CN107762565A - 具有孔的用于涡轮发动机的构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有孔的用于涡轮发动机的构件。具体而言，一种用于涡轮发动机(10)的发动机构件(90)(诸如翼型件)，具有在发动机构件(90)的外壁(100)内的孔，其可为膜孔，其中冷却空气(C)从内腔(124)穿过孔(88)移动至发动机构件(90)的外表面(120)，从而提供发动机构件的外表面(120)上的冷却膜。

Description

具有孔的用于涡轮发动机的构件
技术领域
涡轮发动机，且特别是燃气或燃烧涡轮发动机，是从经过发动机到多个旋转涡轮叶片上的燃烧气流获得能量的旋转发动机。
背景技术
发动机效率随燃烧气体温度而提高。然而，燃烧气体沿其流路加热各种构件，这继而需要其冷却来实现长发动机寿命。通常，热气体通路构件通过来自压缩机的放出空气来冷却。该冷却过程降低发动机效率，因为放出空气未用于燃烧过程。
涡轮发动机冷却技术是成熟的，且包括针对各种热气体通路构件中的冷却回路和特征的各种方面的许多专利。例如，燃烧器包括径向外衬套和内衬套，其在操作期间需要冷却。涡轮喷嘴包括支撑在外带部(band)和内带部之间的中空导叶，其也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的，且通常包括其中的冷却回路，其中叶片由涡轮护罩包绕，这也需要冷却。热燃烧气体经穿过排气口排放，排气口也可有衬垫且适当地冷却。
在所有这些示例性涡轮发动机构件中，高强度超级合金金属的薄金属壁通常用于增强的耐用性，同时最小化其对冷却的需要。各种冷却回路和特征针对发动机中的其对应环境中的这些独立构件定制。此外，所有这些构件通常包括共同的膜冷却孔排。
典型的膜冷却孔是穿过加热的壁成浅角倾斜的圆柱形开孔，以用于沿壁的外表面排放冷却空气膜，以在操作期间相对于来自热燃烧气体的流提供热绝缘。膜在壁外表面上成浅角排放来最小化非期望的吹掉(blow-off)的可能性，吹掉将导致流分离和膜冷却有效性的损失。
发明内容
一方面，本公开内容涉及一种用于涡轮发动机的构件，其包括：使冷却空气流与热空气流分离的具有面对冷却空气流的第一表面和面对热空气流的第二表面的壁；延伸穿过壁且具有位于第一表面中的入口和位于第二表面中的出口的至少一个膜孔，其中入口和出口中的一者具有非闭塞部分；以及位于孔内且至少部分地限定非闭塞部分的边界的多孔材料。
另一方面，本公开内容涉及一种控制从具有发动机构件的冷却的表面上的入口和发动机构件的加热的表面上的出口的孔发出的冷却空气流的空气动量分布的方法，该方法包括：将冷却空气流引入孔的入口，且将引入的冷却空气流发出穿过由位于出口的子部分中的多孔材料限定的孔的部分闭塞的部分，以改变经过多孔材料的发出的冷却空气流的动量分布。
附图说明
在附图中：
图1为用于飞行器的涡轮发动机的示意性截面图。
图2为图1的涡轮发动机的翼型件的透视图。
图3为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第一实施例的截面视图。
图4为来自图3的孔的发出的冷却空气的动量分布的截面视图。
图5为图3的孔的平面视图。
图6为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第二实施例的截面视图。
图7为图6的孔的平面视图。
图8为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第三实施例的截面视图。
图9为图8的孔的平面视图。
图10为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第四实施例的截面视图。
图11为图10的孔的平面视图。
图12为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第五实施例的截面视图。
图13为图11的孔的平面视图。
图14为来自图1的发动机的发动机构件的孔的第六实施例的顶视图。
图15为图14的孔的平面视图。
图16为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第七实施例的截面视图。
图17为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第八实施例的截面视图。
图18为图16和17的孔的顶视图。
图19为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第九实施例的截面视图。
图20为穿过来自图1的发动机的发动机构件的孔的第十实施例的截面视图。
图21为图19和20的孔的顶视图。
具体实施方式
