一种涡轮导向叶片的制作方法

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1.本技术属于航空发动机涡轮导向叶片设计技术领域，具体涉及一种涡轮导向叶片。

背景技术：

2.提升航空发动机涡轮进口温度、降低结构重量，是提高其推重比的主要途径。
3.航空发动机涡轮导向叶片位于涡轮进口部位，在提高推重比的要求下，承受较高的温度。
4.陶瓷基复合材料密度低且具有优良的耐高温性能，以其制造涡轮导向叶片，既可增强承受高温的能力，又可降低质量，可有效提高航空发动机的推重比。
5.以陶瓷基复合材料制造的涡轮导向叶片虽然能够承受较高的温度，能够很好的适用于航空发动机的大多数工况，但在某极端工况下，所受到的温度会超出其承受能力，影响航空发动机的整体性能，甚至于发生危险，对此，当前主要采取以下两种措施：
6.1)将陶瓷基复合材料制造的涡轮导向叶片设计为空腔结构，并在其叶身侧壁上开设多个气膜孔，在航空发动机工作时，向空腔内通入冷却气，冷却气通过各个气膜孔排出，以此实现对涡轮导向叶片的冷却，该种技术方案，冷却效率较低，需要大量的冷却气，与之相应，需要的在叶身侧壁上开设数量众多的气膜孔，会严重破坏陶瓷基复合材料内纤维的完整性，极大削弱涡轮导向叶片的强度及其韧性；
7.2)将陶瓷基复合材料制造的涡轮导向叶片设计为空腔结构，并在其叶身侧壁上开设多个气膜孔，以及在其空腔中设置导流管，导流管与叶身侧壁之间形成冲击腔，且在导流管侧壁上开设多个冲击孔，构成双层壁结构，在航空发动机工作时，向导流管内通入冷却气，冷却气通过各个冲击孔进入到冲击腔，对叶身侧壁进行冲击冷却后通过各个气膜孔排出，该种技术方案，冷却效率较高，可相应减少在叶身侧壁上开设气膜孔的数量，仅在叶身前缘、后缘侧壁开设少量的气膜孔，减少对陶瓷基复合材料内纤维完整性的破坏，保证涡轮导向叶片的强度及其韧性，但以将陶瓷基复合材料制造的涡轮导向叶片双层壁结构加工、制作困难，成本高昂。
8.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
9.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现要素：

10.本技术的目的是提供一种涡轮导向叶片，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
11.本技术的技术方案是：
12.一种涡轮导向叶片，包括：
13.叶身，以陶瓷基复合材料制造，为空腔结构，其侧壁开设有多个气膜孔；
14.导流管，以金属材料制造，其侧壁上具有多个冲击孔，在空腔内设置，与叶身侧壁之间形成冲击腔，其侧壁上具有多处ω型波纹凸出部位；
15.各处ω型波纹凸出部位导流管轴向伸展，抵靠到叶身侧壁上。
16.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，导流管上具有多个鼓包；
17.各个鼓包沿导流管周向分布，抵靠到叶身侧壁上。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，空腔中具有分割肋，将空腔分割为前缘腔、后缘腔；其中，前缘空腔靠近叶身前缘，在叶身的根部形成开口；后缘空腔靠近叶身后缘，在叶身的尖部形成开口；
19.导流管包括：
20.前导流管，一端伸入到前缘腔中，另一端外壁具有前导流管连接边；
21.后导流管，一端伸入到后缘腔中，另一端外壁具有后导流管连接边；
22.涡轮导向叶片还包括：
23.第一螺栓紧固件，将前导流管连接边连接在叶身的根部；
24.第二螺栓紧固件，将后导流管连接边连接在叶身的尖部。
25.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，前导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到叶身前缘侧壁处，另一处抵靠到叶身侧壁靠近前缘叶背处；
26.后导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到叶身侧壁靠近后缘叶背处，另一处靠到叶身侧壁靠近后缘叶盆处。
27.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，前导流管伸入到前缘腔中的一端封堵；
28.后导流管伸入到后缘腔中的一端封堵。
29.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，叶身上第一螺栓紧固件、第二螺栓紧固件所在区域局部增厚。
30.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，第一螺栓紧固件在叶身轴向上位于后缘腔所在区域；
31.第二螺栓紧固件在叶身轴向上位于前缘腔所在区域。
32.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，第一螺栓紧固件的头部位于后缘腔内；
