[其他]帶配量氣流的薄膜冷卻槽

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86108718
• 申請(qǐng)日: 1986-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN86108718A
• 公開（公告）日: 1987-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·尤金·菲爾德;詹姆斯·斯圖爾特·菲利普斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聯(lián)合工藝公司
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18;F01D5/08
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 李曉舒

本發(fā)明涉及薄膜冷卻，特別是薄膜冷卻葉型。

人所熟知，葉型的外表面可以通過多個(gè)細(xì)小的通道將內(nèi)腔的冷空氣引到外表面來冷卻。要求從通道出來的空氣在葉型表面的附面層內(nèi)向氣路下游傳送得越遠(yuǎn)越好，以提供一個(gè)在熱燃?xì)庵髁髋c葉型表面之間的保護(hù)薄膜。通道軸線與葉型表面形成的夾角以及它跟流過葉型表面的熱燃?xì)鈿饬鞯姆较蛟谕ǖ莱隹谔幍年P(guān)系是影響薄膜冷卻效率的重要因數(shù)。薄膜冷卻效率E的定義是主燃?xì)饬鞯臏囟龋═g）與在離通道出口距離為x的下游處的冷卻薄膜的溫度（Tf）之差除以主燃?xì)饬鳒囟扰c通道出口（即x＝0處）的冷卻劑溫度（Tc）之差，這樣E＝（Tg-Tf）/（Tg-Tc）。薄膜冷卻效率隨著距通道出口距離x的增加而迅速下降。在盡可能長(zhǎng)的距離與盡可能大的表面面積上保持高的薄膜冷卻效率是葉型薄膜冷卻的主要目標(biāo)。

本行人熟知，發(fā)動(dòng)機(jī)葉型一定要使用最小量的冷卻空氣來冷卻，因?yàn)槔鋮s空氣是從壓縮器取出的工作流體，而它從燃?xì)饬魍分袚p耗將急速降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率。葉型設(shè)計(jì)師面對(duì)使用一個(gè)規(guī)定的最大冷卻流體流率以冷卻所有的發(fā)動(dòng)機(jī)葉型的問題。以一個(gè)內(nèi)腔流經(jīng)每個(gè)單獨(dú)冷卻通道進(jìn)入燃?xì)馔返牧黧w的流量受控于冷卻通道的最小的截面積（配量面積）。配量面積一般是指位于通道與內(nèi)腔相交處之面積。從葉型導(dǎo)出的所有冷卻通道與噴孔的總配量面積控制了從葉型流出的冷卻劑的總流率，假定內(nèi)外壓力是固定的或者至少是設(shè)計(jì)師無法控制的。設(shè)計(jì)師有這個(gè)任務(wù)來規(guī)定通道的大小和通道之間的間距，同時(shí)規(guī)定通道的形狀與取向，使葉型所有的面保持在由對(duì)葉型的材料性能、最大應(yīng)力與壽命要求的考慮所決定的臨界設(shè)計(jì)溫度極限以下。

理想的要求是100%的葉型表面被一層冷卻空氣薄膜所沖洗;但是離開通道出口的空氣一般形成一條寬度不超過或很難超過垂直于燃?xì)饬鞯耐ǖ莱隹诘某叽绲睦鋮s薄膜帶子。對(duì)冷卻通道數(shù)量、大小和間距的限制將導(dǎo)致在保護(hù)薄膜內(nèi)產(chǎn)生縫口與/或薄膜冷卻效率低的面，這將產(chǎn)生局部過熱點(diǎn)。葉型過熱點(diǎn)是限制發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的一個(gè)因素。

頒發(fā)給豪沃爾德的美國(guó)專利3，527，543號(hào)使用圓形截面的漸擴(kuò)錐形氣路，以增加從一個(gè)給定的通道吸入附面層的冷卻劑的量。通道還最好取向在一個(gè)向縱向或部分朝向燃?xì)饬鞣较蛏煺沟钠矫嫔弦允估鋮s劑在它離開通道出口向下游流動(dòng)時(shí)向縱向擴(kuò)展。盡管有這些特點(diǎn)，但煙流量顯形試驗(yàn)及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件檢查證實(shí)了在冷卻劑從一個(gè)橢圓形通道出口（即豪沃爾德專利）噴出后冷卻劑的縱向?qū)挾仍谌~型表面上最大只展寬了一個(gè)通道出口的短徑。這個(gè)事實(shí)，跟通道之間的典型縱向間距為三個(gè)到六個(gè)通道直徑連在一起，導(dǎo)致葉型表面上在縱向分布通道之間以及其下游有些區(qū)域從該排氣路得不到冷卻流體。在豪沃爾德的專利3，527，543號(hào)中所描述的錐形成角度的通道提供最多可能不超過70℃的覆蓋率（被冷卻劑覆蓋的相鄰孔出口中心間距離的百分率）。

離開冷卻通道的空氣的速度決定于在通道入口的空氣壓力跟在通道出口的燃?xì)饬鲏毫χ取Ｒ话銇碚f，壓力比越高，出口速度越高。出口速度太高會(huì)導(dǎo)致冷卻空氣穿入燃?xì)饬鞫粠ё邚亩惶峁┯行У谋∧だ鋮s。壓力比太低會(huì)導(dǎo)致燃?xì)饬魑肜鋮s通道內(nèi)從而完全喪失了局部葉型冷卻。完全喪失葉型冷卻往往產(chǎn)生災(zāi)難性后果，因此常常保留一個(gè)安全裕量。考慮到安全裕量所要求的附加的壓力將設(shè)計(jì)推向高的壓力比。能耐受高的壓力比是薄膜冷卻設(shè)計(jì)方案的一個(gè)合乎需要的特點(diǎn)。如在上面討論的豪沃爾德專利中的將通道做成錐度以擴(kuò)散冷卻空氣對(duì)提供這種耐受力是有利的，但其中所教導(dǎo)的窄擴(kuò)散角（最大夾角為12°）要求長(zhǎng)的通道，因此，用厚的葉型壁以降低出口速度常常被認(rèn)為是降低薄膜冷卻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)壓力比的敏感度的最可取的辦法。同樣的界限存在于西頓斯的克的美國(guó)專利4，197，443號(hào)中所描述的梯形擴(kuò)散通道中，其中所教導(dǎo)的在兩個(gè)互相垂直的平面里的最大擴(kuò)散夾角分別是7°與14°，目的是保證不會(huì)發(fā)生冷卻流體從帶錐度的壁上分離，同時(shí)保證冷卻流體在它的通道出來進(jìn)入熱燃?xì)饬骼飼r(shí)充滿了整個(gè)通道。在這些擴(kuò)散角的界限內(nèi)，只有厚一些的葉型壁以及通道在葉型葉展方向帶角度才可以在縱向上產(chǎn)生較寬的通道出口以及較小的通道間縫口。寬的擴(kuò)散角是比較好的，但用先前技術(shù)的教導(dǎo)則無法實(shí)現(xiàn)。