本发明的描述的实施例针对发动机构件(诸如翼型件)中的孔(诸如膜孔)的形成。本文描述的不同实施例针对形成孔，其中孔的至少一部分限定由多孔材料形成的部分闭塞的部分。为了说明的目的，将关于用于飞行器涡轮发动机的涡轮来描述本发明。然而，将理解的是，本发明并未如此受限，且可在发动机(包括压缩机)内、以及非飞行器应用(诸如，其他移动应用和非移动的工业、商业和住宅应用)中具有大体适用性。
此外，如本文使用的用语"径向"或"径向地"是指发动机的中心纵向轴线和发动机外圆周之间延伸的大小。
所有方向参照(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、后方等)仅用于标识目的，以有助于读者理解本发明，且不产生特别是关于本发明的位置、定向、或使用的限制。连接参照(例如，附接、联接、连接和连结)将宽泛地解释，且可包括一批元件之间的中间部件，以及元件之间的相对移动，除非另外指出。因此，连接参照不一定是指两个元件直接地连接，且与彼此成固定关系。示例性附图仅为了说明的目的，且与其附接的附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
图1为用于飞行器的涡轮发动机10的示意性截面图。发动机10具有从前方14向后方16延伸的大体上纵向地延伸的轴线或中心线12。发动机10成下游串流关系包括：包括风扇20的风扇区段18、包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22、包括燃烧器30的燃烧区段28、包括HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32、以及排气区段38。
风扇区段18包括包绕风扇20的风扇壳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和HP涡轮34形成发动机10的核心44，其生成燃烧气体。核心44由核心壳46包绕，核心壳46可与风扇壳40联接。
围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或转轴48将HP涡轮34传动地连接到HP压缩机26上。围绕发动机10的中心线12同轴地设置在较大直径环形HP转轴48内的LP轴或转轴50将LP涡轮36传动地连接到LP压缩机24和风扇20上。
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56、58相对于对应组的静止压缩机导叶60、62(也称为喷嘴)旋转，以压缩或加压经过该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可设成环，且可相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸至叶片末梢，同时对应的静止压缩机导叶60、62定位在旋转叶片56、58上游且在其附近。值得注意的是，图1中所示的叶片、导叶和压缩机级的数目仅为了示范性目的而选择，且其他数目是可能的。
压缩机级的叶片56、58可安装到盘59上，盘59安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一者上，其中各个级具有其自身的盘59、61。压缩机的级的导叶60、62可成周向布置安装到核心壳46上。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中一组涡轮叶片68、70相对于对应组的静止涡轮导叶72、74(也称为喷嘴)旋转，以从经过该级的流体流获得能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮导叶72、74可设成环，且可相对于中心线12径向地向外延伸，同时对应的旋转叶片68、70定位在静止涡轮导叶72、74下游且在其附近，且还可相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸至叶片末梢。值得注意的是，图1中所示的叶片、导叶和涡轮级的数目仅为了示范性目的而选择，且其他数目是可能的。
涡轮级的叶片68、70可安装到盘71上，盘71安装到HP转轴48和LP转轴50中的对应一者上，其中各个级具有其自身的盘71、73。压缩机级的导叶72、74可成周向布置安装到核心壳46上。
安装到转轴48、50中的任一者或两者上且与其一起旋转的发动机10的部分也独立或共同地称为转子53。包括安装到核心壳46上的部分的发动机10的静止部分也独立或共同地称为定子63。
在操作中，离开风扇区段18的空气流分流，使得空气流的一部分导送到LP压缩机24中，其然后将加压环境空气76供应至进一步加压环境空气的HP压缩机26。来自HP压缩机26的加压空气76在燃烧器30中与燃料混合且点燃，从而生成燃烧气体。一些功由HP涡轮34从这些气体获得，其驱动HP压缩机26。燃烧气体排放到LP涡轮36中，其获得额外功来驱动LP压缩机24，且排气最终经由排气区段38从发动机10排放。LP涡轮36的驱动会驱动LP转轴50旋转风扇20和LP压缩机24。
