(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111616270.1 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 陶智　姚广宇　朱剑琴　邱璐　 李地科　王燕嘉　 (74)专利代理 机构 北京挺立专利事务所(普通 合伙) 11265 代理人 彭豆 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预 测方法 (57)摘要 一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预 测方法， 涉及航空发动机设计技术领域， 解决现 有层板结构流量评估 方法计算复杂、 耗费时间且 难以简化为低维网络结构的问题， 本发明针对双 层壁叶片层板冷却结构， 将多排气膜孔、 冲击孔 的流量分配预测问题拆解为局部流量预测和整 体流量修正； 本发明将涡 轮叶片主流场、 分腔/分 区方案、 冷却结构参数作为输入， 几秒内即可完 成对结构的流量评估。 输出结果为各排气膜孔流 量、 冲击孔流量、 层板内横流情况。 本发 明利用平 板模型进行测试， 流量的平均相对误差控制在 10％以内， 取得了非常优秀的预测效果。 本发明 预测层板流量的效率非常高， 得到流量分配预测 结果仅需几秒钟。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114282323 A 2022.04.05 CN 114282323 A 1.一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预测方法， 其特征是： 该预测方法通过局部 流量预测模块和整体流 量修正模块实现； 具体实现步骤如下： 步骤一、 将涡轮叶片主流压力场、 叶片分腔/分区方案、 冷却结构几何参数作为所述局 部流量预测模块的输入； 步骤二、 设定层板结构冷气夹层内无横流， 所有气膜/冲击孔的流量取决于局部冷却结 构几何参数和层板局部内外 压差； 所述局部流量预测模块将层板结构拆分为若干个局部单元， 对于每个局部单元， 将气 膜孔直径、 层板结构内外压差作为所述局部流量预测模块输入， 将无横流气膜/冲击孔的流 量作为局部流 量预测模块的输出； 训练BP神经网络， 建立局部流量预测模块输入与输出间的关联； 并将输出的无横流气 膜/冲击孔的流 量输入到整体流 量修正模块； 步骤三、 所述局部流量预测模块将所述涡轮 叶片主流压力场、 叶片分腔/分区方案、 冷 却结构几何参数以及无横流气膜/冲击孔的流 量作为所述整体流 量修正模块的输入； 步骤四、 所述整体流量修正模块对步骤三输入的数据进行分析， 建立层板结构冷气夹 层内的流 量输运模型， 并将所述 流量输运模型分为自由横流层和分段修 正层； 在所述自由横流层内将冲击孔流量的一部分数据提取出来， 根据冲击孔直径进行加权 平均， 分配到各个冲击孔； 在所述分段修正层内根据横流强度和冷气的流动特性对各孔排气膜/冲击孔流量进行 进一步修正， 输出气膜孔排冷气流量、 冲击孔排冷气流量以及层板内不同区域冷气流动方 向和强度。 2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预测方法， 其特征在 于： 步骤一中， 所述涡轮叶片主流压力场通过对无冷却结构实心叶片进 行仿真计算得到， 所 述叶片分腔/分区方案由叶片设计人员提供。 3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预测方法， 其特征在 于： 步骤四中， 在所述自由横流层内将冲击孔 流量的0～90％提取 出来， 具体为： 提取的比例取决于当地冲击孔 直径与气膜孔 直径的比例k； 当1≤k≤2时， 提取 该冲击孔90％ ×(k‑1)0.5的流量； 当k>2时， 提取 该冲击孔90％的流 量。 4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预测方法， 其特征在 于： 步骤四中， 当横流在层板间达到的最大强度与当地冲击孔流量大小相当时， 对各孔排流 量进行进一 步修正； 具体过程 为： 设定自由横流层内流阻等于0， 且自由横流层不影响气膜孔流量； 自由横流层的总流量 由各排冲击孔 流入， 流入量取决于当地气膜孔 流量和直径比； 各孔排的流入量累加后获得自由横流层的总流量， 设定所述总流量经过各排冲击孔均 匀流入， 按照当地冲击孔剩余面积均匀分配 自由横流层总流量， 则实现对自由横流层的修 正； 根据所述自由横流层输出结果， 找到层板内的横流最大位置， 并确定 分段修正层不同区 域的范围。 5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片层板冷却结构的流量分配预测方法， 其特征在 于：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114282323 A 2横流最大位置之前的区域为发展段， 横向流动逐渐增强； 横流最大位置之后的区域为 衰退段， 横向流动逐渐减弱； 衰退段又可等分为稳定段和回流段； 在所述发展段、 稳定段和 回流段分别提取物理特 征量， 对气膜孔和冲击孔的流 量进行修 正； 具体修 正方法为： 对于发展段的冲击/气膜流量， 冲击孔的流量参照自由横流层的方法进一步加权平均， 内外压差最低的气膜孔的流量减半； 衰退段横流经气膜孔均匀 流出， 取最大横流强度的三 分之一， 按照气膜孔 直径加权平均， 分配到各个气膜孔； 稳定段冲击孔流量不进行修正； 回流段冲击孔流量下降， 且越靠近层板结构的末端， 冲 击孔流量减少的比例越大； 回流段冲击孔减少的流 量之和等于最大横流强度的三分之一。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114282323 A 3