渦輪葉片U型冷卻通道旋轉流動特性模擬

丁 旭， 吳傳偉， 劉 濤， 宋江濤

(1.中國航空工業集團有限公司 中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089；2.哈爾濱工業大學，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

隨著現代軍備的日益發展，各國都在競相發展航空工業，航空領域的競爭也越來越激烈，世界各強國對航空發動機技術提出了更高的要求。根據熱力循環分析，航空發動機設計工程師致力于提高發動機渦輪前溫度，以提高航空發動機的推力。根據計算，同一發動機渦輪前溫度每增加55 ℃，發動機可增加大約 10% 的推力。隨著對高推重比發動機發展需求的增加，發動機渦輪前溫度也越來越高, 這就需要對渦輪葉片惡劣工作環境進行評估。為了解決這個問題，通常有兩種工作方法：① 開發新材料以提高葉片材料的耐熱性；② 采用先進合理的冷卻方式以獲得更好的冷卻效果。其中采用U型冷卻通道的葉片冷卻技術屬于新興技術,被廣泛研究。

在發動機開發過程中，受限于材料技術的發展，葉片耐熱性的提高速度遠遠不能滿足提高航空發動機渦輪前溫度的需求。因此，采用合理而先進的冷卻方法來冷卻葉片是解決這個問題的最重要方法。蘇聯火箭專家齊奧爾科夫斯基提出的再生冷卻方法是一種先進合理的冷卻概念，在高超音速領域得到廣泛應用。它的主要原理是，通過液態烴燃料流經發動機的高溫部件，從而進行冷卻，同時，高溫使大分子碳氫化合物燃料分解并轉化為一系列小分子，然后進入燃燒室燃燒，帶來熱防護的同時也帶來了熱循環優勢?！?br>