空气流78的其余部分绕过LP压缩机24和发动机核心44，且穿过静止导叶排(且更具体是风扇排气侧84处的出口导叶组件80，其包括多个翼型件导向导叶82)离开发动机10。更具体而言，径向地延伸的翼型件导向导叶82的周向排在风扇区段18附近用于施加空气流78的一些方向控制。
由风扇20供应的环境空气中的一些可绕过发动机核心44，且用于发动机10的部分(尤其是热部分)的冷却，且/或用于对飞行器的其他方面冷却或供能。在涡轮发动机的语境下，发动机的热部分通常是燃烧器30和燃烧器40下游的构件(尤其是涡轮区段32)，其中HP涡轮34为最热部分，因为其直接在燃烧区段28下游。其他冷却流体源可为但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。该流体可为放出空气77，其可包括从LP压缩机24或HP压缩机26吸取的空气(其绕过燃烧器30作为用于涡轮区段32的冷却源)。这是普通发动机构造，不意在为限制性的。
图2为示为翼型件90、平台92和燕尾部94的发动机构件(可为如图1中所示的旋转叶片68)的示例的透视图。备选地，可构想出的是，翼型件90可为静止导叶。翼型件90包括末梢96和根部98，从而在其间限定翼展方向。此外，翼型件90包括壁100。中空内部102由壁100限定。压力侧104和吸力侧106由壁100的翼型形状限定。翼型件90还包括限定翼弦方向的前缘108和后缘110。
翼型件90在根部98处安装到平台92上。如图所示的平台92仅为一个区段，且可为用于安装多个翼型件90的环形带部。翼型件90可紧固(诸如，焊接或机械紧固)到平台92上，或可与平台92整体结合。
燕尾部94相对于翼型件90而联接到平台92上，且可构造成安装到例如发动机10(图1)的盘71或转子51上。燕尾部94可包括具有设置在根部98处的出口114的一个或多个入口通道112。应当认识到的是，燕尾部94以截面示出，使得入口通道112收纳在燕尾部94的本体内。在一个非限制性示例中，入口通道112可将冷却流体流C提供至翼型件90的内部102，以用于冷却翼型件90。应当理解的是，尽管本文的描述涉及翼型件，但其可在需要冷却(诸如膜冷却)的其他发动机构件中具有同样适用性。此发动机构件可包括但不限于护罩、叶片、导叶或燃烧衬套。
应当理解的是，翼型件90是发动机10的多个发动机构件中的一者的示例。发动机10的发动机构件中的一者或多者包括膜冷却的基底或壁，其中可提供本文进一步公开的实施例的膜冷却孔或孔。具有壁的发动机构件的一些非限制性示例可包括图1-2中描述的叶片68、70、导叶或喷嘴72、74、燃烧器偏转器75、燃烧器衬套79或护罩组件81。其中使用膜冷却的其他非限制性示例包括涡轮过渡导管和排气喷嘴。
图3为孔88的截面视图。在示例性实施例中，孔88位于图2的翼型件90的前缘108中，在该处，壁100使热空气流H与冷却空气流C分离。第一表面或加热的表面120面对热空气流H，且第二表面或冷却的表面122面对冷却空气流C。如本文关于图1和2论述的那样，在涡轮发动机的语境下，冷却空气流C可为由风扇20供应的绕过发动机核心44的压缩机空气或环境空气、来自LP压缩机24的空气、或来自HP压缩机26的空气。
加热的表面120可为翼型件90的外表面。在涡轮发动机的情况下，加热的表面120可暴露于具有1000℃到2000℃的范围中的温度的气体。用于壁100的适合材料可包括但不限于钢、耐热金属(诸如钛)、或基于镍、钴或铁的超级合金、以及陶瓷基质复合物。超级合金可包括等轴、定向凝固、和单晶的结构的那些。保护涂层可设在加热的表面120上，诸如但不限于热障涂层。热障涂层可由本领域中的各种已知方法施加，包括遮蔽或遮盖方法，以便不阻挡或塞住孔88。
孔88可延伸穿过壁100来提供翼型件90的加热的表面120和内腔124之间的流体连通。在操作期间，冷却空气流C供应至内腔124且发出穿过孔88，以产生加热的表面120上的冷却空气的薄层或膜，从而保护其免受热空气流H。尽管图3中示出了仅一个孔88，但应当理解的是，翼型件90可设有多个孔88，其可按任何期望的构造布置在翼型件90上。
值得注意的是，在本文论述的任何实施例中，尽管壁100示为大体上平坦，但应当理解的是，壁100对于许多发动机构件可为弯曲的。然而，壁100的曲率相比于孔88的尺寸可为微小的，且因此为了论述和说明的目的，壁100示为平坦的。不论壁100在孔88的局部是平坦的或弯曲的，第一表面120和第二表面122可如本文所示的那样平行于彼此，或可位于非平行的平面中。腔124不必为从其供应冷却空气流C的通道。腔124是示例，且应当理解的是，冷却空气流C可直接地供应至孔88，在该处，壁使冷却空气流C与热空气流H分开。
