CN111441829B - 具有冷却孔的涡轮发动机的部件 - Google Patents

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Abstract

一种涉及涡轮发动机的部件的冷却孔的设备和方法。该部件可包括：壁，该壁将热气体流体流与冷却流体流隔开，并具有受热表面和冷却表面，热气体流体流沿着该受热表面流动，冷却表面面向该冷却流体流；以及至少一个冷却孔，该至少一个冷却孔包括在该冷却表面处的至少一个入口，在该受热表面处的至少一个出口，该出口具有修改的出口形状。

Description

具有冷却孔的涡轮发动机的部件
技术领域
本公开涉及一种用于产生热气体流体流的涡轮发动机的部件的方法和设备，并且更具体地涉及一种部件的壁内的冷却孔。
背景技术
涡轮发动机，特别是燃气或燃烧涡轮发动机，是从穿过发动机的燃烧气体流中提取能量到多个旋转涡轮叶片上的旋转式发动机。
发动机效率随着燃烧气体的温度而增加。然而，燃烧气体沿着其流动路径加热各种部件，这转而需要对其进行冷却以实现较长的发动机寿命。通常，通过从压缩机引出空气来冷却热气路径部件。该冷却过程降低了发动机效率，因为在燃烧过程中未使用该引出的空气。
涡轮发动机冷却技术是成熟的，并且被应用于冷却回路的各个方面以及各种热气路径部件中的特征。例如，燃烧器包括径向外衬和内衬，其在操作期间需要冷却。涡轮喷嘴包括支撑在外带和内带之间的中空轮叶，这也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的，并且通常在其中包括冷却回路，其中叶片被涡轮护罩围绕，这也需要冷却。热燃烧气体通过排气管排放，排气管也可是加衬的并适当地被冷却。
在所有这些示例性涡轮发动机部件中，高强度超合金金属的薄金属壁通常被用于增强耐久性，同时最小化对其冷却的需求。在发动机的相应环境中为这些个体部件量身定制了各种冷却回路和特征。这些部件通常包括通用的成排的膜冷却孔。
典型的膜冷却孔是圆筒形内孔，其用于沿着壁的外表面排放冷却空气膜，以在操作期间对来自热燃烧气体的流动提供隔热。可在冷却孔的部分上施加涂层，例如热障涂层，以防止损坏。涂层会导致不希望的流离开加热壁，而不沿着加热壁，这会导致流动分离并降低膜冷却有效性。涂层和冷却孔之间的几何关系会影响发动机效率和翼型件冷却。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种用于涡轮发动机的部件，该部件产生热气体流体流，并且提供冷却流体流，包括壁，该壁将热气体流体流与冷却流体流分离并具有受热表面和冷却表面，热气体流体流沿着该受热表面流动，冷却表面面向冷却流体流；至少一个冷却孔，该至少一个冷却孔包括在冷却表面处的至少一个入口，在受热表面处的至少一个出口，该出口具有增加的宽度的扩展区段，在扩展区段下游并具有恒定的宽度的恒定区段。
在又一方面，本公开涉及一种用于涡轮发动机的部件，该部件产生热气体流体流，并且提供冷却流体流，包括：将热气体流体流与冷却流体流分离并具有受热表面和冷却表面的壁，热气体流体流沿着该受热表面流动并且冷却表面面向冷却流体流；一组冷却孔，每个冷却孔包括在冷却表面处的至少一个入口，在受热表面处的至少一个出口，每个出口具有增加的宽度的扩展区段，在扩展区段下游并具有恒定的宽度的恒定区段，以及在恒定区段下游并具有减小的宽度的收缩区段。
一种用于形成发动机部件的一组冷却孔的方法，该一组冷却孔包括在入口和出口之间延伸的至少一个冷却孔，该方法包括：形成一组冷却孔，使得入口位于第一表面上并且出口位于第二表面上；形成连接通道以将入口连接至出口；以及形成具有修改的出口形状的出口，该修改的出口形状包括具有增加的宽度的扩展区段和具有恒定的宽度并且位于扩展区段下游的恒定区段。
附图说明
在附图中：
图1是用于飞行器的涡轮发动机的横截面示意图。
图2是呈叶片形式且具有多组冷却孔的用于图1的涡轮发动机的翼型件的等距视图。
图3是位于平台上的多组冷却孔之一的放大图。
图4是根据本文公开的一方面的示出出口形状的来自图3的一组冷却孔的单个冷却孔的俯视立体图。
图5是图4的单个冷却孔的横截面视图。
图6是具有图5的出口形状的多个冷却孔的布置的俯视立体图。
图7是图4的单个冷却孔的变型的横截面视图。
图8是根据本文公开的另一方面的示出出口形状的单个冷却孔的俯视立体图。
图9是具有图8的出口形状的多个冷却孔的布置的俯视立体图。
具体实施方式
本文描述的本公开的方面针对在的发动机部件(例如翼型件)的壁中或在其上安装翼型件的平台中形成冷却孔。为了说明的目的，将关于叶片的平台部分来描述本文所讨论的公开的各方面。然而，将理解，本文所讨论的公开不限于此，并且可在包括压缩机的发动机内以及在非飞行器应用(例如，其他移动应用和非移动工业，商业以及住宅应用)中具有普遍适用性。
如本文所使用的，术语“前向”或“上游”指的是在朝向发动机入口的方向上移动，或与其他部件相比，部件相对更靠近发动机入口。与“前向”或“上游”结合使用的术语“后向”或“下游”指的是相对于发动机中心线朝向发动机后部或出口的方向，另外，如本文所使用的，术语“径向”或“径向地”指的是在发动机的中心纵向轴线和外发动机圆周之间延伸的尺度。此外，如本文所使用的，术语“组”或“一组”元件可是任何数量的元件，包括仅一个。
