气膜孔对涡轮叶片冷却起到了至关重要的作用。随着新型航空发动机的发展,涡前温度已达到2000 K,在已涂覆热障涂层的叶片上制取气膜孔能够有效改善冷却能力,但对孔的加工质量和效率的要求越来越高。常用的气膜孔加工方法一般为电火花加工、电液束加工和超短脉冲激光加工,电火花加工无法避免热缺陷的产生,存在严重的重铸和裂纹现象,且难以加工导电性差的陶瓷涂层,电液束加工设备和工艺复杂,无法精确控制孔的形状,超短脉冲激光加工效率很低,无法避免孔锥度的产生,且不同位置气膜孔工艺参数调整复杂。因此,本文提出了水导激光加工带热障涂层高温合金的方法,利用纳秒激光的高效率和水射流的强冷却和冲刷作用,进行带热障涂层高温合金的高质量、高效率加工。首先,研究了激光与水射流耦合的过程,研制了适用于狭小空间内水导激光加工的微型化水导激光耦合装置。分析了激光在水中的传输特性,提出了一种新的短距离聚焦耦合方法并进行Zemax仿真验证,设计腔体微流道并进行流道传输仿真分析及水射流稳定性分析,并完成满足光路传输和流道传输的微型耦合装置结构设计。然后,对带热障涂层高温合金的水导激光材料去除过程进行了研究,在热力学和热弹性力学的基础上,建立了水导激光加工有限元仿真模型,并研究了脉冲周期内不同层材料温度场、应力场的变化及形貌去除过程,获得水导激光与涂层合金作用规律,分析了水导激光作用材料机理和缺陷产生原因。进行水导激光制孔仿真,研究孔加工过程中形貌的演变过程,并通过实验验证了仿真模型的正确性。最后,对带热障涂层高温合金从微小孔和槽道加工两个方面进行了水导激光加工工艺研究。探究了水导激光制孔工艺参数,将水导激光加工结果与微秒激光和飞秒激光加工结果进行对比。并根据优化的参数进行了不同直径和有一定倾斜角度微小孔的制孔试验。并通过槽道加工试验探索水导激光不同加工参数对槽形貌和加工效率的影响规律,得到了较好的工艺参数,验证了水导加工加工的优越性和适用性。综上,本文研制了微型化水导耦合装置,结合仿真和实验研究了水导激光作用于带热障涂层高温合金的材料去除过程,实现了带热障涂层高温合金水导激光高质量、高效率加工,为航空领域涂层叶片的加工提供了理论基础与技术支撑。