[发明专利]月牙型气膜孔结构和形成方法、涡轮叶片及其加工方法

说明书

本发明提供了一种月牙型气膜孔结构，所述月牙型气膜孔结构包括月牙型气膜孔型芯，所述月牙型气膜孔型芯包括月牙型扩张体和圆柱体，所述月牙型扩张体端面曲线通过曲线组光滑过渡到圆柱体端面，形成月牙型扩张。本发明提供的月牙型气膜孔结构根据涡轮叶片各区域叶型和主流流动特点布置到叶片上，叶盆区域采用β角35°～45°，叶背区域采用β角40°～50°，与常规圆形气膜孔相比，在冷气流量不变的条件下，月牙型气膜孔气膜覆盖效率提高50％以上。从而大幅度提高发动机涡轮前温度及发动机推力，同时更加均匀的气膜覆盖效果，可以有效降低叶片温度梯度，延长叶片的使用寿命。

技术领域

本发明属于航空发动机热端气冷涡轮叶片技术领域，具体涉及月牙型气膜孔结构和形成方法、涡轮叶片及其加工方法。

背景技术

为了提升航空发动机的推重比与热效率，涡轮段进口的温度越来越高，已经远远超过金属材料可承受的温度。为了降低热端部件的热载荷并保证其正常工作，对部件的冷却就变得尤为重要。目前常见的高温部件冷却方式有气膜冷却、对流冷却、发散冷却和复合冷却等。气膜冷却技术作为热端部件最重要的冷却方式之一，在有效降低涡轮叶片表面温度和热应力方面发挥着重要作用，对其进行持续而深入的研究是提高航空发动机性能的重要途径。在气膜孔形状方面，研究人员对圆柱孔、复合角气膜孔、异型孔等进行了大量研究，研究结果表明，与传统的圆柱形气膜孔相比，异型气膜孔在保证二次流流量不变的情况下，能够降低冷气出流动量，增加冷气出流的覆盖范围，提高气膜冷却效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制气膜孔出口处肾形对涡的发展，使冷气向叶片展向发展，提升叶片冷气出流的壁面贴覆性，能够扩大冷气覆盖范围，大大提高隔热效果，加工工艺可实现性强的异形孔，以显著提升叶片表面气膜冷却效果，节省冷气用量，提高发动机的效率和推重比，具有广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种月牙型气膜孔结构，所述月牙型气膜孔结构包括月牙型气膜孔型芯，所述月牙型气膜孔型芯包括月牙型扩张体和圆柱体，所述月牙型扩张体端面曲线通过曲线组光滑过渡到圆柱体端面，形成月牙型扩张；其中，所述月牙型扩张体端面的正投影曲线与所述圆柱体外相切圆的部分曲线重合，正投影曲线还包括用于形成月牙型的曲线组过渡曲线和设置在两端的相同月牙型尖角倒圆曲线，则

R₄＝4*R₁，

R₂＝R₁*2/3

L₁＝2*7R₂*tan(α/2)

其中，R₁为圆柱体半径，R₂为月牙型尖角倒圆半径，R4为圆柱体外相切圆半径、L₀为两端的月牙型尖角倒圆圆心之间的距离、α为圆柱体外相切圆圆心与两端的月牙型尖角倒圆圆心连线的夹角、L₁为圆柱体圆心与两端的月牙型尖角倒圆圆心之间的距离。

本发明所提供的月牙型气膜孔结构，还具有如下的技术方案，所述R₁的取值范围为0.4mm-0.6mm。

本发明的第二目的在于，提供一种前述任一项所述的月牙型气膜孔结构形成方法，所述方法包括如下步骤：

绘制一个半径为R₁的圆，圆心O₁；

在距圆心O₁，距离为3*R₁的位置建立原点O₃，建立以O₃为圆心，半径为R₄的圆，与上述圆形成内相切；

以O₃为圆点，将轴线O₁O₃向两侧各旋转α/2角度；