所有的方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、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、后向等)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于本公开的位置、方向或用途的限制。连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地诠释，并且除非另有指示，可包括元件集之间的中间元件，以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不必推断两个元件直接连接并且处于彼此固定关系。此外，应当理解，如本文所用，术语横截面是指与中心线和孔中的总体冷却剂流动方向正交的截面。示例性附图仅用于说明的目的，并且所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可变化。
参照图1，发动机10具有大体上纵向延伸的轴线或中心线12，该轴线或中心线12从前部14向后部16延伸。发动机10以下游串行流动关系包括包括风扇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包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括绕中心线12径向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，其产生燃烧气体。核心44被核心壳体46包围，该核心壳体46可与风扇壳体40联接。
同轴地绕发动机10的中心线12设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34驱动地连接到HP压缩机26。在较大直径环形HP线轴48内同轴地绕发动机10的中心线12设置的LP轴或线轴50，将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24和风扇20。线轴48、50可绕发动机中心线旋转，并联接至多个可旋转的元件，这些元件可共同限定转子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56、58相对于相应的一组静态压缩机轮叶60、62(也称为喷嘴)旋转以压缩或加压通过该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，可将多个压缩机叶片56、58成环地设置，并且可相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而相应的静态压缩机轮叶60、62位于旋转叶片56、58的上游并与其相邻。值得注意的是，选择图1中所示的叶片，轮叶和压缩机级的数量仅出于说明目的，并且其他数量也是可能的。
用于压缩机级的叶片56、58安装到盘61，该盘61安装到HP和LP线轴48、50中的相应的一个，每个级具有其自己的盘61。用于压缩机级的轮叶60、62以周向布置安装到核心壳体46。
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相对于相应的一组静态涡轮轮叶72、74(也称为喷嘴)旋转以从通过该级的流体流中提取能量。在单个涡轮级64、66中，可将多个涡轮叶片68、70成环地设置，并且可相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而相应的静态涡轮轮叶72、74位于旋转叶片68、70的上游并与其相邻。值得注意的是，选择图1中所示的叶片，轮叶和压缩机级的数量仅出于说明目的，并且其他数量也是可能的。
用于涡轮级的叶片68、70可安装到盘71，该盘71安装到HP和LP线轴48、50中的相应的一个，每个级具有专用的盘71。用于压缩机级的轮叶72、74可周向布置安装到核心壳体46。
作为转子部分的补充，发动机10的静止部分，例如压缩机和涡轮区段22、32中的静态轮叶60、62、72、74，也单独或统称为定子63。这样，定子63可指代整个发动机10中的非旋转元件的组合。
在操作中，离开风扇区段18的空气流分开，使得一部分空气流被引导至LP压缩机24中，然后向HP压缩机26供应压缩空气76，从而进一步压缩空气。来自HP压缩机26的压缩空气76在燃烧器30中与燃料混合，燃料在燃烧器30中燃烧，从而产生燃烧气体。HP涡轮34从这些气体中提取一些功，这驱动了HP压缩机26。HP涡轮34将燃烧气体排放到LP涡轮36中，LP涡轮36提取了额外的功以驱动LP压缩机24，并且排气最终经由排气区段38从发动机10排放。LP涡轮36的驱动驱动LP线轴50以旋转风扇20和LP压缩机24。
压缩空气流76的一部分可作为引气77从压缩机区段22抽出。引气77可从压缩空气流76抽出，并提供给需要冷却的发动机部件。进入燃烧器30的压缩空气流76的温度显著升高。这样，引气77提供的冷却对于在升高的温度环境中操作这种发动机部件是必要的。
