CN106884683A - 利用薄膜冷却的发动机构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用薄膜冷却的发动机构件。生成与热表面(126)相邻的热燃气流(H)且提供与冷却表面(124)相邻的冷却流体流(C)的用于燃气涡轮发动机(10)的发动机构件(120)包括壁(122)，壁(122)使热燃气流(H)与冷却流体流(C)分离。至少一个凹部(138)设置于冷却表面(124)中，并且至少一个薄膜孔(130)设置于冷却表面(124)中，从而将冷却流体流(C)提供给热表面(H)。用于薄膜孔(130)的入口(132)与至少一个凹部(138)隔开，位于至少一个凹部(138)的上游，并且关于冷却流体流(C)而与至少一个凹部(138)对准。

Description

利用薄膜冷却的发动机构件
背景技术
涡轮发动机，特别是燃气或燃烧涡轮发动机，是从经过包括多对旋转叶片和固定式导叶的一系列的压缩机级中的发动机、经过燃烧器而然后到达大量涡轮叶片上的燃气流提取能量的旋转式发动机。燃气涡轮发动机已用于陆地及航海运动和发电，但最普遍地用于比如用于飞机，包括直升机的航空应用。在飞机中，燃气涡轮发动机用于飞机的推进。
用于飞机的燃气涡轮发动机设计成在高温下运行，以使发动机效率最大化，所以，可能有必要进行比如高压涡轮和低压涡轮之类的某些发动机构件的冷却。典型地，通过用导管将更冷的空气从高压压缩机和/或低压压缩机输送至要求冷却的发动机构件，从而完成冷却。高压涡轮中的温度为大约1000 °C至 2000 °C，并且，来自压缩机的冷却空气为大约500 °C至700 °C。虽然压缩机空气为高温，但相对于涡轮空气而更冷，并且，能够用于使涡轮冷却。
已将与冷却流相邻的表面上的凹部用作热力冷却特征，然而，当冷却流经过或越过凹部时，凹部倾向于生成不稳定的或旋涡的空气流，不稳定的或旋涡的空气流可能扰乱依赖于冷却流体流的另外的冷却特征。
发明内容
在一个方面，生成热燃气流且提供冷却流体流的用于燃气涡轮发动机的发动机构件包括壁，壁使热燃气流与冷却流体流分离，并且，具有与热流路中的热燃气流一起的热表面和面向冷却流体流的冷却表面。发动机构件进一步包括：至少一个凹部，其设置于冷却表面中；和至少一个薄膜孔，具有设置于冷却表面上的入口、设置于热表面上的出口以及将入口和出口连接的通道。入口与至少一个凹部隔开，位于至少一个凹部的上游，并且，与至少一个凹部处于冷却流体流对准。
在另一方面，生成热燃气流且提供冷却流体流的用于燃气涡轮发动机的发动机构件包括壁，壁使热燃气流与冷却流体流分离，并且，具有带有热流路中的热燃气流的热表面和面向冷却空气流的冷却表面。发动机构件进一步包括：多个凹部，设置于冷却表面中；和多个薄膜孔，具有设置于冷却表面上的入口、设置于热表面上的出口以及将入口和出口连接的通道。使至少一个分组的凹部和入口成对，该一对的入口与至少一个凹部隔开且位于该至少一个凹部的上游，并且，与该至少一个凹部处于冷却流体流对准。
在又一方面，使具有冷却表面且冷却流体沿着该冷却表面流动的发动机构件冷却的方法包括，通过位于冷却表面上的凹部的直接上游的冷却表面上的薄膜孔入口，来提供冷却流体流。
在又一方面，生成热燃气流且提供冷却流体流的用于燃气涡轮发动机的发动机构件包括壁，该壁使热燃气流与冷却流体流分离，并且，具有与热燃气流相邻的热表面和与冷却流体流相邻的冷却表面。发动机构件进一步包括：至少一个凹部，设置于冷却表面中；和至少一个薄膜孔，具有设置于冷却表面上的入口、设置于热表面上的出口以及将入口和出口连接的通道，其中入口与至少一个凹部隔开。该入口以处于凹部的上游、下游、侧面或以上定位的组合中的至少一者与至少一个凹部隔开。
具体而言，根据本发明，提供了以下一组技术方案。
1．一种用于燃气涡轮发动机(10)的发动机构件(120)，其生成热燃气流(H)且提供冷却流体流(C)，包括：壁(122)，使所述热燃气流(H)与所述冷却流体流(C)分离，并且，具有同所述热燃气流(H)一起的热表面(126)和面向所述冷却流体流(C)的冷却表面(124)；至少一个凹部(138)，其设置于所述冷却表面(124)中；至少一个薄膜孔(130)，其具有设置于所述冷却表面(124)上的入口(132)、设置于所述热表面(126)上的出口(134)，以及将所述入口(132)和所述出口(134)相连的通道(136)；并且，其中，所述入口(132)与所述至少一个凹部(138)隔开，位于所述至少一个凹部(138)的上游，并且，与所述至少一个凹部(138)处于冷却流体流对准。