孔88可从设在冷却的表面122上的入口130穿过壁100延伸至设在加热的表面120上的出口132。孔88包括限定从入口130延伸至出口132的通道136的内表面134。内表面134限定通道136的上游侧126和下游侧128。通道136包括通道中心线138，在该处，通道中心线是线性的，且从入口130的截面区域的几何中心131延伸至出口132的截面区域的几何中心133。
限定由多孔材料142形成的部分闭塞的部分140的子部分139位于通道136中。多孔材料142可限定本体144，例如但不限于多孔材料的环带，其沿内表面134的至少一部分或沿内表面134的整个长度从入口130延伸至出口132。
多孔材料142可为任何材料，例如但不限于Ni、NiCrAlY或NiAl，其中孔隙率具有空隙或空空间与实心材料的比例。孔隙率确定一定体积的流体(诸如空气)流过多孔材料142的渗透率。材料的孔隙率可预定为允许经过多孔材料142的流体流的特定计量。对于孔的任何特定几何形状所需的计量的速率可使用具有结构化孔隙率或随机孔隙率或它们的任何组合的多孔材料来实现。
结构化多孔材料贯穿料材料包括确定的孔隙率，其可具有孔隙率的特定局部增大或减小，以计量经过结构化多孔材料的流体流。此局部孔隙率可在制造期间确定和控制。在一个非限制性示例中，增材制造可用于形成结构化多孔材料。备选地，多孔材料可具有随机孔隙率。随机孔隙率可适于具有作为多孔材料(其具有随机离散可变孔隙率)的区域内的平均孔隙率的孔隙率。在一个非限制性示例中，随机多孔材料可由镍泡沫制成。
多孔材料142可由例如但不限于增材制造来放置，其中多孔材料142与壁100整体结合形成。还可构想出的是，多孔材料142可包括位于孔88内的插入物143，其中插入物143当入口130和出口132具有小于孔的内部的直径时装固到内表面134上。插入物143还可当涂层放置在第一表面120和第二表面122上以将插入物143装固在孔88内时装固。将插入物装固到孔中的本文描述的示例仅为了示范性目的，且不意在为限制性的。
通道136还包括非闭塞部分150，其中部分闭塞的部分140外接非闭塞部分150，使得部分闭塞的部分140形成环带本体144。本体144的多孔材料142限定非闭塞部分150的边界152，其中边界152在入口130处、通道136内、以及出口132处包括非闭塞部分150的周边154。
本体轴线146可限定为例如但不限于多孔材料142的体积中心、质量中心或几何中心。本体轴线146和通道中心线138可如所示的那样重叠，或平行于彼此、不平行于彼此、发散、会聚、或关于彼此具有任何其他数目的关系。
冷却流体流C可经过孔88的非闭塞部分150作为沿通道中心线138的第一冷却流体流FC。孔88可沿下游方向倾斜穿过通道136，使得通道中心线138不正交于第一表面120和第二表面122，且因此冷却流体流C相对于出口132下游的第一表面120成锐角进入和离开孔。
冷却流体流C还可经过孔88的部分闭塞的部分140作为第二冷却流体流SC。多孔材料142将阻挡冷却流体流C，引起冷却流体流C改变动量分布，使得第二冷却流SC可具有比第一冷却流FC的显露速度小的显露速度。应当认识到，由第一冷却流体流FC和第二冷却流体流SC形成的动量分布160是三维的且很复杂。因此，可构想出的是，阻挡或减慢流SC是非限制性示例。还可构想出的是，第二冷却流SC的一些部分可具有大于第一冷却流FC的动量。
应当注意的是，本文将论述多种实施例，且相似的部分将保持相似的标号，且新引入的元件将给有论述该实施例时还未使用的独特标号值。应当理解的是，本文描述的各种方面的相似部分的描述适用于额外实施例，除非另外提到。
转到图4，第一冷却流体流FC和第二冷却流体流SC一起形成离开孔150的冷却空气的动量分布160。动量分布160形成可用于使热空气流H向外偏转的有效流控制结构。实质上，动量分布160可用于代表热空气流H接触且在上方或周围流动的表面或形状，如情况可能的那样。如图所示，动量分布使得热空气流H由第一冷却流体流FC和第二冷却流体流SC以连续图案向外偏转，其中第二冷却流体流SC首先偏转热空气流H，此后，第一空气流FC偏转热空气流H额外的时间。相比于冷却空气C从出口132以接近恒定的速度发出的情况，连续偏转引起热空气流H逐渐地转向，导致了空气流H和C的较少湍流交叉。
热空气流H也将与冷却流体流C混合，且还可构想出动量分布160是减小热空气流H和冷却流体流C混合的量的改型。混合在相互作用的三维边缘周围最大，尽管在二维图中未示出，但可位于热空气流H接触第一冷却流体流FC或第二冷却流体流SC的任何点处。尽管动量分布160用于偏转热空气流H，但其还形成热空气流H和冷却流体流C的混合发生的位置，但相对于没有动量分布160的情况处于较低程度。
