涡轮叶片气膜孔像素点清晰度评价

本文提出了一种涡轮叶片气膜孔像素点清晰度评价方法，利用四方向和八方向Sobel算子，通过赋予不同权重来实现对叶片同折射率材料的标准量块进行像素点清晰度评价。再根据实验结果，对像素点清晰度评价的窗口大小进行讨论，分别计算了不同窗口尺寸的清晰度比率、陡峭度、局部极值因子、灵敏度，最终得出了适合气膜孔像素点评价的窗口尺寸，最后对所有像素点进行计算，对比计算结果与真实情况，验证了提出算法的正确性。     

《航空动力学报》2014年(第29卷)分类索引

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热障涂层水助激光扫描加工试验

为了提升涡轮发动机的整体性能和可靠性，需要在带热障涂层(TBC)的单晶高温合金涡轮叶片上制备大量气膜冷却孔，激光加工是实现“先涂层后打孔”的优势加工手段。采用水助激光扫描加工方法，通过正交试验和单因素试验研究了各因素对TBC损伤程度和TBC材料去除率的影响关系，试验结果表明对涂层剥落损伤的影响程度由大到小依次为光斑重叠率、激光重复频率、激光器电流和水泵电压，当光斑重叠率为98%、激光重复频率为50 kHz、激光器电流为38 A、水泵电压为14 V时，可以避免TBC水助激光加工出现剥落损伤；对TBC材料去除率的影响程度由大到小依次为激光器电流、激光重复频率、水泵电压和光斑重叠率，当优选激光器电流为38 A、激光重复频率为15 kHz、水泵电压为14 V、光斑重叠率为80%时，TBC材料去除效率最高。分析了TBC水助激光加工涂层剥落损伤的形成原因是热应力和等离子体力学冲击共同作用的结果，同时水助激光加工产生的气泡空蚀会导致加工区域周边涂层颜色变白，影响范围约为59.5μm,空蚀去除厚度约2.7μm。以上研究为带热障涂层单晶高温合金涡轮叶片气膜孔水助激光高效低损伤加工提供了技术支撑。     

涡轮动叶部分吸力侧肩壁凹槽状叶顶气热和冷却性能研究

为了获取高性能的燃气涡轮动叶叶顶结构和气膜冷却布局，采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) 方程和标准 湍流模型的方法研究了涡轮动叶部分吸力侧肩壁的凹槽状叶顶气热和冷却性能。数值模拟得到的动叶平叶顶传热系数与实验数据吻合良好，验证了数值方法的准确性。对比0.95吹风比时动叶凹槽状叶顶沿中弧线和近压力侧布置的2种气膜冷却布局的叶顶泄漏流动形态、传热系数和气膜冷却有效度，指出近压力侧的气膜冷却布局B的总压损失大于沿中弧线的气膜冷却布局A；但近压力侧的气膜冷却布局B具有更好的冷却效果。基于近压力侧气膜冷却布局的凹槽状叶顶结构，通过切除尾缘处不同轴向长度的吸力侧肩壁，设计了5种不同的部分吸力侧肩壁的叶顶结构。结果表明：切除10%吸力侧肩壁的Case 7能有效降低总压损失，平均总压损失系数相比完整肩壁的Case 2降低了6.3%；叶顶净热流密度减少和传热系数分布与Case 2基本相同，尾缘处的冷却效率因冷气受到压制附着于叶顶而提高。