2．根据技术方案1所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)位于所述至少一个凹部(138)的直接上游。
3．根据技术方案1所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)相对于所述至少一个凹部(138)而如此定位，使得供给至所述入口(132)的所述冷却流体流(C)在所述至少一个凹部(138)处不被非稳定流(144、146)扰乱。
4．根据技术方案3所述的发动机构件(120)，其中，所述至少一个凹部(138)具有中心线，并且，所述冷却流体流(C)沿着所述中心线流动。
5．根据技术方案1所述的发动机构件(120)，其中，凹部(138)和入口(132)的分组布置成预定的图案。
6．根据技术方案5所述的发动机构件(120)，其中，所述预定的图案是排(140、142)。
7．根据技术方案6所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的凹部(138)布置成多排(140、142)，所述多排(140、142)之一是成对的凹部(138)和入口(132)。
8．根据技术方案5所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的所述入口(132)位于所述成对的凹部(138)的直接上游。
9．根据技术方案5所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)相对于所述成对的凹部(138)而定位，从而供给至所述入口的所述冷却流体流(C)在所述至少一个凹部(138)处不被非稳定流(144、146)扰乱。
10．根据技术方案9所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的所述凹部(138)具有中心线，并且，来自所述成对的入口(132)的所述冷却流体流(C)沿着所述中心线流动。
具体而言，根据本发明，还提供了以下另外一组技术方案。
1．一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃气流且提供冷却流体流，包括：壁，其使所述热燃气流与所述冷却流体流分离，并且，具有同所述热燃气流一起的热表面和面向所述冷却流体流的冷却表面；至少一个凹部，其设置于所述冷却表面中；至少一个薄膜孔，其具有设置于所述冷却表面上的入口、设置于所述热表面上的出口，以及将所述入口和所述出口相连的通道；并且其中，所述入口与所述至少一个凹部隔开，位于所述至少一个凹部的上游，并且与所述至少一个凹部处于冷却流体流对准。
2．根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述入口位于所述至少一个凹部的直接上游。
3．根据技术方案1所述的发动机构件，其中，不存在位于所述一个入口与所述至少一个凹部之间的其它流量控制结构。
4．根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述入口相对于所述至少一个凹部而如此定位，使得供给至所述入口的所述冷却流体流在所述至少一个凹部处不被非稳定流扰乱。
5．根据技术方案4所述的发动机构件，其中，所述至少一个凹部具有中心线，并且，所述冷却流体流沿着所述中心线流动。
6．根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述发动机构件能够包括导叶、叶片、护罩、燃烧器偏转器以及燃烧器衬套中的任何一者。
7．一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃气流且提供冷却流体流，包括：
壁，其使所述热燃气流与所述冷却流体流分离，并且，具有同热流路中的所述热燃气流一起的热表面和面向所述冷却流体流的冷却表面；
多个凹部，其设置于所述冷却表面中；
多个薄膜孔，其具有设置于所述冷却表面上的入口、设置于所述热表面上的出口，以及将所述入口和所述出口相连的通道；并且
其中，使至少一个分组的所述凹部和入口成对，并且，所述一对的所述入口与所述成对的凹部隔开，位于所述成对的凹部的上游，并且与所述成对的凹部处于冷却流体流对准。
