一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片

技术特征：
1.一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，包括涡轮叶片(1)与新月盾鳞复合冷却结构(5)，涡轮叶片(1)内部有数个内部冷却通道，新月盾鳞复合冷却结构(5)位于冷却通道的内壁面上；所述的新月盾鳞复合冷却结构(5)是由多个单元体通过错排的方式契合，并且其分布在内部冷却通道的两侧内壁面上；所述的单元体通过结构线来构建出新月状凸起部分(6)与盾鳞状凹陷部分(7)；单元体沿流向方向依次由前缘线(12)、脊线(18)、腰线(17)、谷线(16)、尾缘线(15)结构线构成，各结构线均由数条对称的折线组成，且收束于公共端点；所述的单元体整体轮廓为菱形，新月状凸起部分(6)位于盾鳞状凹陷部分(7)的上游，且两部分是紧密嵌合的；整个单元体的结构尺寸由单元体流向长度x0与单元体展向宽度y0共同决定；二者的比值y0/x0取值范围为0.5至2；所述的新月盾鳞复合冷却结构(5)表面的高度是不断变化的，从处于水平位置前缘线(12)开始，沿着x轴方向高度不断增加至脊线(18)，其高度峰值为脊线的最高高度z1；之后高度开始不断下降，并在腰线(17)处恢复至水平，经过腰线(17)后高度继续下降至谷线(16)处，其深度谷值为谷线的最深深度z2，该数值以负值表示；之后再次不断上升并在尾缘线(15)处达到水平位置；定义总起伏度(z
1-z2)/x0表示扰流结构在z方向上的起伏特征，取值范围可以为0.1至0.4；新月盾鳞复合冷却结构(5)的各结构线均由两条对称折线组成，脊线(18)与谷线(16)的对称点分别也是各自对应的最高点与最深点；脊线与xoz平面交点的x轴坐标，由脊线最高点到中心线的流向距离x1确定，取值范围为-0.2x0至-0.45x0；腰线与xoz平面交点的x轴坐标，由腰线与中心线的最大流向距离x2确定，取值范围为-0.15x0至-0.4x0；谷线与xoz平面交点的x轴坐标，由谷线与中心线的最大流向距离x3确定，取值范围为-0.2x0至0.15x0。2.如权利要求1所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述的y0/x0的典型值为1.25；定义总起伏度(z
1-z2)/x0的典型值为0.22。3.如权利要求1或2所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述的脊线最高点到中心线的流向距离x1的典型值为-0.36x0；所述的腰线与中心线的最大流向距离x2的典型值为-0.25x0；所述的谷线与中心线的最大流向距离x3的典型值为-0.1x0。4.如权利要求1或2所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，还包括水平过渡部分(21)，于谷线(16)与尾缘线(15)之间增加了一条水平过渡线(20)，使得谷线(16)之后的高度变化在水平过渡线(20)处就已经恢复至水平位置，从而在水平过渡线(20)与尾缘线(15)之间产生了一个完全水平的区域，称该区域为水平过渡部分(21)。5.如权利要求1或2所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，还包括谷线(16)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；腰线(17)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；谷线(16)与腰线(17)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；脊线(18)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；脊线(18)与谷线(16)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；脊线(18)与腰线(17)增加为3条对称折线的冷却结构单元体；脊线(18)、腰线(17)与谷线(16)均增加为3条对称折线的冷却结构单元体。6.如权利要求1或2所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，
还包括脊线(18)、腰线(17)与谷线(16)增加为3条对称折线，且前缘线(12)和尾缘线(15)也为多段折线构成的结构单元体；尾缘线(15)与前缘线(12)具有相同的形状，但在y轴方向上相差半个周期，即y0/2。7.如权利要求3所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，还包括脊线(18)、腰线(17)与谷线(16)增加为3条对称折线，且前缘线(12)和尾缘线(15)也为多段折线构成的结构单元体；尾缘线(15)与前缘线(12)具有相同的形状，但在y轴方向上相差半个周期，即y0/2。8.如权利要求4所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，还包括脊线(18)、腰线(17)与谷线(16)增加为3条对称折线，且前缘线(12)和尾缘线(15)也为多段折线构成的结构单元体；尾缘线(15)与前缘线(12)具有相同的形状，但在y轴方向上相差半个周期，即y0/2。9.如权利要求1或2或7或8所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述的前缘线(12)、脊线(18)、腰线(17)、谷线(16)、水平过渡线(20)与尾缘线(15)均为光滑曲线的新月盾鳞复合冷却结构单元体，且各结构线定位点的尺寸定义与折线状态相同；尾缘线(15)与前缘线(12)具有相同的形状，但在y轴方向上相差半个周期(y0/2)的特征规律。10.如权利要求3所述的一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，其特征在于，所述的前缘线(12)、脊线(18)、腰线(17)、谷线(16)、水平过渡线(20)与尾缘线(15)均为光滑曲线的新月盾鳞复合冷却结构单元体，且各结构线定位点的尺寸定义与折线状态相同；尾缘线(15)与前缘线(12)具有相同的形状，但在y轴方向上相差半个周期(y0/2)的特征规律。

技术总结
本发明属于涡轮叶片冷却技术领域，涉及一种采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片。涡轮叶片在内冷表面的换热方式以对流换热为主，相比于无扰流结构的光滑涡轮叶片内表面，本发明通过新月状凸起部分与盾鳞状凹陷部分增加了约40％左右的面积。本发明采用新月盾鳞复合冷却结构的涡轮叶片，可以在增强对流换热效果的同时，一定程度上减少冷气之间碰撞、掺混和漩涡引起的阻力与损失。涡引起的阻力与损失。涡引起的阻力与损失。


技术研发人员：吕东 姜昊成 乐鑫灿
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/9/13