(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211112716.1 (22)申请日 2022.09.14 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115203862 A (43)申请公布日 2022.10.18 (73)专利权人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 黄维娜　刘强军　程域钊　陈永熙　 张成栋　周山　王彬　谭洪川　 王淞灵　杨雨超　王永红　何爱杰　 李晓明　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 周晓飞(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) F01D 5/18(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 114151139 A,202 2.03.08 CN 107725115 A,2018.02.23 CN 112507586 A,2021.0 3.16 US 2019226113 A1,2019.07.25 CN 112780355 A,2021.0 5.11 王湛.双排气膜孔冷却热弹耦合特性的分 析. 《推进技 术》 .2017,第38卷(第9期),20 38- 2045. 审查员 罗捷 (54)发明名称 一种基于体积密度分布的气膜孔设计方法 (57)摘要 本发明涉及涡轮叶片冷却技术领域， 公开了 一种基于体积密度分布的气膜 孔设计方法， 计算 无气膜孔的单个涡轮叶片的温度场和应力场， 根 据气膜孔孔型和通入单个涡轮叶片内部的冷气 参数， 确定气膜孔孔数； 分布基于涡轮叶片 的温 度场、 应力场划分为 n个体积域， 进行基于均衡温 度的体积域气膜孔分布设计和基于均衡应力的 体积域气膜 孔分布设计； 基于均衡温度的气膜孔 分布可以充分规避径向温度分布差异大的问题， 而基于应力的气膜孔分布可规避多个气膜孔聚 集在高应力 区， 提高涡轮叶片强度； 通过综合考 虑涡轮叶片的温度和应力分布特点， 通过权重分 配以平衡温度均匀性和低应力水平要求， 得到兼 顾冷却和强度的涡轮叶片气膜 孔综合分布方案， 满足实际工程应用。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115203862 B 2022.12.20 CN 115203862 B 1.一种基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 根据航空发动机涡轮叶片工况要求， 分别计算无气膜孔的单个涡轮叶片的温度 场和应力场； 步骤2、 根据温度场进行气膜孔孔型设计， 通入单个涡轮叶片内部的冷气的流量、 单孔 流量， 确定气膜孔 孔数n； 步骤3、 分别将单个涡轮叶片的温度场、 应力场划分为 n个体积域， 分别针对单个涡轮叶 片进行基于均衡温度的体积域气膜孔分布设计和基于均衡 应力的体积域气膜孔分布设计； 步骤4、 根据涡轮 叶片的工况要求和不同部位的温度场、 应力场分布特点， 分别赋予基 于均衡温度的体积域和基于均衡应力的体积域不同的权重， 平衡温度和应力不均匀 性， 得 到兼顾温度场和应力场的涡轮叶片 气膜孔分布方案 。 2.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 步骤1中 根据涡轮叶片进 出口燃气温度、 压力、 流速， 以及冷气温度、 压力、 流速、 流量， 进 行不带气膜 孔涡轮叶片传热计算， 获取 无气膜孔涡轮叶片的温度场。 3.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 步骤1中 根据无气膜孔涡轮叶片温度场以及转速、 压力、 涡轮叶片载荷， 进 行不带气膜 孔涡轮叶片强 度计算， 获取 无气膜孔涡轮叶片应力场。 4.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 步骤2中 气膜孔孔数=单个涡轮叶片冷气流 量/单孔流量。 5.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 步骤3中 基于均衡温度的体积域气膜孔分布设计流 程为： 将涡轮叶片分为 n个体积域Vk， 使每个体积域Vk内的温度总量均为 Tm； 将n个气膜孔分布在每个体积域 Vk内， 实现单个气膜孔所在体积域 Vk内的温度总量相 同； 其中， ，Tm为单个气膜孔覆盖的平均温度， Tt为整个涡轮叶片叶身 的温度总量， Ti为单位体积 dv的温度。 6.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 步骤3中 基于均衡 应力的体积域气膜孔分布设计流 程为： 将涡轮叶片分为 n个体积域Vs， 使每个体积域Vs内的应力总量均为 σm； 将n个气膜孔分布在每个体积域 Vs内， 实现单个气膜孔所在的体积域 Vs内应力总量相 同； 其中， ，σm为单个气膜孔覆盖的平均应力， σt为整个涡轮叶片叶身的 应力总量， σi为单位体积 dv的应力。 7.根据权利要求1所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 根据步骤 4中得到的涡轮叶片气膜孔分布方案， 分别进行带气膜孔涡轮叶片的温度评估和带气膜孔 涡轮叶片的强度评估， 均满足设计要求后确定为合格的涡轮叶片气膜孔分布方案； 否则调 整气膜孔孔型或通入单个涡轮叶片内部的冷气的流量、 单孔流量参数， 重复步骤2 ‑4， 直至权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203862 B 2满足温度评估和强度评估 满足设计要求。 8.根据权利要求7所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 温度评估 方法为： 进 行带气膜孔涡轮叶片的传热计算， 获取带气膜孔涡轮叶片的温度场， 最高温度低 于材料长期使用温度， 则判断为满足温度要求。 9.根据权利要求7所述的基于体积密度分布的气膜孔设计方法， 其特征在于， 强度评估 方法为： 获取带气膜孔涡轮叶片应力场， 涡轮叶片最大应力低于 设计使用的许可应力值， 则 判断为满足要求。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203862 B 3