8．根据技术方案7所述的发动机构件，其中，所述分组的成对的凹部和入口布置成预定的图案。
9．根据技术方案8所述的发动机构件，其中，所述预定的图案是排。
10．根据技术方案9所述的发动机构件，其中，所述多个凹部布置成多排，所述多排之一是所述成对的凹部和入口。
11．根据技术方案7所述的发动机构件，其中，所述分组的所述入口位于所述成对的凹部的直接上游。
12．根据技术方案7所述的发动机构件，其中，不存在位于所述成对的入口与凹部之间的其它流量控制结构。
13．根据技术方案7所述的发动机构件，其中，所述入口相对于所述成对的凹部而定位，使得供给至所述入口的所述冷却流体流在所述至少一个凹部处不被非稳定流扰乱。
14．根据技术方案13所述的发动机构件，其中，所述一对的所述凹部具有中心线，并且，来自所述成对的入口的所述冷却流体流沿着所述中心线流动。
15．一种使发动机构件冷却的方法，该发动机构件具有冷却表面，冷却流体沿着所述冷却表面流动，所述方法包括，通过在所述冷却表面上的凹部的直接上游、在所述冷却表面上的薄膜孔入口，来提供冷却流体流。
16．根据技术方案15所述的方法，其中，所述入口设置于所述凹部中。
17．根据技术方案16所述的方法，其中，所述冷却流体沿着所述凹部的中心线流动。
18．一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，其生成热燃气流且提供冷却流体流，包括：
壁，其使所述热燃气流与所述冷却流体流分离，并且，具有与所述热燃气流相邻的热表面和与所述冷却流体流相邻的冷却表面；
至少一个凹部，其设置于所述冷却表面中；以及
至少一个薄膜孔，其具有设置于所述冷却表面上的入口、设置于所述热表面上的出口，以及将所述入口和所述出口相连的通道，其中所述入口与所述至少一个凹部隔开；
其中，所述入口以在所述凹部的上游、下游、侧面或以上定位的组合中的至少一者，而与所述至少一个凹部隔开。
19．根据技术方案18所述的发动机构件，其中，所述入口位于所述至少一个凹部的上游。
20．根据技术方案19所述的发动机构件，其中，所述入口位于所述至少一个凹部的上游且位于所述至少一个凹部的侧面。
21．根据技术方案18所述的发动机构件，其中，所述入口位于所述至少一个凹部的下游。
22．根据技术方案21所述的发动机构件，其中，所述入口是所述至少一个凹部的下游且位于所述至少一个凹部的侧面。
23．根据技术方案18所述的发动机构件，其中，所述发动机构件能够包括导叶、叶片、护罩、燃烧器偏转器以及燃烧器衬套中的任何一者。
附图说明
在附图中：
图1是燃气涡轮发动机的示意截面图；
图2是图1的燃气涡轮发动机的燃烧器的侧视截面图；
图3是表现为图2的发动机的具有冷却空气入口通道的涡轮叶片的形式的发动机构件的透视图；
图4是具有多个凹部和薄膜孔的图3的发动机构件的一部分的透视图；
图5A是具有对准的薄膜孔和凹部的发动机构件的顶视图；
图5B是具有两组对准的薄膜孔和凹部的发动机构件的顶视图；
图5C是具有紊流器和薄膜孔的发动机构件的透视图；
图6是图示了图4的凹部内的非稳定空气流的单个凹部的顶视图；
图7是图示了图4的凹部内的偏移的非稳定空气流的单个凹部的顶视图；
图8是具有设置于其中的薄膜孔的多个凹部的图3的发动机构件的一部分的透视图；
图9是具有与凹部对准且设置于凹部中的薄膜孔的发动机构件的顶视图。
零件清单
10 发动机
12 纵轴线(中心线)
14 前部
16 后部
18 风扇区段
20 风扇
22 压缩机区段
24 低压(LP)压缩机
26 高压(HP)压缩机
28 燃烧区段
30 燃烧器
32 涡轮区段
34 HP涡轮
36 LP涡轮
38 排气区段
40 风扇外壳
42 风扇叶片
44 核心
46 核心外壳
48 HP轴 / HP线轴
50 LP轴 / LP线轴
52 压缩机级
54 压缩机级
56 压缩机叶片
58 压缩机叶片
60 压缩机导叶(喷嘴)
62 压缩机导叶(喷嘴)
64 涡轮级
66 涡轮级
68 涡轮叶片
70 涡轮叶片
72 涡轮导叶
74 涡轮导叶
76 偏转器
78 燃烧器衬套
80 护罩组件
90 翼型
92 尖端
94 根部
96 平台
98 燕尾榫
100 入口通道
102 出口
104 内部
C 冷却流体流
H 热燃气流
120 发动机构件
122 壁
124 冷表面