33.第一螺栓紧固件的头部位于前缘腔内。
34.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，还包括：
35.上缘板，连接在叶身的尖部，其内具有上缘板冷却腔，内侧壁具有上缘板气膜孔，外壁具有上缘板冲击孔；上缘板冷却腔环绕叶身的尖部；
36.下缘板，连接在叶身的根部，其内具有下缘板冷却腔，内侧壁具有下缘板气膜孔，外壁具有下缘板冲击孔；下缘板冷却腔环绕叶身的根部。
37.根据本技术的至少一个实施例，上述的涡轮导向叶片中，上缘板以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在叶身的尖部，与其外侧壁间粘接连接，其间形成上缘板冷却腔；
38.下缘板以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在叶身的根部，与其外侧壁间粘接
连接，其间形成下缘板冷却腔。
附图说明
39.图1是本技术实施例提供的涡轮导向叶片的示意图；
40.图2是本技术实施例提供的涡轮导向叶片的装配示意图；
41.图3是本技术实施例提供的涡轮导向叶片的局部剖视图；
42.图4是本技术实施例提供的导流管的示意图；
43.其中：
44.1-叶身；2-导流管；3-第一螺栓紧固件；4-第二螺栓紧固件；5-上缘板；6-下缘板。
45.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
46.为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
47.此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
48.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
49.下面结合附图1至图4对本技术做进一步详细说明。
50.一种涡轮导向叶片，包括：
51.叶身1，以陶瓷基复合材料制造，为空腔结构，其侧壁开设有多个气膜孔；
52.导流管2，以金属材料制造，其侧壁上具有多个冲击孔，在空腔内设置，与叶身1侧壁之间形成冲击腔，其侧壁上具有多处ω型波纹凸出部位；
53.各处ω型波纹凸出部位导流管2轴向伸展，抵靠到叶身1侧壁上。
54.对于上述实施例公开的涡轮导向叶片，领域内技术人员可以理解的是，其设计以金属制造的导流管2在以陶瓷基复合材料制造的叶身1的空腔中设置，构成双层壁结构，在航空发动机工作时，可向导流管2内通入冷却气，冷却气通过各个冲击孔进入到冲击腔，对叶身1侧壁进行冲击冷却后通过各个气膜孔排出，具有较高的冷却效率，可相应减少在叶身1侧壁上开设气膜孔的数量，进而能够极大降低对陶瓷基复合材料内纤维完整性的破坏，保证涡轮导向叶片的强度及其韧性，且在以陶瓷基复合材料制造的叶身1的空腔内设置的导流管2是以金属材料制造，便于加工、制造及其组装，且是位于以陶瓷基复合材料制造的叶身1的空腔内设置，不直接与航空发动机涡轮进口处高温燃气接触，承受温度相对较低，不易遭受高温损伤，可设计具有较薄的壁厚，以减轻航空发动机整体的质量，提高航空发动机的推重比。
55.陶瓷基复合材料、金属材料具有不同的热膨胀系数，且热膨胀系数相差较大，在高温条件下，以陶瓷基复合材料制造的叶身1、以金属材料制造的导流管2间易发生严重的不协调变形，产生较大的局部应力，以至于发生损坏，上述实施例公开的涡轮导向叶片中，设计以导流管2依靠其侧壁上沿轴向伸展的ω型波纹凸出部位抵靠到叶身1侧壁上，一方面，可实现对导流管2在叶身1空腔内的定位，防止发生颤振，造成损伤，另一方面，ω型波纹凸出部位具有较大的变形能力，可在高温条件下，依靠变形吸收叶身1、导流管2因不协调变形产生的较大应力，保护叶身1、导流管2不发生损伤。
56.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，导流管2上具有多个鼓包；
57.各个鼓包沿导流管2周向分布，抵靠到叶身1侧壁上，与各处ω型波纹凸出部位配合，增强对导流管2在叶身1空腔内定位的可靠性，且与叶身1侧壁间点为局部有限的点接触，可增加冲击腔内冷却气流动的扰流，增强冷却效果，以及避免对冷却气的流动造成较大的压损。
58.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，空腔中具有分割肋，将空腔分割为前缘腔、后缘腔；其中，前缘空腔靠近叶身1前缘，在叶身1的根部形成开口；后缘空腔靠近叶身1后缘，在叶身1的尖部形成开口；
59.导流管2包括：
60.前导流管，一端伸入到前缘腔中，另一端外壁具有前导流管连接边；
61.后导流管，一端伸入到后缘腔中，另一端外壁具有后导流管连接边；
62.涡轮导向叶片还包括：
63.第一螺栓紧固件3，将前导流管连接边连接在叶身1的根部，不破坏叶身1侧壁主体部位，且远离航空发动机涡轮进口核心高温区，避免受高温损伤；
