月牙型气膜孔结构和形成方法、涡轮叶片及其加工方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
月牙型气膜孔结构和形成方法、涡轮叶片及其加工方法


[0001]本专利技术属于航空发动机热端气冷涡轮叶片
，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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术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。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术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
[0005]R4＝4*R1，
[0006]R2＝R1*2/3
[0007][0008]L1＝2*7R2*tan(α/2)
[0009]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。
[0010]本专利技术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。
[0011]本专利技术的第二目的在于，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：
[0012]绘制一个半径为R1的圆，圆心O1；
[0013]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；
[0014]以O3为圆点，将轴线O1O3向两侧各旋转α/2角度；
[0015]在两侧旋转完成的轴线上建立与R4相切且半径为R2的圆，该圆的圆心为02，以O2为圆心，将轴线O
2 O3向逆时针方向旋转α1得到交点A1，同样利用上述方式顺时针旋转α1得到右侧交点A2；
[0016]在轴线O1O3上获得距离点O3为R1距离的点A3，然后利用三点做圆的方式得到月牙型貌的内弧线，然后修剪掉多余的曲线最终形成月牙形面；
[0017]在绘制完成所述月牙平面形状的基础上，将所述月牙平面形状以中心点O1沿平面垂直方向收缩，收缩距离L2，保证缩小后的月牙平面形状的外切圆半径为R1，由此绘制出月牙形孔扩张段；
[0018]将月牙形状的形心O1沿月牙形平面法线拉伸形成型芯中心轴O4，再将外切圆沿轴O4拉伸L3长度，形成圆柱体，
[0019]其中，α1＝180
‑
α/2。
[0020]本专利技术的第三目的在于，提供一种涡轮叶片，所述涡轮叶片包括叶身和设置在叶身上的多个月牙型气膜孔结构，所述月牙型气膜孔结构为前述任一项所述的月牙型气膜孔结构，
[0021]所述圆柱体中轴线与所述叶身表面的夹角为β，其中，β的取值范围为35
°‑
50
°
，
[0022]所述两端的月牙型尖角倒圆圆心之间的连线与所述叶身的壁面平行。
[0023]本专利技术所提供的涡轮叶片，还具有如下的技术特征，所述圆柱体和所述月牙型扩张段之间的过渡面中心点位于所述叶身壁厚冷气进口端的1/3处。
[0024]本专利技术所提供的涡轮叶片，还具有如下的技术特征，多个月牙型气膜孔结构在所述叶身上交错排列，相邻两个月牙型气膜孔结构之间的叶高方向间距的取值范围为2.2mm
‑
3.6mm；相邻两个月牙型气膜孔结构之间的叶身弧面切线方向间距的取值范围为8mm
‑
12mm。
[0025]本专利技术所提供的涡轮叶片，还具有如下的技术特征，在所述叶身有复合倾角时，以圆柱体轴心为轴线旋转月牙型气膜孔结构，使得形成的月牙型气膜孔两侧尖角形状、大小保持一致。
[0026]本专利技术所提供的涡轮叶片，还具有如下的技术特征，所述多个月牙型气膜孔在所述叶身表面的覆盖率不小于60％。
[0027]本专利技术的第四目的在于，提供一种如前述任一项所述的涡轮叶片的加工方法，所述方法包括如下步骤：
[0028]加工多个月牙型气膜孔结构；
[0029]在叶身上设置月牙型气膜孔结构的安装位置；
[0030]将月牙型气膜孔结构与叶身表面成35
°
放置在上述安装位置上，得到涡轮叶片，
[0031]其中，安装位置为在叶身上交错排列，叶高方向间距的取值范围为2.2mm
‑
3.6mm、叶身弧面切线方向间距的取值范围为8mm
‑
12mm的多个安装点。
[0032]有益效果
[0033]本专利技术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。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例所提供的月牙型气膜孔结构平面图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的月牙形气膜孔结构芯立体图；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的月牙形气膜孔结构芯与平板位置关系图；
[0037]图4为本专利技术部分实施例所提供的月牙形气膜孔结构的孔型平面图；
[0038]图5是多排气膜孔结构在涡轮叶片上的排布局部放大效果图；
[0039]图6是多排气膜孔结构在涡轮叶片上的布置效果图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月牙型气膜孔结构，其特征在于，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*2/3L1＝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。2.根据权利要求1所述的月牙型气膜孔结构，其特征在于，所述R1的取值范围为0.4mm
‑
0.6mm。3.一种如权利要求1
‑
2任一项所述的月牙型气膜孔结构形成方法，其特征在于，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；在两侧旋转完成的轴线上建立与R4相切且半径为R2的圆，该圆的圆心为02，以O2为圆心，将轴线O2O3向逆时针方向旋转α1得到交点A1，同样利用上述方式顺时针旋转α1得到右侧交点A2；在轴线O1O3上获得距离点O3为R1距离的点A3，然后利用三点做圆的方式得到月牙型貌的内弧线，然后修剪掉多余的曲线最终形成月牙形面；在绘制完成所述月牙平面形状的基础上，将所述月牙平面形状以中心点O1沿平面垂直方向收缩，收缩距离L2，保证缩小后的月牙平面形状的外切圆半径为R1，由此绘制出月牙形孔扩张段；将月牙形状的形心O1沿月牙形平面法线拉伸形成型芯中心轴O4，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文璇，陈磊，王永明，杨双，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：