多孔材料142的物理特性可选择成控制动量分布160的形状。例如，多孔材料的范围或厚度T可为恒定或可变的，以改变动量分布160。多孔材料填充入口130、通道136和出口132的程度可选择成控制动量分布160。还可控制孔隙率。尤其是在结构化多孔材料中，孔隙率也可为恒定或变化的。形成多孔材料中的孔隙率的通道还可控制成控制空气在何处和沿什么方向从多孔材料发出。控制影响移动穿过孔88的空气的速度和空气的量，因此影响动量分布160。
尽管动量分布160示为钟形分布，但可构想出其他分布形状。可制成更大角的分布，包括楔形。可构想出翼型分布。该分布可为连续或间断的。该分布还可为直线的或曲线的。如本文描述的那样，应当理解的是，该分布是三维的，且示例不意在是限制性的，而对于二维描述仅为了示范性目的。
图5示出了处于垂直于图3的截面的定向的出口的截面，其中出口132和由外接的多孔材料142形成的非闭塞部分150的周边154是同心的，其中出口132形成外圆164，且周边154形成内圆166。
备选地，如图6中可见，孔88可具有非线性通道中心线148，其限定为连接限定通道136的体积中心、质量中心等的一系列几何中心点168的线。非线性通道中心线148可具有曲线形式，其在非线性通道中心线148经过的入口130或出口132中的一者的局部区域中大致正交于第一表面120和第二表面122中的一者或两者。还可构想出的是，非线性通道中心线148成锐角接触入口和出口中的一者或两者。
本体轴线146可平行于通道中心线138或非线性通道中心线148，在该处，本体轴线146为曲线或线性形状中的一者。还可构想出的是，本体轴线146和非线性通道中心线148是非平行的。当在一点处垂直于本体轴线146以及在同一点处垂直于非线性通道中心线148截取的截面中观察时，多孔材料142可具有不同形状。还可构想出的是，当在一点处平行于本体轴线146以及在同一点处平行于非线性通道中心线148截取的截面中观察时，多孔材料142可具有不同形状。
非闭塞部分150在各个中心点168处可具有变化的宽度，以便取决于使用孔88的特定应用所需的形状而形成任何形状。
非闭塞部分150的周边154由部分闭塞的部分140限定。部分闭塞的部分140可包括宽度变化同时仍外接非闭塞部分150的区域。
内表面134中的至少一者(例如但不限于上游侧126)可具有平行于非线性通道中心线148的曲线形式。
还可构想出的是，孔88的非线性通道中心线148和线性通道中心线138两者可不沿热燃烧气流H的方向定向，使得冷却流体流C的矢量不同于热燃烧气流H的矢量。例如，孔88可具有出口132，其定向成具有限定冷却流矢量的复合角，该冷却流矢量不但在截面视图中、而且在看着加热的表面120的自顶向下的视图中不同于热燃烧气流矢量。
转到图7，示出了图6的第二实施例的孔88的出口132的示例。非闭塞部分150的周边154大致是椭圆形，且部分闭塞的部分140也大致是椭圆形，以形成同心的外椭圆165和内椭圆167。应当理解的是，在孔的任何截面处，部分闭塞的部分140和非闭塞部分150可改变限定非对称截面的宽度。还应当理解的是，图5和7中所示的出口132可用于图3和5中绘出的孔88中的任一者，且仅为了示范性目的且不意在为限制性的。
转到图8，在第三实施例中，孔88截面示为与图3中描述的第一实施例相反，其中在第一实施例中限定部分闭塞140的部分的子部分139现在第三实施例中限定非闭塞部分150。通道中心线138是线性的，且经过由多孔材料142形成的部分闭塞的部分140。多孔材料142限定本体144，其具有例如但不限于圆柱、梯形、锥体或分段锥体的形式，沿内表面134的至少一部分或沿内表面134的整个长度从入口130延伸至出口132。
通道136还包括非闭塞部分150，其沿内表面134的至少一部分或沿内表面134的整个长度从入口130延伸至出口132。部分闭塞的部分140的多孔材料142限定非闭塞部分150的边界152，其中边界152是非闭塞部分150的内边界156。
图9绘出例如但不限于第三实施例的出口132的截面。当在看着出口的截面中观察时，多孔材料142可具有沙漏形状，其中部分闭塞的部分140的一部分邻接内表面134，且非闭塞部分150的一部分也邻近内表面134。多孔材料142位于出口132的中部。因此，非闭塞部分位于出口132的上游侧和下游侧两者处。
应当理解的是，图5、7和9中绘出的出口截面仅为了示范性目的，且不意在为限制性的。例如，可构想出的是，图3中绘出的孔88可具有匹配图7、或图5、7或9的组合的描述的出口132。
图10示出了关于部分闭塞的部分140的放置的具有类似于第三实施例的几何形状的孔88的第四实施例。部分闭塞的部分140是多孔材料142的核心本体144，其中至少一个肋部170形成为从内表面134延伸至部分闭塞的部分140的多孔材料142。该至少一个肋部170可从上游侧126、下游侧128、上游侧126或下游侧128两者都不、或上游侧126和下游侧128两者延伸。该至少一个肋部170可由多孔材料142、或由非多孔材料(例如但不限于钢)形成。
