陶瓷基复合材料编织结构参数对气膜冷却效果影响研究

作     者：朱爱玲 李洋 屠泽灿 叶大海 毛军逵 常焜 

作者机构：南京航空航天大学材料科学与技术学院 中国航发湖南动力机械研究所中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室 南京航空航天大学能源与动力学院 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：航空发动机及燃气轮机基础科学中心项目(P2022-B-Ⅱ-025-001) 国家科技重大专项(Y2019-I-0018-0017) 

主　　题：陶瓷基复合材料 编织角度 截面尺寸 气膜冷却 各向异性 导热系数 

摘      要：针对陶瓷基复合材料（CMC材料）在航空发动机高温部件中应用时的冷却需求，考虑到CMC材料内部非均质非均匀结构和热物性特征与均质金属材料的巨大差异，探究了CMC材料编织结构几何参数对气膜综合冷却效果的影响，研究中以三维五向编织CMC材料为例，建立了反映材料内部细观编织结构的平板气膜全尺寸计算模型，从细观纱线尺度引入各组分热物性参数，计算分析了不同编织角度和纤维束截面尺寸等几何特征参数对气膜综合冷效的影响规律。研究结果表明，纤维束由于导热系数相对较高成为平板内部的主要热量传输通道，编织角发生变化时纤维束方向也随之改变，进而影响材料内部热量传输通道及整体各向异性等效导热系数。本文计算工况下，在气膜孔下游0-10D（D为气膜孔直径）区域，编织角度为40°时气膜综合冷效相对较高；在远离气膜孔区域，气膜板的冷却效果随着编织角度的增大而减弱。纤维束截面尺寸的改变对气膜综合冷效的影响较小，但是随着纤维束截面尺寸的增加，平板内部温度更加均匀。