[发明专利]涡轮叶片型面单排气膜冷却孔流量系数测量方法及其应用

说明书

涡轮叶片型面单排气膜冷却孔流量系数测量方法及其应用，包括依次连接的储气罐、主流阀门、主流热式流量计、整流段、主流段整流风洞、冷却塔；所述次流阀门一端与储气罐输出端连接，另一端依次与次流热式流量计、次流稳压罐、涡轮叶片型面单排气膜孔流量系数测量试验件连接；所述涡轮叶片型面单排气膜孔流量系数测量试验件设置在主流段整流风洞中。本发明的测量方法针对涡轮叶片型面单排气膜孔结构，可以调节气膜孔结构相关参数，获得气膜孔结构变化对气膜孔流量系数的影响，并最终获得精准的气膜孔流量系数。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片冷却技术领域，具体涉及一种涡轮叶片型面单排气膜冷却孔流量系数测量方法及其应用。

背景技术

自上世纪60年代开始，冷却技术开始被使用在航空发动机涡轮叶片上。最初的涡轮叶片冷却措施仅仅是在叶片内部沿径向加工若干圆柱形孔，并通以冷却气体。而随着涡轮前温度的持续升高，也促进了涡轮叶片冷却技术飞速发展。气膜冷却是一种高效可靠的冷却方式，目前已广泛应用于现代航空发动机涡轮叶片的冷却设计。冷却空气流经气膜孔孔壁时，由于存在进口损失、摩擦损失、出口损失等，导致通过气膜孔的实际流量比相同流动情况下的理论流量小，由此引出流量系数的定义：

C_d＝G_re/G_th

其中，C_d为流量系数，G_th为理论流量，G_re为实际流量。

由于影响实际流量的因素很多，因此实际流量由试验确定，理论流量由假设从进口次流总压到出口主流静压为等熵膨胀的条件下计算得出。实际流量计算公式如下：

其中，A为气膜孔流通面积；T^*为进口次流总温；P₁^*为进口次流总压；C_d为流量系数；P₂为出口主流静压；k为比热比：1.4。

流量系数定义为通过气膜孔的实际流量与理论流量之比，其值反应了气流流经气膜孔时产生的流动损失的大小。在气膜冷却设计中，只有精准掌握气膜孔流量系数，才能精确控制冷却空气流量，达到预期的冷却效果。因此，如何在试验条件下准确获得涡轮叶片气膜冷却孔流量系数，对探索涡轮叶片气膜冷却结构的换热机理、进而指导解决发动机高温涡轮部件传热工程难题、提升发动机涡轮叶片的寿命有着重要意义。

现有技术如，中国专利，其申请号：CN201710464122x，公开号：CN107194118 A公开一种涡轮叶片扇形孔气膜冷却结构气动-热协同优化方法，基于径向基神经网络，建立涡轮叶片扇形孔气膜冷却结构气动-热特征代理模型，并引入粒子群优化算法实现涡轮叶片扇形孔气膜冷却结构气动-热协同优化。本发明克服了传统气膜冷却结构优化方法需要依靠大量样本的特点，具有非线性预测能力，预测精度高，记忆能力、鲁棒性强，以及良好的全局逼近能力。然而，该现有技术运算复杂，不能对涡轮叶片型面单排气膜冷却孔流量系数精确测量。