图11绘出了图10的第四实施例中描述的孔88的出口截面。图示以与图10的截面垂直的定向示出了出口132的截面，其中由位于中心的多孔材料142形成的非闭塞部分150的内表面134和内边界156在彼此内同心，其中内表面134形成外椭圆165，且内边界156形成内椭圆167。该至少一个肋部170可从内表面134延伸至多孔材料142，从而向部分闭塞的部分140提供支撑。
可构想出的是，第一冷却流体流FC和第二冷却流体流SC形成动量分布160，其中第二冷却流体流SC中的减慢的冷却流体在关于出口132位于中心的区域172处从出口132发出。第一冷却流体流FC从包绕位于中心的区域172的区域174发出。
图12为示为与如图7中描述的孔88的第二实施例相反的孔88截面的第五实施例。可构想出的是，闭塞部分由结构地类似于图9中论述的第四实施例的至少一个肋部170支撑。
图13构想出第五实施例的出口132的截面，其中出口132可具有类似于图7中论述的出口132的形式和类似于图11中论述的出口132的功能。
尽管本文描述的实施例包括具有发散几何形状的截面，但图14示出了孔88的第六实施例中的会聚几何形状，其中出口132可具有小于入口130的有效直径。
还可构想出的是，多孔材料142可位于出口132的下游侧上，在该处，多孔材料142邻接内表面134的至少一部分，其中该部分位于出口132的上游侧126上。部分闭塞的部分140可变化宽度，且可沿内表面134的上游侧126的至少一部分或整个上游侧126形成。部分闭塞的部分140可包括形成在孔88的上游侧126上的接头部分180，其中当在截面中观察时，接头部分180包括限定非闭塞部分150的内边界157的曲线边界。
还可构想出的是，孔88可具有多孔材料142，其具有曲线形式的本体轴线146、以及直线形式的通道中心线138。
图15为第六实施例的出口132截面的一个示例的图示。出口132可具有椭圆形状，其中部分闭塞的部分140由多孔材料142形成，多孔材料142在出口132的下游侧上在出口132处具有圆形截面形状。尽管示为圆形截面，但应当理解的是，部分闭塞的部分140可具有任何形状的截面，以便形成至少部分地延伸到通道136中的本体144。还应当理解的是，尽管绘出在上游侧126上，但可构想出的是，部分闭塞的部分140位于下游侧128上。
转到图16，构想出了具有发散截面的孔88的第七实施例。接头部分180由多孔材料142形成，且包括从入口130处的多孔材料142的几何中心183延伸至出口132处的多孔材料142的几何中心185的本体轴线146。本体轴线146和通道中心线138是非平行的，使得多孔材料142可例如但不限于以锥形本体144形成。垂直于孔88的本体轴线146截取的多孔材料142的截面和垂直于通道中心线138截取的截面将具有不同形状。非闭塞部分150可限定整个入口130，而在入口130处不具有多孔材料142，同时部分闭塞的部分140限定出口132的至少三分之一。
图17中所示的第八实施例具有与第七实施例类似的几何形状和功能。在第八实施例中还构想出的是，罩186可形成为部分闭塞的部分140的一部分或与其分离且联接到其上。罩186可由多孔材料142或非多孔材料形成，或可为具有不同孔隙率的两种不同多孔材料。如图16中所示，罩可具有线性边缘或曲线边缘。
转到图18，示出了扩散体出口162。扩散体出口162可用于例如但不限于第七实施例和第八实施例中的一者。示出了用于放置多孔材料142、非多孔材料、或多孔和非多孔材料的组合的示例的三个区段190、192、194。部分闭塞的部分140可以以例如但不限于如第一区段190中所示的新月形状196而终止于扩散体出口162处。还可构想出的是，在第二区段中，部分闭塞的部分140可由具有限定非闭塞部分150的边界152的线性边缘198的多孔材料142形成。最后，罩186可具有任何数目的边缘，例如但不限于如由虚线所示的第三区段190中所示的凸出弯曲边缘200。应当理解的是，多孔材料142可作为一个连续件形成部分闭塞的部分140的整体(包括罩186)。
图19中所示的第九实施例具有孔88，其具有几何形状地类似于本文论述的第七实施例的发散截面，其中至少一个肋部170的添加的结构构件从多孔材料142延伸至孔88的内表面134的下游侧128。
图20中构想出了第十实施例，其具有发散截面，其中多孔材料142在孔88的内表面134的上游侧126和下游侧128两者上。还可构想出的是，至少一个肋部170从内表面134的上游侧126上的多孔材料142延伸至内表面134的下游侧128上的多孔材料142。
图21为另一个扩散体出口162截面，其绘出了内表面134的上游侧126上的多孔材料142，且如第十实施例中的那样，也在如虚线所示的内表面134的下游侧128上。该至少一个肋部170从多孔材料142延伸，且可改变宽度、长度和孔88内的放置。
