燕尾型气膜孔、含有燕尾型气膜孔的涡轮叶片及其加工方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115749970A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211580867.X(22)申请日2022.12.09(71)申请人西北工业大学地址710000陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人温志勋刘禹行李萌李振威杨林岳珠峰(74)专利代理机构北京知汇林知识产权代理事务所(普通合伙)11794专利代理师杨华(51)Int.Cl.F01D5/18(2006.01)B23P15/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称燕尾型气膜孔、含有燕尾型气膜孔的涡轮叶片及其加工方法(57)摘要本发明涉及涡轮叶片技术领域，具体涉及燕尾型气膜孔、含有燕尾型气膜孔的涡轮叶片及其加工方法，所述燕尾型气膜孔的结构包括燕尾型锥体和圆柱体，燕尾型锥体的尾端包括首尾依次连接的第一燕尾曲线和第二燕尾曲线，并且本发明提供了燕尾型气膜孔的绘制方法；所述的含有燕尾型气膜孔的涡轮叶片是由涡轮叶片和燕尾型气膜孔做差集得到，采用激光偏转角和线框模型等方法进行加工，本发明提出的燕尾型气膜孔能有效提高隔热效果，提高涡轮叶片的冷却效率，节省冷气用量，提高发动机的效率和推重比。CN115749970ACN115749970A权利要求书1/2页1.一种燕尾型气膜孔，其特征在于，所述燕尾型气膜孔的结构包括燕尾型锥体和圆柱体；所述圆柱体的长度为L3；所述圆柱体通过其一端固定连接所述燕尾型锥体的头端；所述燕尾型锥体的头端和尾端之间的距离为L1；所述燕尾型锥体的尾端的正投影包括圆柱体的投影圆，还包括首尾依次连接的第一燕尾曲线和第二燕尾曲线；所述第一燕尾曲线和第二燕尾曲线的外接圆半径为R1；所述投影圆的顶点与所述第一燕尾曲线的顶点的距离为L2，所述投影圆的顶点与所述第二燕尾曲线的顶点的距离为L2；所述圆柱体的直径为Φ1；所述燕尾型锥体的张开角度为2β，所述燕尾型锥体尾端底部的阔角为δ；且满足：2.根据权利要求1所述的一种燕尾型气膜孔，其特征在于，L3的长度为8～12mm；L1的长度为8～12mm，Φ1的长度为0.2～0.6mm，δ的角度为3～7°，β的角度15～25°。3.一种权利要求1所述的燕尾型气膜孔的绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：绘制一个直径为Φ1的圆，圆心为O，将其沿轴线方向投影至距离为L1的投影平面，构成投影圆，圆心为O1；S2：过投影圆的最高点向水平左右两个方向分别绘制投影圆的长度为L2的切线段；S3：在两条切线的端点处各向下平移距离，得到O2；随后以O2为圆心，为半径画圆；S4：圆O1的最低点向水平左右两个方向作线段，所作线段的另一端分别与两个圆O2的靠近圆O1的一端通过圆弧连接；S5：擦去圆O2中多余的线条，得到燕尾型锥体尾端的正投影；S6：将得到燕尾型锥体尾端的正投影的左右两端在z方向上分别引出两条左右对称的线段，并使两条线段的另一端分别连接圆O的左右两端，通过艺术曲面指令将连成的曲线缝合成燕尾型锥体；S7：以圆O为对象进行拉伸L3长度，得到圆柱体；S8：将圆柱体和燕尾型锥体合并，得到燕尾型气膜孔结构。4.一种涡轮叶片，其特征在于，包括权利要求1所述的一种燕尾型气膜孔，还包括叶片，所述燕尾型气膜孔与所述叶片相贯，所述燕尾型气膜孔的中轴线与所述叶片表面的夹角为α，所述叶片的厚度为H2，燕尾锥体部分与斜孔的接壤部位距离叶片底部的距离H1。5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片，其特征在于，H1的长度为0.5～1mm；H2的长度为1～2mm，α的角度为30～55°。6.一种权利要求4中所述的涡轮叶片的绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将燕尾型气膜孔的中间部分与叶片部分重合，并将燕尾型气膜孔的中轴线与叶片成α角放置；S2：用叶片与燕尾型气膜孔型芯求差集，得到带有燕尾型气膜孔的涡轮叶片。7.一种权利要求4中所述的涡轮叶片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：2CN115749970A权利要求书2/2页S1：通过对燕尾型气膜孔表面进行拉伸，对燕尾型气膜孔孔的模型进行分割，得到燕尾平面模型和燕尾倾斜模型，及其对应的加工激光偏转角；S2：根据步骤S1得到的加工激光偏转角，对燕尾平面模型和燕尾倾斜模型沿加工方向进行分层切片，取每一层的截面边缘二维线框模型，得到燕尾平面线框和燕尾倾斜线框；S3：根据步骤S2得到的二维线框模型，基于燕尾平面线框对叶片进行激光扫描加工，得到燕尾平面模型形状的孔，而后根据燕尾倾斜模型对应的加工激光偏角，将叶片偏置对应角度，利用六自由度定位后基于燕尾倾斜线框对叶片进行激光扫描加工，得到燕尾锥体形状的孔；S4：根据步骤S3得到的燕尾锥体形状孔，利用六自由度定位后在燕尾锥体形状孔的中心进行激光旋切加工，加工出直径为Φ1的斜孔，最终得到叶