126 热表面
130 薄膜孔
132 入口
134 出口
136 通道
138 凹部
140 第一组
142 第二组
143 流线型空气流
144 非稳定流
145 流线型流
146 非稳定流
150 紊流器
152 介入空间
154 第三组
156 第四组
220 发动机构件
222 壁
224 冷表面
226 热表面
230 薄膜孔
232 入口
234 出口
236 通道
238 凹部。
具体实施方式
本发明的所描述的实施例针对与涡轮发动机中的空气流的路径导引有关的设备、方法及其他装置。出于图示的目的，将关于飞机燃气涡轮发动机而描述本发明。然而，将理解到，本发明不限于此，并且，能够具有在比如其他移动应用和非移动的工业、商业以及住宅应用之类的非飞机应用中的普遍适用性。
应当进一步理解到，出于图示的目的，将关于用于涡轮发动机的涡轮叶片的翼型而描述本发明。然而，将理解到，在非限制的示例中，本发明不限于涡轮叶片，并且能够包括任何翼型结构，比如压缩机叶片、涡轮或压缩机导叶、风扇叶片、支柱、包括护罩和悬挂器的护罩组件、或燃烧器衬套或者任何其他要求冷却的发动机构件。
如本文中所使用的，术语“前”或“上游”是指沿朝向发动机入口或与另一构件相比而相对地更接近于发动机入口的构件的方向移动。联合“前”或“上游”而使用的术语“后”或“下游”是指相对于发动机中心线而朝向发动机的后方或出口的方向。
另外，如本文中所使用的，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与发动机外圆周之间延伸的尺寸。
所有的方向参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左边、右边、横向、前面、后面、顶部、底部、上面、下面、垂直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、后部等)仅用于识别的目的，以帮助读者理解本发明，并且不造成限制，具体地指关于本发明的位置、取向或使用的限制。所涉及的连接(例如，附接、联接、连接以及联结)将被广义地解释，并且，能够包括一批元件之间的中间部件和元件之间的相对移动，除非另有指示。正因如此，所涉及的连接不一定推断出两个元件直接地连接且彼此处于固定的关系。示范性的附图仅出于图示的目的，并且，附图中所反映出的尺寸、位置、顺序以及相对大小可变化。
图1是用于飞机的燃气涡轮发动机10的示意横截面图。发动机10具有从前部14延伸至后部16的大体上纵向地延伸的轴线或中心线12。按照向下游按顺序流动的关系，发动机10包括：风扇区段18，包括风扇20；压缩机区段22，包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26；燃烧区段28，包括燃烧器30；涡轮区段32，包括HP涡轮34和LP涡轮36；以及排气区段38。
风扇区段18包括环绕风扇20的风扇外壳40。风扇20包括围绕中心线12径向地设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30以及HP涡轮34形成发动机10的核心44，核心44生成燃气。核心44被核心外壳46环绕，核心外壳46能够与风扇外壳40联接。
围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34与HP压缩机26以驱动式连接。在直径更大的环形HP 线轴48内围绕发动机10的中心线12同轴地设置的LP轴或线轴50以将LP涡轮36驱动式地连接至LP压缩机24和风扇20。发动机10的安装到线轴48、50中的任一者或两者且与其一起旋转的部分，被单独地或共同地被称为转子51。
]LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中，一组压缩机叶片58相对于对应的一组压缩机静导叶60、62(也被称为喷嘴)而旋转，以使经过该级的流体流压缩或加压。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58能够以环的形式提供，并且能够相对于中心线12而从叶片平台径向地向外延伸至叶片尖端，而对应的压缩机静导叶60、62定位于旋转叶片56、58的下游，并且，与旋转叶片56、58相邻。注意到，图1中所显示的叶片、导叶以及压缩机级的数量仅出于图示的目的而选择，并且其它的数量是有可能的。用于压缩机级的叶片56、58能够被安装到盘53上，盘53能够安装到HP及LP线轴48、50中的对应的一个，其中各个级具有其自身的盘。导叶60、62以围绕转子51的周向布置安装到核心外壳46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中，使一组涡轮叶片68、70相对于对应的一组涡轮静导叶72、74(也被称为喷嘴)而旋转，以从经过该级的流体流中提取能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮叶片68、70能够以环的形式提供，并且，能够相对于中心线12而从叶片平台径向地向外延伸至叶片尖端，而对应的涡轮静导叶72、74定位于旋转叶片68、70的上游，并且，与旋转叶片68、70相邻。注意到，图1中所显示的叶片、导叶以及涡轮级的数量仅出于图示的目的而选择，并且其它的数量是有可能的。
在运行中，旋转风扇20将环境空气供给至LP压缩机24，然后，LP压缩机24将加压后的环境空气供给至HP压缩机26，HP压缩机26进一步对环境空气加压。使来自HP压缩机26的压缩空气与燃烧器30中的燃料混合并点燃，从而生成燃气。由HP涡轮34从这些气体提取一些功，这些功驱动HP压缩机26。燃气排放至LP涡轮36中，LP涡轮36提取另外的功，以驱动LP压缩机24，并且，最后，经由排气区段38而从发动机10排放废气。对LP涡轮36的驱动导致对LP线轴50进行驱动，以使风扇20和LP压缩机24旋转。
由风扇20供给的一些环境空气能够绕开发动机核心44，并且，用于使发动机10的部分，尤其是热部分冷却，且/或用于使飞机的其他方面冷却或给飞机的其他方面提供动力。在涡轮发动机的背景下，发动机的热部分通常位于燃烧器30的下游，尤其是涡轮区段32的下游，由于HP涡轮34位于燃烧区段28的直接下游，因而HP涡轮34为最热的部分。其他冷却流体来源能够是从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体，但不限于此。
图2是来自图1的发动机10的燃烧器30和HP涡轮34的侧视截面图。燃烧器30包括偏转器76和燃烧器衬套78。沿轴向方向与涡轮34的涡轮叶片68相邻的部件是形成喷嘴的多组涡轮静导叶72。喷嘴使燃气转向，以便能够由涡轮34提取最大能量。护罩组件80与旋转叶片68相邻，以使涡轮34中的流损失最小化。类似的护罩组件也能够与LP涡轮36、LP压缩机24或HP压缩机26相关联。
发动机10的一个或更多个发动机构件具有薄膜冷却式壁，其中，能够利用在本文中进一步公开的各种薄膜孔实施例。具有薄膜冷却式壁的发动机构件的一些非限制的示例能够包括图1-2中所描述的叶片68、70、导叶或喷嘴72、74、燃烧器偏转器76、燃烧器衬套78或护罩组件80。使用薄膜冷却的其他非限制的示例包括涡轮过渡导管、支柱以及排气喷嘴。
图3是表现为图1的发动机10的涡轮叶片68之一的形式的发动机构件的透视图。应当理解到，如本文中所描述的叶片是示范性的，并且，所公开的构思扩展至另外的发动机构件，且不限于叶片68。涡轮叶片68包括燕尾榫98和翼型90。翼型90从尖端92延伸至根部94，从而限定翼展方向。燕尾榫98进一步包括在根部94处与翼型90成一体的平台96，平台96有助于径向地容纳涡轮空气流。燕尾榫98能够配置成安装到发动机10上的涡轮转子盘。燕尾榫98包括至少一个入口通道，所述入口通道示范性地显示为三个入口通道100，各入口通道100延伸穿过燕尾榫98，以在一个或更多个通道出口102处提供与翼型90的内部流体连通。应当意识到，燕尾榫98以截面图示出，使得入口通道100被收容于燕尾榫98的主体内。
翼型90能够进一步限定内部104，使得能够将冷却流体流C通过入口通道100而提供至翼型90的内部104。因而，冷却流体流C能够通过入口通道100而供给，离开出口102，并且在翼型的内部104内行进。热燃气流H能够在翼型90的外部行进，而冷却流体流C在内部104内移动。
图4是显示来自图1的发动机10的发动机构件120的示意图，发动机构件120能够包括图3的翼型90。发动机构件120能够设置于热燃气流H中。能够供给冷却流体流C，以使发动机构件120冷却。如在上文中关于图1-2而讨论的，在涡轮发动机的背景下，冷却流体流C能够是任何冷却流体，但最普遍地是由风扇20供给的绕开发动机核心44的环境空气、从LP压缩机24排放的流体或从HP压缩机26排放的流体中的至少一者。
