● 摘要
航空发动机涡轮前温度不断提高，而叶片材料的发展不能满足需求，涡轮导叶与动叶的冷却结构多样化，从简单的冷却结构发展到气膜冲击对流冷却，层板冷却，发散冷却等，冷却结构越来越复杂，因此涡轮叶片的设计周期变长，设计成本增加。鉴于这一问题，我们需要采用一种合适的工程方法对涡轮叶片的冷却结构进行设计及热分析。
本文对流体部分采用一维算法，对固体部分采用商用软件进行热分析，流体与固体之间存在弱耦合关系，进行迭代求解，进而进行结构优化。文中对一维空气系统理论、二维热分析理论及二者相结合的工程算法进行了详细的阐述，并采用这种理论对涡轮导叶和动叶进行了结构设计与热分析，同时完成了其结构的优化，以满足温度场的要求和冷却流量的限制。
通过复杂冷却结构叶片的工程设计及热分析，并将其结果与三维计算结果进行对比，可以得到以下结论：工程算法可以加快复杂结构的设计；经验关系式对于工程计算的结果影响很大，合理的经验公式的选取是保证工程算法准确性的基础；工程算法可以为结构提供一个相对合理的设计，大大缩短设计周期。