航空发动机与燃气轮机是通过布雷顿循环将热能转化为机械能的动力设备，进口压比和工质温度的增加是提高循环效率的主要措施。随着人们对更高能量转换效率的追求，工质在燃烧室中的温度及透平前温已经远远超过高温合金的温度耐受极限，J级重型燃气轮机透平前温已经达到1650℃，而航空发动机涡轮前温已经超过2000℃。为了保护金属固壁免受高温烧蚀，燃烧室及高温透平中采用了陶瓷涂层、内部冷却及气膜冷却等技术，其中气膜冷却是一种重要的降低主流近壁温度的冷却方式。

气膜冷却基本原理是：从高温环境的壁面上的孔向主流引入二次气流（冷却工质或射流），这股冷气流在主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，附着在壁面一定区域上，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气，从而对壁面起到良好的冷却保护作用。冷却气在冷却气腔与主流的压差驱动下喷出气膜孔，低温射流与高温主流之间存在相互作用，射流孔下游形成复杂的流动结构，湍流度也随之提高。因此，气膜冷却一方面能够降低壁面绝热温度，另一方面也会一定程度提高当地传热系数。当该两因素满足一定条件时，气膜冷却能够达到很好的冷却效果。

燃气轮机气膜冷却孔最初为简单的圆形孔，圆形孔冷却射流易发生吹离现象，并且会与主流发生较强的相互作用。随着燃气轮机对冷却技术需求的提高及气膜孔加工技术的进步，成型孔逐渐应用于燃气轮机气膜冷却，射流与主流的相互作用更小，冷却气覆盖特性更好。而随着3D打印技术的日趋成熟，结构复杂的异型孔研究成了新的研究热点。

随着透平气动负荷的提高，叶片流向压力梯度显著增加，涡系结构显著增强，气膜冷却射流与主流之间的流动、传热耦合越来越强烈。叶片表面气膜冷却环境相对简单，但由于压力分布造成了冷却气出气量与温度载荷不匹配，即叶片前缘热负荷高但冷却气量小。而透平端壁及叶顶等强三维流动区域涡系发展过程复杂，壁面气膜冷却射流随涡系结构的变化而变化。在横向压力梯度驱动下，主流在端区附近从压力面向吸力面迁移，端壁上的冷却射流一方面对端壁具有冷却效果，另一方面也对叶片吸力面产生冷却效果，即二次冷却。气热耦合特性作用下的气膜冷却特性更加复杂，其对气膜冷却设计提出了更高要求。

气膜冷却是航空发动机与燃气轮机中一种重要的冷却方式，其冷却效果主要受到气膜孔型及气热耦合特性的影响。