发动机构件120包括壁122，壁122具有面向热燃气H的热表面126和面向冷却流体流C的冷却表面124。在燃气涡轮发动机的情况下，热表面126能够暴露于具有1000 °C至2000 °C的范围内的温度的气体。适合于壁122的材料包括钢、比如钛之类的难熔金属、或以镍、钴或铁为基础的超合金以及陶瓷基复合材料，但不限于此。
发动机构件120能够限定图3的翼型90的内部104，内部104包括冷却表面124。热表面126能够是发动机构件120的外表面，比如翼型90的压力侧或吸力侧。
发动机构件120进一步包括多个薄膜孔130，薄膜孔130提供发动机构件120的内腔104与热表面126之间的流体连通。在运行的期间，冷却流体流C供给至内腔104且从薄膜孔130流出，以在热表面126上创建冷空气的薄层或薄膜，从而保护热表面126免受热燃气H损害。
各薄膜孔130能够具有：入口132，设置于壁122的冷却表面124上；出口134，设置于热表面126上；以及通道136，将入口132和出口134连接。在运行的期间，冷却流体流C通过入口132而进入薄膜孔130，并且在沿着热表面126在出口134处离开薄膜孔130之前，经过通道136。
通道136能够限定计量区段，计量区段用于对冷却流体流C的质量流率进行计量。计量区段能够是通道136的具有最小的横截面面积的一部分，并且，能够是通道136的离散的位置或延长的区段。通道136能够进一步限定扩散区段，其中，冷却流体流C能够膨胀，以形成更宽的冷却薄膜。计量区段能够设置于入口132处或入口132附近，而扩散区段能够被限定于出口134处或出口134附近。
多个图示为凹部138的流量控制结构能够设置于冷却表面124中。凹部是冷却表面124中的半球状或半椭球状的凹陷部，但在一个非限制的示例中，还能够包括比如具有带有平底的圆形边缘或斜边边缘的任何凹陷部。越过凹部138或沿着凹部138行进的冷却流体流C倾向于是比如旋涡流之类的非稳定流或振荡流，并且，能够用于壁122的热增强。能够使凹部138及相邻的薄膜孔130成对地设置，使得一对能够包括一个薄膜孔130和一个凹部138。
应当理解到，薄膜孔130的圆形形状和椭圆形的入口132、出口134以及凹部138是示范性的。可预期备选的薄膜孔形状以及入口形状和出口形状，包括圆圈、椭圆形、三角形、正方形、四边形、独特的形状或另外的形状或以上的形状的一部分，但不限于此。
现在，来看图5A-5C，发动机构件120的一部分的三个顶视图图示凹部138和薄膜孔入口132的三个单独的示范性的实现方案。在图5A中，薄膜孔入口132与凹部138隔开，并且，关于冷却流体流C而设置于凹部138的上游。入口132关于冷却流体流C而与凹部138对准，使得穿过入口132的中心而限定的轴线将设置成与冷却流体流C平行。区域133能够限定位于凹部138上游的空间，薄膜孔入口132能够定位于该空间中。区域133大体上由设置于入口132下游的凹部138的宽度和与下一个上游凹部138之间的中途的距离限定。薄膜孔入口132能够定位于区域133内的任何位置。应当理解到，如图所示的区域133是示范性的，并且，能够大于在凹部138之间限定的宽度，比如凹部138之间的横向间隔或横向地相邻的凹部138之间的中心点。因而，应当意识到，区域133能够是可变的，基于凹部138而更大或更小，或备选地被限定为使得区域被限定在一个凹部138的上游。
在图5B中，显示了薄膜孔入口132的两组140、142，各组140、142通过与冷却流体流C对准而限定。第一组140设置于凹部的上游，并且，与冷却流体流C对准。第一组140的入口132设置于凹部138a的直接上游。凹部138a的直接上游能够限定为与凹部138相邻或与凹部138a最小程度地隔开，使得凹部138与入口132之间的长度小于入口132的横截面宽度。备选地，入口132能够从凹部138偏移，其中，穿过中心入口和凹部的中心而限定的轴线彼此隔开且平行，与冷却流体流C对准。第二区域135能够限定于相邻的凹部138之间，使得入口132能够定位于限定第二区域135的凹部138的上游、下游、侧面或以上定位的组合。图示了第二区域135的两个单独的取向，并且，这些取向能够限定于任何三个相邻的凹部138之间。薄膜孔入口132能够设置于第二区域135内的任何位置。与图5A的区域133类似，第二区域135不应当被解释为具有限制性，并且，可能大于或小于所图示的设置于至少一个凹部138上游的区域。
