航空发动机涡轮冷却原理分析
航空发动机涡轮冷却原理分析
摘要：在航空发动机涡轮运行过程中，需要全面考虑涡轮的气动设计、传热分析、冷却技术等，以提高涡轮的高温强度和运行效率。为此，航空发动机配备涡轮冷却系统，根据具体需要提供或去除用于冷却涡轮的额外气流处理，以避免涡轮运转异常故障。本文主要分析航空发动机涡轮冷却原理。
关键词：航空；发动机；涡轮冷却原理
引言
航空发动机是飞机最重要的部件之一，能够为飞机的升降和飞行提供足够的能量。起初飞机上使用的发动机是活塞发动机但是，这种发动机不仅重量大，输出功率也严重不足因此活塞发动机最终不能满足飞机所需的动力[1]。为了更好地满足飞机的推力需求，工程师们还相继引进了水冷发动机和空气冷发动机。尽管上述航空发动机允许飞机起飞和飞行，但由于飞机输出功率低，不可能实现快速飞行。随着科技的飞速发展，工程师们逐渐发明了涡轮发动机这种发动机主要通过涡轮叶片快速旋转实现空气压缩，有效提高内燃机车燃料燃烧效率。
1、发动机涡轮冷却方式
目前，燃气轮机最常用的冷却技术包括:冲击冷却、对流冷却膜冷却和某些复合冷却方法。一种气膜冷却方法，气膜冷却方法，气膜冷却方法，气膜冷却方法，气膜冷却方法。对流冷却的主要工作原理是允许冷却气流以一定的速度穿过冷却物体的加热表面，并通过用冷却气体和气体之间的气体对流取代本应传递给物体加热表面的热量来保护加热表面。与气膜冷却相比，对流冷却效果较低，最大冷却效果仅为250℃。冲击式冷却或注射式冷却通常类似于对流式冷却，它通过冷却器将高速垂直注射冲击发送到物体的加热表面，形成气体对流并去除热量。此方法比传统对流冷却效率高出好几倍，因为它可以显着提高对流冷却气体的速度。它主要用于高温但冷却条件极差的工作环境。
2、涡轮冷却系统工作原理
当电机的转速和温度参数达到一定的区域参数时，电机控制器开始向喷嘴调节器的电磁阀发送电流信号。然后，压力电磁阀作用于涡轮冷却控制附件的压力控制室，内部压力迫使活塞向下，从而切断换热器和空气控制压力之间的气流。反之，如果发动机的运行条件不符合冷却条件，活塞的压铸会向上移动，流向涡轮的冷却空气量也会减少。在这种情况下，
电机控制会发出温度控制指令。当满足启动涡轮加速功能的其中一个条件，但发动机控制器未接收到时，微开关发出的启动信号会触发非冷凝信号，从而防止发动机负荷随杠杆手柄增大。发动机在冷却运行条件下不运行时，发动机控制发出电磁阀门通电的信号。此时，用于涡轮冷却控制的喷嘴驱动机供给压力的油被关闭，空气温度传感器的一部分空气通过冷却控制附件进入通风室内，在空气压力下关闭活塞，减少用于涡轮保护的冷却气流。至此发动机调节器传输一个把燃气温度调节通道重新调整到低数值的指令。
3、涡轮叶片主要冷却方式
对涡轮叶片主要冷却方法的研究至关重要，因为在实际研究过程中，技术人员在发动机不同发展阶段进口涡轮时，根据温度变化应用不同形式的风力发电机，以提高涡轮叶片的有效运行。现阶段对涡轮叶片的涡轮增压技术进行了各种研究，并将冷却方法，分别为：冲击冷却、扰流柱冷却、带肋冷却、气模冷却、双层壁冷却等。
3.1冲击冷却
冲击冷却是涡轮叶片最常用的冷却方法之一，其中涡轮冷却主要利用喷射流的影响，从而
在喷射与涡轮火焰和相邻边界层碰撞时提高冷却能力。请注意，涡轮叶片在冲击冷却过程中，由于冲击洞内湍流强度较高，导致热交换系数较高。脉冲作用于单个孔的方法广泛应用于涡轮存储冷却，当气流从单个孔中流出时，桩帽将直接放置在要冷却的目标面上，以冷却分隔缝。由于涡轮叶片基于冲击冷却，在巨大的电流冲击下空气冷却效果更好，导致在航空发动机温度载荷较高的某些区域更好地应用。现阶段，冲击冷却主要应用与航空发动机涡轮叶片的前缘区域。
