CN114215608A - 一种自适应压差的冷却孔结构 - Google Patents

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CN114215608A CN202111549032.3A CN202111549032A CN114215608A CN 114215608 A CN114215608 A CN 114215608A CN 202111549032 A CN202111549032 A CN 202111549032A CN 114215608 A CN114215608 A CN 114215608A
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叶留增
李季
许羚
高为民
李泳凡
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02K1/822—Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
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Abstract

本申请属于冷却系统的设计发明领域，特别涉及一种自适应压差的冷却孔结构，本申请包括压差调节板（1），气膜孔板（2）；气膜孔板（2）具有气孔，压差调节板（1）具有沿气流流动方向的前端与后端，所述前端与气膜孔板（2）连接，所述后端悬于所述气孔上方；压差调节板（1）具有弹性，本申请可保证不同压差条件下，保证冷却孔具有相同的进气流量，冷却效果控制简单，可控。

Description

一种自适应压差的冷却孔结构
技术领域
本申请属于冷却系统的设计发明领域，特别涉及一种自适应压差的冷却孔结构。
背景技术
航空发动机中冷却设计是很多部件的设计难点，包括发动机的燃烧室、涡轮叶片、高热负荷的加力燃烧室和喷管都需要冷却，而冷却设计过程中不同发动机状态冷却效果控制十分复杂，而影响冷却效果最大的因素就是冷却孔的冷气进气流量，冷气进气流量总是随着压差的变化而改变，因此设计进气流量不随压差变化的冷却孔十分迫切，而且现有冷却孔结构的冷气进气流量总是随着压差的变化而改变，进而使冷却效果发生变化，变化规律复杂，控制难度大。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种自适应压差的冷却孔结构，包括压差调节板，气膜孔板；气膜孔板具有气孔，压差调节板具有沿气流流动方向的前端与后端，所述前端与气膜孔板连接，所述后端悬于所述气孔上方；压差调节板具有弹性。
优选的是，压差调节板与气膜孔板为一体结构，压差调节板为气膜孔板切割弯折形成，所述气孔为气膜孔板切割压差调节板留下的空穴。
优选的是，所述后端的边缘具有沿气流方向的凸出，所述凸出悬于所述气孔正上方。
优选的是，气流垂直的进口面积Ah有以下函数关系：
Figure 593512DEST_PATH_IMAGE001
Ah是与气流垂直的进口面积, A0是与初始气流垂直的进口面积,Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
优选的是， QUOTE
Figure 282768DEST_PATH_IMAGE002
Figure 899694DEST_PATH_IMAGE003
的范围为：
QUOTE
Figure 986599DEST_PATH_IMAGE004
Figure 663568DEST_PATH_IMAGE004
。
优选的是，
当 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 570344DEST_PATH_IMAGE006
，所述气孔流量为mt1，且有 QUOTE
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 709070DEST_PATH_IMAGE007
；
当 QUOTE
Figure 916060DEST_PATH_IMAGE008
Figure 763931DEST_PATH_IMAGE008
，所述气孔流量为mt2，且有QUOTE
Figure 423582DEST_PATH_IMAGE009
Figure 382311DEST_PATH_IMAGE009
。
优选的是，所述气孔的实际进口流量mr：
mr是小孔实际进口流量，Ah是与气流垂直的进口面积，ρj为冲击气流的密度，Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
优选的是，所述函数关系还可以考虑其他相关的变量参数，具体可以为：
Figure 178229DEST_PATH_IMAGE010
L是所述后端与所述气孔的距离；K是压差调节板的弹性模量；h是所述前端与所述后端的距离。
优选的是，压差调节板具有沿气流方向的导流槽。
优选的是，压差调节板的整体弯曲
本申请的优点包括：本发明提供了一种自适应压差的冷却孔结构，可保证不同压差条件下，保证冷却孔具有相同的进气流量，冷却效果控制简单，可控，并且可以批量生产，成本低。
附图说明
图1自适应压差的冷却孔结构；
图2带冷却流道的冷却孔结构；
图3自适应压差的冷却孔结构受力图；
其中，1-压差调节板，2-气膜孔板。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
如图1至3所示：本申请包括包括包括压差调节板1，气膜孔板2；气膜孔板2具有气孔，压差调节板1具有沿气流流动方向的前端与后端，所述前端与气膜孔板2连接，所述后端悬于所述气孔上方；压差调节板1具有弹性，压差调节板1可为弹性板材，厚度较薄，压差会使板材产生变形，所述后端的边缘具有沿气流方向的凸出，所述凸出悬于所述气孔正上方，也就是说凸起使压差调节板1呈几字形状，凸起使主要是能够改变气孔的流量，而凸起两侧处于孔的状态，不会阻挡气体的流通。