来看第二组142，入口132能够设置于凹部138b的下游。另外，入口132能够设置于在入口132两侧设置的凹部138c的侧面，使得入口132能够相对于凹部138c而横向地定位。应当意识到，参考冷却流体流C的方向，入口132能够相对于附近凹部的位置在上游、下游、侧面或以上定位的任何组合而隔开。
来看图5C，发动机构件120能够包括沿着冷却表面124设置的多个倒置紊流器(inverted turbulators)150。与凹部138类似，倒置紊流器150能够设置于发动机构件120的冷却表面124上，并且，能够创建比如旋涡流之类的非稳定流或振荡流，并且，能够用于发动机构件120的热增强。倒置紊流器150能够限定相邻的倒置紊流器150之间的多个介入空间152，介入空间152能够包括设置于冷却表面124中的凹部。显示为第三组154和第四组156的入口132能够设置于倒置紊流器150之间的介入空间152中，或能够设置于倒置紊流器150中，使第三组154在介入空间152中显示，并且第四组156在倒置紊流器150上显示。第三组154能够设置于倒置紊流器150的上游或直接上游，从而在通过倒置紊流器150使冷却流体流C产生紊流之前，将冷却流体流C提供给入口132。第四组156定位于倒置紊流器150中，在倒置紊流器150下游的非稳定流的上游，以冷却流体流C供给至入口132。
应当理解到，倒置紊流器150是凹陷于冷却表面124中或设置于冷却表面124中的紊流器，使得凹部能够由倒置紊流器的凹陷的设置而限定。典型的紊流器将从冷却表面124延伸，然而，应当理解到，倒置紊流器150凹陷于冷却表面中。
应当意识到，能够使多对凹部138和薄膜孔入口132成对而限定多对。能够利用多对，从而不但将稳定流提供给入口132，而且还形成沿着发动机构件的冷却表面124的优选的流。此外，该多对能够组织成预定的图案。如在图5A中最清楚地显示的，预定的图案能够包括一排。备选地，比如在图5B中，预定的图案能够包括偏移的多排。应当意识到，示范性的图示是非限制的，并且，预期另外的图案，比如成角度的、蜿蜒的、阶梯的或其它的图案。
来看图6，沿着凹部138的中心进入凹部138的流线型空气流143在凹部138内形成旋涡非稳定流144。非稳定流144能够防止以稳定的流线型空气流143供给至凹部138的下游，将不一致的冷却流体流C提供至入口132，这降低由薄膜孔130提供的薄膜冷却的有效性。因而，能够意识到，将薄膜孔入口132设置于凹部138的上游，允许以一致的流线型空气流143供给至入口132，以冷却流体流C稳定地供给至薄膜孔130，从而在热表面126上形成一致的冷却薄膜。在与内部凹部138组合而利用薄膜孔130时，能够利用一致的流线型空气流143来提高薄膜冷却效率。
简略地来看图7，流线型流145能够从凹部138的中心偏移，生成沿着凹部138的成角度且不稳定的旋涡流146。成角度的非稳定流146能够生成凹部138下游的不稳定或混乱的流，使得将薄膜孔入口132设置于凹部138的上游，就能够一致地以冷却流体流C供给至入口132，从而在热表面126上提供一致的薄膜冷却。
来看图8，薄膜孔入口设置于凹部238内。图8能够大体上与图4类似，并且，类似的标号将用于通过加上数值100的方式来标示类似的元件。在图8中，用于薄膜孔230的入口232设置于凹部238内，使得供给至热表面226的冷却流体流C经过凹部238。现在，来看图9，顶视图图示了将入口232设置于凹部238内，使得入口232能够与沿着发动机构件220移动的冷却流体流C对准。
应当意识到，虽然入口232图示为居中地设置在凹部238内，但是在非限制的示例中，薄膜孔能够设置于凹部238内的任何位置，比如上游或下游边缘附近。将薄膜孔入口232设置于凹部238内，就能够减少由凹部238引起的所得到的非稳定流，从而由于将一部分非稳定流供给至入口232中，而形成沿着凹部238的更稳定的流。
如在图6和图7中最清楚地图示的，将入口设置于凹部238内，就能够通过从凹部抽取至少一部分冷却流体流C而减少不稳定或混乱的冷却流体流C，从而在凹部238的下游提供了更稳定的流。能够由另外的薄膜孔230或冷却结构一致地利用凹部238下游的更稳定的流，而不必考虑由凹部238造成的混乱流或旋涡流。
