航空发动机涡轮高温部件必须冷却,而气膜冷却是最常用的冷却技术。为了提高冷却效果,同时提高传统气膜冷却对主流不稳定性的适应能力,脉动气膜冷却有可能成为一种很有发展潜力的技术。但是关于脉动的冷气能否提高冷却效率,至今没有形成定论。且相关的研究主要是在简化的平板模型中进行,真实涡轮环境中脉动冷却性能研究很少。哈工大气动研究中心提出由压气机中“非定常脉动抽吸”冷气供给涡轮“脉动气膜冷却”,实现航空发动机整体性能提升的新理念。但关于用哪种统一的脉动形式,以及如何选择吹风比才能提高冷却效率等问题亟待解决。本文首先在35度倾角平板射流模型中,采用非定常数值模拟方法研究了脉动的流场特性。然后为了探究不同激励形式对脉动气膜冷却特性的影响,挑选常用的方波和正弦波作为冷气激励,重点对冷气附着和高温主流入侵现象进行了对比研究。结果表明:正弦激励下的冷气对壁面有更强的附着和更高的冷却效率;方波激励下的冷气穿透能力较强但对壁面附着相对较弱。此外,方波激励下存在主流入侵,会烧蚀气膜孔及局部壁面;而正弦激励使得冷气连续变化,能明显抑制主流入侵。更进一步,提高脉动周期内的最低吹风比不是抑制主流入侵的最佳方式,因为主流入侵主要由冷气连续性决定。针对正弦激励,高频激励下的冷气具有类似方波的一种不连续性。考虑冷却效果和避免主流入侵,建议在实际应用中选用较低频连续波形作为激励。然后,选用正弦波形作为激励,在真实涡轮叶片中进行脉动气膜冷却研究,采用非定常数值模拟方法,主要探究了脉动气膜冷却的吹风比选择问题。在确定恒定射流最佳吹风比0.7后,基于三种不同大小吹风比0.5,1.0和1.5分别进行脉动冷气喷射研究。结果表明:脉动气膜冷却效率能否提高主要取决于吹风比的选择,而不是脉动频率。在低于最佳吹风比的0.5吹风比进行脉动时,冷却效率降低;在高于最佳吹风比的1.0吹风比进行脉动时,冷却效率仍然降低;在更高的1.5吹风比进行脉动时,冷却效率提高。更进一步,将定常射流的冷却效率按脉动过程进行叠加然后平均,获得的平均效率值,可用于定性预测脉动后的气膜冷却效率能否增加。脉动气膜冷却的吹风比选用原则是,高于最佳吹风比或者更高,以确保冷却效率提高。