北航新闻网2月28日电（通讯员 王丹） 近日，北航机械学院陈志同教授、方正隆教授团队在空心燃气轮机叶片结构优化方向取得重要研究进展。2026年2月，相关研究论文《Cooling-rate-oriented structural optimization process for hollowed gas turbine engine blade via computational fluid dynamic analysis》发表在《Results in Engineering》上，该期刊为工程领域的国际知名学术期刊。方正隆教授、陈帅博士后为论文通讯作者，王子铭博士为第一作者，北航为第一完成单位。

燃气涡轮发动机作为航空动力核心装备，其涡轮叶片长期在高温燃气冲刷环境下工作。随着涡轮进口温度持续提升，叶片冷却结构愈发复杂，如何在增强冷却能力的同时保证结构强度与制造可行性，成为制约性能提升的重要技术难题。针对传统叶片结构优化中“重设计、轻制造”的局限，研究团队提出了一种融合设计因素与制造因素的协同优化新流程，在冷却性能与结构可靠性之间实现有效平衡，为高效涡轮叶片设计提供了系统化解决方案。在研究方法上，构建了基于参数化建模的高效叶片建模程序，并结合计算流体力学与多场耦合有限元分析，系统评估叶片温度与应力响应，定量区分一阶效应与交互效应对冷却性能的影响贡献，实现冷却效率与结构安全性的平衡优化。

研究结果表明，在多物理场耦合条件下，气膜孔、冲击孔孔径是影响叶片冷却性能与结构应力的关键主导因素。通过敏感性定量化分析显示，该参数在温度和应力响应中均具有最高贡献率，其通过调控冷却气流分布与壁面温度梯度，直接影响热力耦合行为。圆角半径呈现显著非线性影响，其通过改变几何过渡特征，实现对温度场与应力场的协同调控。此外，研究还明确了倒角的合理设计可改善腔内气体流动附着状态，从而提升局部换热能力，为阐明其在结构优化中对冷却效率的贡献机理提供了依据。随后通过设计及制造参数协同优化，获得了在制造可行性范围内较高冷却速率的参数组合，为空心燃气轮机叶片结构优化、提高冷却性能提供了新视角。北航机械学院复杂曲面先进加工课题组聚焦航空航天、智能机器人、新能源汽车等重要行业，长期致力于航发叶盘片、传驱单元等核心零部件的高性能加工技术与高端装备研发，在高性能加工领域积累了深厚的理论及技术基础。未来，团队将进一步聚焦叶片的高效加工与装备研制，持续推进关键零部件加工技术的创新与突破。

文章链接：doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109543。

（审核：从保强）

编辑：贾爱平