应当意识到，将薄膜孔入口沿着发动机构件的冷却表面设置，就提供了进入入口的更具确定性的流的形成，并且，能够进一步补充由凹部提供的传热增量。凹部之间的更厚壁区段能够限定用于薄膜孔的更具确定性的流，从而提高薄膜冷却效率。
应当理解到，凹部典型地生成旋涡流，从而提供热增强。然而，凹部所生成的流可能扰乱稳定的薄膜孔进入流，这可能不利于薄膜冷却效率。通过将薄膜孔设置于凹部的上游，从而来自凹部的扰乱的流将不影响到薄膜孔进入流。此外，将薄膜孔设置于发动机构件的表面上，就允许与凹部的较薄壁宽度相比而更好的薄膜孔长度与直径的比。此外，将入口设置于凹部周围的表面中，就提供了用于薄膜孔的入口形成，这能够进一步提高薄膜孔效率。
另外，通过将薄膜孔入口设置于凹部中，从而能够通过稳定地抽取在凹部内或沿着凹部行进的至少一部分冷却流体流的薄膜孔入口，而使由凹部限定的非稳定流最小化或至少部分地稳定。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且，允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且，能够包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或者如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些示例旨在落于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的发动机构件(120)，其生成热燃气流(H)且提供冷却流体流(C)，包括：
壁(122)，使所述热燃气流(H)与所述冷却流体流(C)分离，并且，具有同所述热燃气流(H)一起的热表面(126)和面向所述冷却流体流(C)的冷却表面(124)；
至少一个凹部(138)，其设置于所述冷却表面(124)中；
至少一个薄膜孔(130)，其具有设置于所述冷却表面(124)上的入口(132)、设置于所述热表面(126)上的出口(134)，以及将所述入口(132)和所述出口(134)相连的通道(136)；并且，
其中，所述入口(132)与所述至少一个凹部(138)隔开，位于所述至少一个凹部(138)的上游，并且，与所述至少一个凹部(138)处于冷却流体流对准。
2.根据权利要求1所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)位于所述至少一个凹部(138)的直接上游。
3.根据权利要求1所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)相对于所述至少一个凹部(138)而如此定位，使得供给至所述入口(132)的所述冷却流体流(C)在所述至少一个凹部(138)处不被非稳定流(144、146)扰乱。
4.根据权利要求3所述的发动机构件(120)，其中，所述至少一个凹部(138)具有中心线，并且，所述冷却流体流(C)沿着所述中心线流动。
5.根据权利要求1所述的发动机构件(120)，其中，凹部(138)和入口(132)的分组布置成预定的图案。
6.根据权利要求5所述的发动机构件(120)，其中，所述预定的图案是排(140、142)。
7.根据权利要求6所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的凹部(138)布置成多排(140、142)，所述多排(140、142)之一是成对的凹部(138)和入口(132)。
8.根据权利要求5所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的所述入口(132)位于所述成对的凹部(138)的直接上游。
9.根据权利要求5所述的发动机构件(120)，其中，所述入口(132)相对于所述成对的凹部(138)而定位，从而供给至所述入口的所述冷却流体流(C)在所述至少一个凹部(138)处不被非稳定流(144、146)扰乱。
10.根据权利要求9所述的发动机构件(120)，其中，所述分组的所述凹部(138)具有中心线，并且，来自所述成对的入口(132)的所述冷却流体流(C)沿着所述中心线流动。
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