在结构上，压差调节板1具有沿气流方向的导流槽，因为在实际的操作过程中，为了避免压差调节板1因为悬臂梁的结构在气流不稳定的情况下产生不必要的震动，使得压差调节板1与其他部件产生不会产生不必要的共振影响，使气流有一个比较稳定的状态，同时导流槽能够使压差调节板1具有较好的结构强度。
压差调节板1的整体弯曲状，弯曲的形状是为了获得较好的气动效果，使得在有限的材料和空间下，达到更大或者更小的压力差。
实际实施中还有另外一种方案，压差调节板1与气膜孔板2为一体结构，压差调节板1为气膜孔板2切割弯折形成，所述气孔为气膜孔板2切割压差调节板1留下的空穴，即压差调节板1是沿气膜孔板2裁剪大于等于四分之三面的结构，这种方式制作简单，不需要单独增加材料，也不需要单独挖孔，但是对材料的要求高，需要同一种材料同时满足气膜孔板2压差调节板1两种要求。
所述自适应压差的冷却孔的工作原理是：自适应压差的冷却孔结构可实现冷却孔的进气流量不随压差变化而变化。压差调节板1为冷气流侧，气膜孔板2为热气流侧，冷气流由冷气腔进入，流过压差调节板上表面通过冷却孔进入热气流侧进行冷却；压差调节板1两侧压差Pc-Ph会使压差调节板1产生弹性变形，随着两侧压差Pc-Ph增加，压差调节板1受力变大、弹性变形量增加，尺寸L减小，冷气的进气能力降低，流量系数下降。根据孔的实际进气流量计算公式，压差增大，流量系数降低，可实现孔实际进气流量保持不变。反之亦然。
此外，为达到本申请的对小孔的保持恒定流量的要求，本申请需要满足如下条件，气流垂直的进口面积Ah有以下函数关系：
Figure 197000DEST_PATH_IMAGE001
Ah是与气流垂直的进口面积, A0是与初始气流垂直的进口面积,Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
QUOTE
Figure 327636DEST_PATH_IMAGE004
Figure 90056DEST_PATH_IMAGE004
。
当 QUOTE
Figure 6059DEST_PATH_IMAGE006
Figure 930153DEST_PATH_IMAGE006
，所述气孔流量为mt1，且有 QUOTE
Figure 564396DEST_PATH_IMAGE007
Figure 864928DEST_PATH_IMAGE007
；
当 QUOTE
Figure 901017DEST_PATH_IMAGE008
Figure 996012DEST_PATH_IMAGE008
，所述气孔流量为mt2，且有QUOTE
Figure 366819DEST_PATH_IMAGE009
Figure 471041DEST_PATH_IMAGE009
。
因此，所述气孔的实际进口流量mr：
mr是小孔实际进口流量，Ah是与气流垂直的进口面积，ρj为冲击气流的密度，Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
在上述，所述气流垂直的进口面积Ah有以下函数关系的基础上，具体考虑到为压差调节板1的相关参数时，公式可具体如下：
Figure 96058DEST_PATH_IMAGE010
L是所述后端与所述气孔的距离；K是压差调节板1的弹性模量；h是所述前端与所述后端的距离。
本申请可保证不同压差条件下，保证冷却孔具有相同的进气流量，冷却效果控制简单，可控。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，包括压差调节板（1），气膜孔板（2）；气膜孔板（2）具有气孔，压差调节板（1）具有沿气流流动方向的前端与后端，所述前端与气膜孔板（2）连接，所述后端悬于所述气孔上方；压差调节板（1）具有弹性。
2.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，压差调节板（1）与气膜孔板（2）为一体结构，压差调节板（1）为气膜孔板（2）切割弯折形成，所述气孔为气膜孔板（2）切割压差调节板（1）留下的空穴。
3.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，所述后端的边缘具有沿气流方向的凸出，所述凸出悬于所述气孔正上方。
4.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，气流垂直的进口面积Ah有以下函数关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Ah是与气流垂直的进口面积, A0是与初始气流垂直的进口面积,Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
5.如权利要求4所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，
Figure 532402DEST_PATH_IMAGE002
的范围为：
Figure 823706DEST_PATH_IMAGE003
。
6.如权利要求5所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，
当
Figure 543269DEST_PATH_IMAGE004
，所述气孔流量为mt1，且有
Figure 211010DEST_PATH_IMAGE005
；
当
Figure 145468DEST_PATH_IMAGE006
，所述气孔流量为mt2，且有
Figure 342095DEST_PATH_IMAGE007
。
7.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，所述气孔的实际进口流量mr：
mr是小孔实际进口流量，Ah是与气流垂直的进口面积，ρj为冲击气流的密度，Pj *是气流进口压力，Ph是气流出口压力。
8.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，压差调节板（1）具有沿气流方向的导流槽。
9.如权利要求1所述的自适应压差的冷却孔结构，其特征在于，压差调节板（1）的整体弯曲。
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