一种控制从孔88发出且从发动机构件的冷却的表面122上的入口130经过至发动机构件的加热的表面120上的出口114的冷却空气流C的动量分布160的方法包括，将冷却空气流C引入孔88的入口130。然后，将引入的冷却空气流C发出穿过由位于出口114的子部分139中的多孔材料142限定的孔88的部分闭塞的部分140来减慢发出的冷却空气C流。
该方法还包括，使冷却空气C经过部分闭塞的部分140和非闭塞部分150。部分闭塞的部分140可外接非闭塞部分150，以形成多孔材料142的环带，或非闭塞部分可外接部分闭塞的部分，以形成多孔材料142的核心。
该方法还包括发出冷却空气C穿过位于出口132的上游侧126或下游侧128上的子部分139。出口132可为具有发散截面区域的孔88。
最后，该方法可包括，通过部分闭塞的部分140的孔隙率和位置中的至少一者来控制从出口114发出的以冷却空气C的形式的流体的空气动量分布160。如本文描述的那样，多孔材料142的孔隙率可为结构化或随机构成中的一者，且位置可为本文描述的多个可能性中的一者，例如但不限于孔88的子部分139内的多孔材料142的环带本体144和多孔材料142的核心本体144。
应当理解的是，还构想出本文描述的实施例的部分的任何组合，且实施例仅为了示范性目的且不意在为限制性的。
用于形成如本文描述的孔的方法包括但不限于增材制造、经由电极加工、3-D打印、SLA(立体平板印刷)、经由激光加工、涂布、或通过铸造。
本文描述的孔的实施例可适用于直的或弯曲的孔、任何成形、离轴几何形状、离心几何形状、会聚、发散、会聚-发散等。如本文描述的多孔材料的放置的描述可用于多孔区域的任何结构几何形状，以及孔的各种内部部分上的不同结构。
本文描述的孔包括由结构化多孔材料或由随机多孔材料形成的孔的周边或内部的一部分。多孔材料用于减轻孔内、以及入口处生成的有害的湍流，其否则会增加热气体的混合度且降低膜有效性。
与本文描述的实施例相关联的额外益处包括HP涡轮和燃烧器的较高冷却效率。热气体通路(HGP)构件的更有效膜冷却导致比燃料消耗的节省。本文描述的多孔材料的几何形状和位置允许制造变化和省略，带来了较长寿命，较少非预期的发动机移除。适用于使用膜冷却的构件的所有发动机类型，包括航空、推进和陆基发电涡轮。
应当认识到的是，公开的设计的应用不限于具有风扇和增压器区段的涡轮发动机，而是也可适用于涡轮喷气和涡轮增压发动机。
其意在以下构想可限定本公开内容的范围的至少一部分，且从而覆盖这些构想及其等同方案的范围内的设备和/或方法。本公开内容应当理解为包括本文描述的元件的所有新颖和非显著的组合，且构想可以以这些元件的任何新颖和非明显的组合在该申请或之后的申请中提出。任何实施例的任何方面可为任何其他实施例的组合的任何方面。此外，前述实施例是示范性的，且没有单个特征或元件对于可包括在该申请或之后的申请中的所有可能组合是实质性的。例如，出自本公开内容的其他发明可包括以项目符号形式阐述的以下构想的任何组合：
●一种用于涡轮发动机的构件，包括：使冷却空气流与热空气流分离的具有面对冷却空气流的第一表面和面对热空气流的第二表面的壁；延伸穿过壁且具有位于第一表面中的入口和位于第二表面中的出口的至少一个膜孔，其中入口和出口中的一者具有非闭塞部分；以及位于孔内且至少部分地限定非闭塞部分的边界的多孔材料；以及以下的任何：
○入口和出口具有非闭塞部分，且多孔材料至少部分地限定两个非闭塞部分的边界
○多孔材料的第二部分与限定孔的内表面间隔开
○多孔材料：
■是多孔材料的环带
■是多孔材料的核心
■具有邻接内表面的至少一部分的至少第一部分
■和非闭塞部分包括同心圆或椭圆截面中的至少一者
■和非闭塞部分是同心的
■形成闭塞部分
■限定非闭塞部分的至少部分的环带
■从入口至出口延伸穿过孔
■包括环带、圆柱、梯形或分段锥体中的至少一者
■邻接限定孔的内表面
■包括圆柱、梯形或分段锥体
■是分段锥体
■与限定孔的内表面间隔开
■从入口至出口延伸穿过孔
■包括环带、圆柱、梯形或分段锥体中的至少一者
■邻接限定孔的内表面
■与限定孔的内表面间隔开
■位于出口的上游侧或下游侧中的一者上的膜孔内
■在冷却空气流的上游侧处位于入口中
■在热空气流的下游侧处位于出口中
■在热空气流的上游侧处位于出口中
■在出口的中部位于出口中
■包括位于孔内的插入物
●插入物装固到形成孔的内表面上
■与壁整体结合形成
■是随机多孔的
■是结构化多孔的
○边界是
■多孔材料的周边
■是多孔材料的内边界
■内边界
■周边
○至少一个肋部从内表面延伸至多孔材料
■肋部包括非多孔材料
■肋部从多孔材料延伸至壁
■肋部从出口的上游侧延伸至下游侧
○孔包括连接入口和出口的通道，其中通道具有从入口延伸至出口的非闭塞通道部分，且多孔材料形成非闭塞通道部分的边界
■通道包括通道中心线，且多孔材料包括本体轴线
