[实用新型]具有异型气膜孔的结构

说明书

本申请公开了一种具有异型气膜孔的结构。该具有异型气膜孔的结构中，异型气膜孔深度大于等于5毫米和/或异型气膜孔深度大于等于异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍。异型气膜孔包括第一通道和第二通道；第一通道与第二通道相通，第一通道和第二通道共同构成具有异型气膜孔的结构中的通孔。该具有异型气膜孔的结构有效解决了大厚度结构的异型气膜孔加工和应用难题，该材料的任意形状的表面都可以方便的施加气膜效应，具有良好的气动性能，可以达到良好的温控、减阻和减重效果，在工程结构上具有广泛的应用，可以解决一系列的工程矛盾。

技术领域

本申请涉及一种具有异型气膜孔的结构，属于气膜结构领域。

背景技术

气膜孔是一种倾斜于结构表面的孔，通过气体喷射，形成覆盖工件的气膜，达到调节温度和阻力的效果。航空发动机的涡轮叶片使用各种气膜孔，很好地解决了高温合金叶片主动气膜冷却的问题。气膜孔的入射端一般设计为小直径，出射端可以与入射端保持同样的直径(如简单直圆孔)，也可以采用三维扩散孔，被称为异型孔。优化设计的复杂异型孔符合气动力学要求，单孔的气膜效果可以远远大于简单直圆孔，比如，同等喷气量下，其单孔冷却面积可以大于直圆孔20倍，气膜的帖服性也远远优于简单孔，减阻方面有类似的效果。因此，在发动机或燃气轮机涡轮叶片上使用复杂异型气膜孔是先进有效的冷却技术。

复杂异型孔需要倾斜于表面15-45度，以便更好地形成气膜帖附。此外，高质量的复杂异型孔需要实现小于0.1毫米的加工分辨率，以满足气动力学性能所需的光滑过渡。因此，由于高功率激光的加工分辨率可以很容易达到0.05毫米以下，复杂异型孔普遍采用脉冲激光升华式去除加工，即高强度激光聚焦于工件，工件材料升华去除，扫描激光，一层层去除材料，类似于机械铣削，加工出光滑过渡的三维复杂异型结构。激光加工有深度能力限制，目前的激光加工技术在厚度大于5毫米后，加工效率大为降低，大于10毫米则很难实现。倾角越大气膜帖附效应越好，但倾斜后打孔会使打孔的厚度增加，尤其是大倾角时，如30度倾角会使打孔厚度加倍。因此，受限于激光的深度能力，复杂异型气膜孔一般用于较薄的结构上，结构的厚度一般在5毫米以内，打孔的深度一般在0-6毫米左右。复杂异型气膜孔要实现卓越的气动性能，就必须具备100微米以内的加工分辨率，激光加工是主流工艺，但激光加工复杂异型气膜孔，直接以小直径穿越大厚度结构很困难，因为目前的激光加工加工深度能力在10毫米左右或深径比小于20：1。

如果厚度>5毫米也能使用复杂异型气膜孔，将大大扩展气膜孔的应用范围，因为厚度增加后，可以增大部件的总体强度，用于大型结构。但当前的加工手段很难实现超大厚度气膜孔加工，尤其是复杂异型气膜孔加工。本发明揭示大厚度结构材料使用异型气膜孔的方法。

实用新型内容

根据本申请的一个方面，提供了一种具有异型气膜孔的结构，该具有异型气膜孔的结构有效解决了大厚度结构的异型气膜孔加工和应用难题，该材料的任意形状的表面都可以方便地施加气膜效应，具有良好的气动性能，可以达到良好的温控、减阻和减重效果，在工程结构上具有广泛的应用，可以解决一系列的工程矛盾。

所述具有异型气膜孔的结构，其特征在于，所述具有异型气膜孔的结构中，异型气膜孔深度大于等于5毫米和/或异型气膜孔深度大于等于所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍。所述异型气膜孔包括第一通道和第二通道；所述第一通道与所述第二通道相通，所述第一通道和所述第二通道共同构成所述具有异型气膜孔的结构中的通孔。

优选地，所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍以上。所述异型气膜孔深度为10毫米至1000毫米；

和/或

所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10 倍至10000倍。

优选地，所述异型气膜孔结构的总体深度为5毫米至10000毫米；和 /或所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍以上。