■ 郭文 王鹏飞 / 中国航发涡轮院

提高涡轮前温度是提升航空发动机性能的主要技术途径之一，但是目前耐高温材料的发展尚不能满足涡轮前温度快速提升下的涡轮叶片的性能需求，因此发展更高效的涡轮叶片冷却技术将是提高涡轮前温度的重要方式。

涡轮叶片是航空发动机中承受热及机械载荷最为苛刻的零部件，也是发动机的关键安全件。“如何在减少冷气流量的情况下提高涡轮进口燃气温度”这一技术难题的解决途径，一方面是研制新型耐高温材料和热障涂层，另一方面就是实施先进可靠的高效冷却技术。有资料表明，在过去30年中，涡轮进口燃气温度提高了450K，其中只有30%是由于耐高温合金的发展和制造工艺的进步，而其余70%则是依靠有效的冷却技术获得的。由此可见，发展更高效的涡轮叶片冷却结构和冷却方式将是提高涡轮前温度的重要手段。

图1 导向叶片典型冷却结构

涡轮叶片典型冷却结构

导向叶片

现代航空发动机高压涡轮导向叶片典型冷却结构（如图1所示）主要包括扰流柱、气膜孔以及热障涂层等。叶片前缘受冷气/燃气压比限制，常采用致密气膜孔冷却。叶盆、叶背前部低速区常采用气膜或冲击加气膜冷却的复合冷却形式。叶背高速区主要采用冲击冷却形式。叶背后部冲击冷却的冷气会经叶片尾缘的扰流柱对尾缘区域进行冷却，最后从叶片尾缝排出。叶片尾缝排气结构主要有全劈缝和半劈缝。……