64.第二螺栓紧固件4，将后导流管连接边连接在叶身1的尖部，不破坏叶身1侧壁主体部位，且远离航空发动机涡轮进口核心高温区，避免受高温损伤。
65.上述实施例公开的涡轮导向叶片，在具体应用时，可向前导流管内通入来自航空发动机燃烧室内环的冷却气，来自航空发动机燃烧室内环的冷却气可通过前导流管侧壁上的冲击孔进入到前缘腔中，对前缘腔侧壁进行冲击冷却，其后自位于叶身1前缘侧壁上的气膜孔流出，以及可向后导流管内通入来自航空发动机燃烧室外环的冷却气，来自航空发动机燃烧室外环的冷却气可通过后导流管侧壁上的冲击孔进入到后缘腔中，对后缘腔侧壁进
行冲击冷却，其后自位于叶身1后缘侧壁上的气膜孔流出。
66.对于上述实施例公开的涡轮导向叶片，领域内技术人员还可以理解的是，航空发动机涡轮导向叶片中叶身1侧壁沿弦向具有较大的压力梯度，叶身前缘部位的压力远大于叶片后缘部位的压力，设计靠近叶身1前缘的前缘腔及其前导流管引入燃烧室内环的冷却气，具有较高的压力，能够保证使自靠近叶身前缘部分的气膜孔流出的冷却气具有足够的压力裕度，以及设计靠近叶身1后缘的后缘腔及其后导流管引入燃烧室外环的冷却气，具有较低的压力，能够保证使自靠近叶身后缘部分的气膜孔流出的冷却气压力相对较低，适配于叶片后缘部位相对较低的压力，可便于对位于叶身1各弦向区域气膜孔流出冷却气量的控制，进而能够降低叶身侧壁沿弦向的温度梯度，避免使叶身发生较大非均匀性变形，并能够有效利用叶身1根部、尖部的空间结构，避免过渡削弱叶身1的局部强度。
67.对于上述实施例公开的涡轮导向叶片，领域内技术人员还可以理解的是，其设计前导流管通过前导流管连接边以第一螺栓紧固件3连接在叶身1的根部，后导流管通过后导流管连接边以第二螺栓紧固件4连接在叶身1的尖部，第一螺栓紧固件3、第二螺栓紧固件4可利用与相应螺栓孔间的间隙释放以陶瓷基复合材料制造的叶身1、以金属制造的导流管2间因高温不协调变形产生的应力，避免高温损伤。
68.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，前导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到叶身1前缘侧壁处，另一处抵靠到叶身1侧壁靠近前缘叶背处；；
69.后导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到叶身1侧壁靠近后缘叶背处，另一处靠到叶身1侧壁靠近后缘叶盆处，为温度梯度较大处。
70.对于上述实施例公开的涡轮导向叶片，领域内技术人员还可以理解的是，其设计叶身1、导流管2在温度梯度较大处以ω型波纹凸出部位接触，即是在不协调变形最严重部位通过ω型波纹凸出部位线接触，能够高效的通过变形吸收叶身1、导流管2因不协调变形产生的较大应力，避免对应部位在高温条件下发生直接的接触，保护叶身1、导流管2不发生损伤。
71.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，前导流管伸入到前缘腔中的一端封堵；
72.后导流管伸入到后缘腔中的一端封堵。
73.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，叶身1上第一螺栓紧固件3、第二螺栓紧固件4所在区域局部增厚，以对螺栓孔导致的强度损伤进行补偿。
74.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，第一螺栓紧固件3在叶身1轴向上位于后缘腔所在区域，该区域具有足够的空间，可设多个第一螺栓紧固件3进行连接；
75.第二螺栓紧固件4在叶身1轴向上位于前缘腔所在区域，该区域具有足够的空间，可设多个第二螺栓紧固件4进行连接。
76.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，第一螺栓紧固件3的头部位于后缘腔内，为了避免安装干涉，可设计各个第一螺栓紧固件3的头部为异形，例如扁状；
77.第一螺栓紧固件3的头部位于前缘腔内，为了避免安装干涉，可设计各个第二螺栓紧固件4的头部为异形，例如扁状。
78.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，还包括：
79.上缘板5，连接在叶身1的尖部，其内具有上缘板冷却腔，内侧壁具有上缘板气膜
孔，外壁具有上缘板冲击孔；上缘板冷却腔环绕叶身1的尖部；
80.下缘板6，连接在叶身1的根部，其内具有下缘板冷却腔，内侧壁具有下缘板气膜孔，外壁具有下缘板冲击孔；下缘板冷却腔环绕叶身1的根部。
81.上述实施例公开的涡轮导向叶片，在航空发动机工作时，可经上缘板冲击孔向上缘板冷却腔内通入冷却气，进入上缘板冷却腔的冷却气可对上缘板5内侧壁进行冷却，其后经上缘板气膜孔流出，可避免使上缘板5遭受高温损伤，以及对于上缘板5具有较高的冷却效率，且可阻隔航空发动机涡轮进口处高温燃气对第二螺栓紧固件4的高温作用。
82.对于上述实施例公开的涡轮导向叶片中，对于下缘板6的设计，可参考上述对上缘板5设计的解释，在此不再进行进一步的说明。
