气膜冷却

定义

气膜冷却（Film Cooling）是航空发动机涡轮叶片的一种主动冷却技术。冷却空气从叶片表面的小孔（film cooling holes）持续流出，在叶片外表面形成一层薄薄的冷却空气膜，将高温燃气与金属叶片表面隔开，是热障涂层之后的第一道防线。

工作原理

1. 冷却空气从压气机级抽出（bleed air），初始温度约 700°C
2. 空气通过叶片内部的冲击冷却（impingement cooling）通道吸收热量，升温至约 1,100°C
3. 热空气从叶片表面的精确排列小孔流出，在叶片外表面形成连续气幕
4. 气幕将高温燃气（~1,500°C）与叶片金属隔离，使叶片表面维持在约 1,000–1,100°C

关键技术参数

设计挑战

• 孔的位置和角度必须精确设计（通常向叶尖倾斜以利用离心力）
• 孔的排列不能显著降低叶片结构强度
• 气膜在叶片前缘（leading edge）效果最差，因为热气流的冲击压力最大
• 叶片尾缘（trailing edge）因空间狭窄，气膜覆盖最难实现

在发动机中的位置

气膜冷却位于三层冷却系统的最外层（从内到外）：

1. 对流冷却（最内）
2. 冲击冷却
3. 气膜冷却（最外，热障涂层在其外侧）

来源

飞机引擎为什么不会融化？