■通道中心线和本体轴线是非平行的
●本体轴线是曲线，且通道中心线是直线
■垂直于通道中心线的通道截面按形状不同于在孔中的相同位置处垂直于本体轴线的多孔材料截面
●多孔材料是多孔材料的环带
●多孔材料是多孔材料的核心
■平行于通道中心线的通道截面按形状不同于截面在平行平面中时平行于本体轴线的多孔材料截面
●多孔材料是多孔材料的环带
●多孔材料是多孔材料的核心
○壁和多孔材料由增材制造制成
○出口是扩散体形状
○非闭塞部分具有多孔材料的体积的至少三分之一的体积
●一种控制从具有发动机构件的冷却的表面上的入口和发动机构件的加热的表面上的出口的孔发出的冷却空气流的动量分布的方法，该方法包括将冷却空气流引入孔的入口，且将引入的冷却空气流发出穿过由位于出口的子部分中的多孔材料限定的孔的部分闭塞的部分来改变经过多孔材料的发出的冷却空气流的动量分布
○多孔材料是
■多孔材料的环带
■位于出口的下游侧或上游侧上
■多孔材料的核心
●限定非闭塞部分的至少部分的环带
○控制动量分布包括：
■将引入的冷却空气流发出穿过孔的非闭塞部分和孔的部分闭塞的第一部分
■发出冷却空气穿过具有结构化孔隙率的多孔材料
■发出冷却空气穿过位于出口的上游侧上的子部分
■发出冷却空气穿过位于出口的下游侧上的子部分
■发出冷却空气穿过具有发散截面区域的孔
■发出冷却空气流穿过在出口处具有恒定或变化厚度中的至少一者的多孔材料的环带
■使冷却空气经过部分闭塞的部分和非闭塞部分
■使冷却空气经过非闭塞部分和多孔材料的第一部分
■使冷却空气经过与限定孔的内表面间隔开的多孔材料的第二部分
○由部分闭塞的部分的孔隙率和位置中的至少一者控制从出口发出的流体的动量分布
○使冷却空气经过，包括使冷却空气经过：
■外接非闭塞部分的部分闭塞的部分
■外接部分闭塞的部分的非闭塞部分。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制成和使用任何装置或系统，以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机(10)的构件(90)，包括：
使冷却空气流(C)与热空气流(H)分离的壁(100)，其具有面对所述冷却空气流(C)的第一表面(120)和面对所述热空气流(H)的第二表面(122)；
至少一个孔(88)，其延伸穿过所述壁(100)且具有位于所述第一表面(120)中的入口(130)和位于所述第二表面(122)中的出口(114)，其中所述入口(130)和所述出口(114)中的一者具有非闭塞部分(150)；以及
多孔材料(142)，其位于所述孔(88)内且至少部分地限定所述非闭塞部分(150)的边界(152)。
2.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述入口(130)和所述出口(114)两者具有非闭塞部分(150)，且所述多孔材料(142)至少部分地限定两个所述非闭塞部分(150)的边界(152)。
3.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述多孔材料(142)包括环带、圆柱、梯形或分段锥体中的至少一者的本体(144)。
4.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述多孔材料(142)从所述入口(130)至所述出口(114)延伸穿过所述孔。
5.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述边界(152)是所述多孔材料(142)的周边(154)。
6.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述边界(152)是所述多孔材料(142)的内边界(156)。
7.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述多孔材料(142)与限定所述孔(88)的内表面(134)间隔开。
8.根据权利要求8所述的构件(90)，其特征在于，所述构件(90)还包括从所述内表面(134)延伸至所述多孔材料(142)的至少一个肋部(170)。
9.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述孔(88)包括连接所述入口(130)和所述出口(114)的通道(136)，其中所述通道(136)具有从所述入口(130)延伸至所述出口(114)的非闭塞通道部分(150)，且所述多孔材料(142)形成所述非闭塞通道部分(150)的边界(152)。
10.根据权利要求1所述的构件(90)，其特征在于，所述多孔材料(142)是随机或结构化多孔的。
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