为了实现更高的循环效率、超低污染排放,燃气轮机透平进口温度不断攀升,已远高于金属耐受温度,探索更高效的冷却形式已迫在眉睫。小微扰流单元表现出具有以较小的流动损失为代价强化对流传热的潜力,因此正逐渐成为下一代燃机冷却技术的一个方向。因小微扰流单元的尺度主要作用于流动边界层和热边界层附近,影响该冷却结构对流传热特性的几何、流动参数较多,规律复杂。探究小微扰流单元强化换热的内在机理对于发展新一代冷却技术具有重要意义。针对小微扰流单元阵列冲击实验方法,本文建立了能够精确控制来流温度和流量的抽吸式风洞小微扰流单元冷却实验台,搭建了基于PI的高精度温控系统和热流密度测量系统,发展了基于集中参数法的适用于小微扰流单元的稳态测量方法,从而实现了针对小微扰流单元阵列冲击冷却的实验测量方法,具备精确控制外部环境变量、快速达到稳态、温度和热流密度能够同步测量并且测量精度高的实验能力。根据实际燃机冷却和小微扰流单元的特征,本文提炼出阵列冲击冷却小微扰流单元的典型结构。基于搭建的实验测量系统,针对10组几何、30组工况,系统化地研究了包括冲击距离,小微扰流单元形状,小微扰流单元高度和冲击雷诺数对该新型冷却结构流动传热特性的影响。指出小微扰流单元阵列冲击冷却结构提供了30%～120%的传热增强,同时,出流系数变化不大,具备以较小压损为代价实现较强换热提高的能力。面平均努塞尔数比随着微扰流单元高度增加而增加,单元高度是一个关键参数。针对实验工况,采用基于RANS搭建的半自动化数值计算流程进行批量计算。数值结果与实验结果在定性和定量上表现出一致性,验证了数值方法的有效性。数值结果表明:对于3D冲击距离冷却结构,冲击孔处压损在总压损失中占据支配地位,意味着在靶面上布置小微扰流单元造成冲击孔后压力损失增加对于总压损影响很小,揭示了小微扰流单元阵列冲击冷却阻力微升的内在机理。指出微扰流单元强化换热机理为微扰流单元使近壁面u速度增大,使得换热增强。本文结果表明,阵列冲击下小微扰流单元具有以较小压损为代价实现较强换热提高的能力。随着增材制造技术的成熟,小微扰流单元阵列冲击冷却结构将成为一种极具发展潜力的先进冷却技术,为下一代燃机冷却技术的设计提供支持。