包括进口平直段、转接结构、囊袋旋腔结构、渐缩段和出口平直段；囊袋旋腔结构包括连通的第一囊袋旋腔结构和第二囊袋旋腔结构，囊袋旋腔结构的袋口部分通过转接结构和进口平直段连接，囊袋旋腔结构的袋尾部分通过渐缩段和出口平直段连接。通过包括多个囊袋旋腔冷却单元的涡轮叶片结构，可提高涡轮叶片尾缘冷却效率并提高叶片承温能力。

技术领域

本说明书涉及航空发动机涡轮叶片技术领域，具体涉及一种囊袋旋腔冷却单元及涡轮叶片结构。

背景技术

提高涡轮进口温度是提高航空发动机推力和效率的有效途径，但涡轮进口温度的提高会使得涡轮叶片承受更大的热负荷，过高的温度和热应力可能导致涡轮叶片无法正常工作。现代高性能航空发动机的涡轮进口燃气温度已远远超过了所用材料的耐温极限，必须采用复杂的冷却技术来保证涡轮在高温条件下的正常运转。而涡轮叶片的尾缘是叶片典型的高温部位，是最容易受热腐蚀而损坏的部位之一，其冷却结构的设计难度非常突出，主要原因是叶片后部燃气侧流动往往已发展为湍流，使该部位外表面的换热强度很大，同时叶片吸力面的气膜冷却往往在前部，对后部产生的影响已经很小，在叶片内部，冷却气体经途中吸热到达尾部时温度也相对较高，冷却作用也相对较小。因此发展和创新尾缘高效冷却结构是保证涡轮叶片稳定工作的重要措施。

目前叶片尾缘常规冷却结构为带扰流柱的全劈缝结构，流动损失高、换热强度底。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种囊袋旋腔冷却单元及涡轮叶片结构，以达到提高涡轮叶片尾缘冷却效率并提高涡轮叶片承温能力的目的。

本说明书实施例提供以下技术方案：

一种囊袋旋腔冷却单元，包括进口平直段、转接结构、囊袋旋腔结构、渐缩段和出口平直段；

囊袋旋腔结构包括连通的第一囊袋旋腔结构和第二囊袋旋腔结构，囊袋旋腔结构的袋口部分通过转接结构和进口平直段连接，囊袋旋腔结构的袋尾部分通过渐缩段和出口平直段连接。

进一步地，第一囊袋旋腔结构和第二囊袋旋腔结构对称分布在进口平直段中心线的两侧。

进一步地，进口平直段的高度为H，进口平直段长度为L1，H为0.6 mm至1.6mm，L1为2.0mm至10mm或L1≥1.5 H。

进一步地，第一囊袋旋腔结构包括横截面为椭圆弧形的第三棱边，椭圆弧的长轴长度为a，椭圆弧的短轴长度为b，其中，2.7H≤a≤3.2H且1.85b≤a≤2.15b；

椭圆弧的长轴与进口平直段中心线的夹角为θ1，θ1为25度至42度；

两个对称设置的椭圆弧的长轴的交点为第一交点，第一交点与进口平直段的末端的距离为S1，且2.5H≤S1≤3.5H；

椭圆弧的中心点距离进口平直段中心线的距离为S2，且0.85H≤S2≤1.2H；

第三棱边为圆角棱边，圆角棱边的圆角半径r为0.12mm至0.20mm。

进一步地，出口平直段高度为H2，H2为0.85mm至2.6mm或1.45H≤H2≤1.75H，出口平直段长度为L3，且L3为3.09 mm至12.00mm。

进一步地，渐缩段的长度为L3，L3为H的0.6倍至0.85倍，渐缩段的横截面为圆弧段，圆弧段的弧度为β，圆弧段半径为R1，其中，R1= L3/sinβ；

转接结构的圆弧半径为R，R为0.10mm至0.45mm。

进一步地，囊袋旋腔冷却单元的宽度为B，B为0.3 mm至1.2mm。