83.在一些可选的实施例中，上述的涡轮导向叶片中，上缘板5以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在叶身1的尖部，与其外侧壁间粘接连接，其间形成上缘板冷却腔，可便于对上缘板冷却腔的加工；
84.下缘板6以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在叶身1的根部，与其外侧壁间粘接连接，其间形成下缘板冷却腔，可便于对下缘板冷却腔的加工。
85.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
86.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种涡轮导向叶片，其特征在于，包括：叶身(1)，以陶瓷基复合材料制造，为空腔结构，其侧壁开设有多个气膜孔；导流管(2)，以金属材料制造，其侧壁上具有多个冲击孔，在所述空腔内设置，与所述叶身(1)侧壁之间形成冲击腔，其侧壁上具有多处ω型波纹凸出部位；各处所述ω型波纹凸出部位所述导流管(2)轴向伸展，抵靠到所述叶身(1)侧壁上。2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述导流管(2)上具有多个鼓包；各个所述鼓包沿所述导流管(2)周向分布，抵靠到所述叶身(1)侧壁上。3.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述空腔中具有分割肋，将所述空腔分割为前缘腔、后缘腔；其中，所述前缘空腔靠近所述叶身(1)前缘，在所述叶身(1)的根部形成开口；所述后缘空腔靠近所述叶身(1)后缘，在所述叶身(1)的尖部形成开口；导流管(2)包括：前导流管，一端伸入到所述前缘腔中，另一端外壁具有前导流管连接边；后导流管，一端伸入到所述后缘腔中，另一端外壁具有后导流管连接边；所述涡轮导向叶片还包括：第一螺栓紧固件(3)，将所述前导流管连接边连接在叶身(1)的根部；第二螺栓紧固件(4)，将所述后导流管连接边连接在叶身(1)的尖部。4.根据权要求3所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述前导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到所述叶身(1)前缘侧壁处，另一处抵靠到所述叶身(1)侧壁靠近前缘叶背处；所述后导流管上的ω型波纹凸出部位有两处，其中，一处抵靠到所述叶身(1)侧壁靠近后缘叶背处，另一处靠到所述叶身(1)侧壁靠近后缘叶盆处。5.根据权要求3所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述前导流管伸入到所述前缘腔中的一端封堵；所述后导流管伸入到所述后缘腔中的一端封堵。6.根据权要求3所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述叶身(1)上所述第一螺栓紧固件(3)、第二螺栓紧固件(4)所在区域局部增厚。7.根据权要求3所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一螺栓紧固件(3)在所述叶身(1)轴向上位于所述后缘腔所在区域；所述第二螺栓紧固件(4)在所述叶身(1)轴向上位于所述前缘腔所在区域。8.根据权要求7所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一螺栓紧固件(3)的头部位于所述后缘腔内；所述第一螺栓紧固件(3)的头部位于所述前缘腔内。9.根据权要求1所述的涡轮导向叶片，其特征在于，还包括：上缘板(5)，连接在所述叶身(1)的尖部，其内具有上缘板冷却腔，内侧壁具有上缘板气膜孔，外壁具有上缘板冲击孔；所述上缘板冷却腔环绕所述叶身(1)的尖部；下缘板(6)，连接在所述叶身(1)的根部，其内具有下缘板冷却腔，内侧壁具有下缘板气
膜孔，外壁具有下缘板冲击孔；所述下缘板冷却腔环绕所述叶身(1)的根部。10.根据权利要求9所述的涡轮导向叶片，其特征在于，所述上缘板(5)以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在所述叶身(1)的尖部，与其外侧壁间粘接连接，其间形成所述上缘板冷却腔；所述下缘板(6)以陶瓷基复合材料制造，其内侧壁成型在所述叶身(1)的根部，与其外侧壁间粘接连接，其间形成所述下缘板冷却腔。

技术总结

本申请属于航空发动机涡轮导向叶片设计技术领域，具体涉及一种涡轮导向叶片，包括：叶身，以陶瓷基复合材料制造，为空腔结构，其侧壁开设有多个气膜孔；导流管，以金属材料制造，其侧壁上具有多个冲击孔，在空腔内设置，与叶身侧壁之间形成冲击腔，其侧壁上具有多处Ω型波纹凸出部位；各处Ω型波纹凸出部位导流管轴向伸展，抵靠到叶身侧壁上。抵靠到叶身侧壁上。抵靠到叶身侧壁上。