■ 马薏文 朱江楠 苗辉 / 中国航发研究院

航空发动机燃烧室的出口气流不均匀会造成涡轮入口处存在明显的局部高温现象。针对高温热斑开展精细化研究，明确其影响因素、迁移路径以及在后方各级叶栅中的具体作用，提出降低热斑消极影响的解决方案，可以从细节上进一步提升涡轮的总体效率。

在发动机中，因燃烧室自身结构、燃烧组织及冷却机制的综合作用，实际出口流场与温度场往往存在明显的周向和径向温度梯度，燃气核心区温度明显高于周围流体，局部的最高温度可以达到最低温度的两倍左右, 接近甚至超过了金属材料的热屈服值，这种局部的高温气流被称为热斑，如图 1所示。热斑在进入高压涡轮级后，冷热气流在流道中按不同的路径发生迁移。同时，动静叶排之间相对运动使高低温流在叶排间产生迁移，给涡轮叶片带来明显的热负荷分布不均匀现象。这种现象造成叶片表面局部过热甚至烧蚀失效，极大地影响了叶片的可靠性和寿命，在转子叶片压力面上尤为显著。

图 1 涡轮入口处温度场热斑

热斑的迁移特性

早在20世纪40年代，美国海军军械实验室（US Navy Ordnance Laboratory）的蒙克等人就注意到涡轮进口附近存在局部高温并进行了理论推导，认为由燃烧室出口温度不均匀现象产生的热斑不会对涡轮第一级静子叶片流场造成影响，但对转子叶片流场与温度场的改变较为明显。涡轮进口总压分布的不均匀性会使静子叶片栅流道中的流动形态发生一定的变化，并由压力梯度产生二次流。……