3.2带肋冷却
与上述两种冷却方案不同，筋隧道约定采用轨迹筋法排列在飞机发动机涡轮叶片的中心。设置带肋的通道可控制气流，以便在穿过肋后，可以更快地使用前面肋的造型来建立更复杂的湍流结构。该结构车削部分增加了肋通道内壁的换热器。允许有效的气流湍流，加速涡轮叶片的变化，提高冷却效果。
3.3双层壁冷却
航空发动机原理与其他空气驱动涡轮加速技术不同，复合冷却对于双层壁冷却至关重要。复合冷却主要用
于两种冷却方法:冲击冷却和内外冷却。在这种情况下，您可以改进复合冷却的换热器，例如当冷空气通过时，通过从外墙内侧的冲击孔向相反方向挤压，然后从外部表面的这些空气计数器中流出，从而形成冷空气的复盖层，从而大大提高冷却效率。
3.4发动机涡轮冷却控制系统功用
冷却控制旨在根据发动机的运行情况调节冷却气流，确保涡轮正常运行。组成:冷却控制系统由破碎的门、冷却控制附件、过滤器、电磁阀和隔板组成。此外，喷嘴调节器、混合调节器和监控设备是控制冷却气流的功能组件。流量门:隔板控制活塞在制动液体内的运动，从而根据顶部控制座的压力控制冷却气流的大小。热交换的外部通过主分室的两个流量引导的室外空气流动，以冷却涡轮的第二个流量与室外空气流动。只有在两种操作模式下才会打开和关闭沉陷门。闭合位置时活塞处于下限，冷却气流最小，但冷却空气未完全关闭；当沉井门处于打开位置时，活塞处于制动流体的顶部极限位置，冷却螺旋的气流最大。分离室的开关由活塞上方空气压力的大小决定。当固体压力很大(与高压相结合)时，沉陷门关闭；气体压力小(与大气相连)，沉井门开着。涡轮增压控制附件:涡轮增压控制附件根据出口开关的机油压力说明控制活塞型腔上的气体压力轮和制动通风开关。涡轮加速控
制附件由外壳、活塞、界面、微开关等组成。空气过滤:空气过滤用于过滤涡轮冷却和喷嘴压力泵高压空气中的污染物。
结束语
航空发动机的冷却技术复杂，发动机制造商使用不同的技术，甚至同一发动机制造商也对不同型号的发动机使用不同的冷却系统。冷却液太少导致导电板温度升高，降低了散热部件的运行可靠性，加快了散热部件的使用寿命，但降低了冷却质量。因此，发动机冷却系统的设计必须尽量减少压机冷却所需的空气流量，同时提高涡轮进口气体的温度。同时，涡轮加速技术的不断改进是提高飞机发动机性能的基础和前提。
参考文献：
[1]龚淼，戴士杰，贾鹏，等.航空发动机叶片MPAW修复传热建模及冷却方法[J].焊接学报，2019，（7）：24-30.
[2]倪萌，朱惠人，裘云，等.航空发动机涡轮叶片冷却技术综述[J].燃气轮机技术，2015，（4）：28-36.
[3]罗磊.涡轮高效冷却结构设计方法及换热机理研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.
[4]管朝鹏.高温高速可磨耗试验机测控系统及关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2016.
[5]陈仁杰.关于航空发动机故障诊断技术分析[J].探索科学，2016，（3）：18-22.

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