空气流78的剩余部分绕过LP压缩机24和发动机核心44，并在风扇排气侧84通过静止轮叶排(更具体地说是包括多个翼型导向轮叶82的出口导向轮叶组件80)离开发动机10。更具体地说，在风扇区段18附近利用径向延伸的翼型导向轮叶82的周向排，以对空气流78进行一些方向控制。
由风扇20供应的一些空气可绕过发动机核心44，并用于冷却发动机10的部分，尤其是热的部分，和/或用于冷却飞行器的其他方面或为飞行器的其他方面提供动力。在涡轮发动机的情况下，发动机的热的部分通常在燃烧器30的下游，特别是涡轮区段32，其中HP涡轮34是最热的部分，因为它直接在燃烧区段28的下游。冷却流体的其他来源可以是但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。
图2是示出为翼型件90，平台92和榫头94的发动机部件的示例的立体图，其可是旋转叶片68，如图1所示。可选地，可设想翼型件90可是静止轮叶，例如图1的轮叶72，然而可设想任何合适的发动机部件。翼型件90包括尖端96和根部98，在其之间限定展向方向。另外，翼型件90包括外壁100。压力侧104和吸力侧106由外壁100的翼型形状限定。翼型件90进一步包括限定弦向方向的前缘108和后缘110。
翼型件90在根部98处安装到平台92。平台92以截面示出，但是可形成为用于安装多个翼型件90的环形带。翼型件90可固定到平台92，作为非限制性示例，例如焊接或机械紧固，或者可与平台92成为一体。平台壁102限定平台92。
如图所示，可在包括外壁100或平台壁102的部件的任何壁中形成一组冷却孔112。一组冷却孔112可指单个冷却孔或多个冷却孔。作为非限制性示例，一组冷却孔112可位于前缘108，后缘110附近，以及位于翼型件90的压力侧104上的平台92中。应当理解一组冷却孔112的位置仅用于说明目的，并不意味着是限制性的。
榫头94联接至平台92，与翼型件90相对，并且可构造成例如安装至盘71或发动机10(图1)的转子51。在一个替代示例中，平台92可形成为榫头94的一部分。榫头94可包括一个或多个入口通道114，示出为三个入口通道114。可设想，入口通道114流体地联接至一组冷却孔112以提供用于冷却平台92的冷却流体流(C)。在另一个非限制性示例中，入口通道114可将冷却流体流(C)提供到翼型件90的内部用于冷却翼型件90。应当理解，榫头94以横截面示出，使得入口通道114容纳在榫头94的主体内。
应该理解，尽管本文的描述涉及翼型件，但是其可在需要经由诸如膜冷却的冷却孔进行冷却的其他发动机部件中具有相同的适用性。发动机10的一个或多个发动机部件包括膜冷却的基底或壁，在其中可提供本文进一步公开的膜冷却孔或孔。具有壁的发动机部件的一些非限制性示例可包括叶片，轮叶或喷嘴，燃烧器导流板，燃烧器衬里或护罩组件。使用膜冷却的其他非限制性示例包括涡轮过渡管道和排气喷嘴。
图3是取自位于平台壁102中的一组冷却孔112的图2的放大部分III。尽管可设想任何数量的冷却孔112，但是仅出于说明性目的示出了十三个冷却孔112，并不意味着是限制性的。每个冷却孔终止于沿着平台壁102的受热表面122的出口120。在操作期间，受热表面122面对热气体流体流(H)。
出口120在受热表面122处具有修改的形状124。修改的形状124可包括多个区段，作为非限制性示例，扩展区段126，恒定区段128和收缩区段130。
图4是表示来自图3的多个冷却孔中的任何一个的至少一个冷却孔112的放大俯视图。至少一个冷却孔112可包括在入口134和出口120之间延伸的连接通道132，以限定从入口134到出口120的下游流动方向。入口134可流体地联接至冷却流体(C)的任何源，包括但不限于内部冷却回路和/或冷却导管。连接通道132可至少部分地限定冷却流体(C)可流过的至少一个冷却孔112。入口134可限定直径(D)。应当理解，如果入口的横截面面积为非圆形，则直径(D)为具有与该非圆形相同面积的圆形横截面面积的直径。
连接通道132可进一步包括具有圆形横截面的计量区段136，尽管它可具有任何横截面形状。计量区段136可设置在入口134处或入口134附近，并且在保持恒定的横截面面积(CA)的同时沿着连接通道132延伸。计量区段136限定了连接通道132的最小或最低横截面面积(CA)。进一步设想，计量区段136限定了入口134，而根本没有延伸到连接通道132中。还可设想，计量区段136没有长度，并且是连接通道132内横截面面积(CA)最小的任何其他位置。计量区段136可延伸计量长度(Lm)，其在直径的0到1倍之间。在本文公开的一方面中，计量区段136具有0.5D的计量长度(Lm)。计量区段136用于计量冷却流体流(C)的质量流速。
在本文公开的另一方面，连接通道132可限定增加的横截面面积(CA2)，其中，增加的横截面面积(CA2)的至少一部分限定具有通道的最大横截面面积的扩散区段138。在一些实施方式中，横截面面积(CA2)如图所示连续增加。在又一实施方式中，横截面面积(CA2)可沿着连接通道132的范围变化以限定多个计量和扩散区段。连接通道132可由侧壁139限定，侧壁139从计量区段136朝出口120以5至10度的侧角α延伸，以进一步限定扩散区段。在本文公开的一方面中，侧角α为7度。
出口120相对于热气体流体流(H)在上游端140和下游端142之间延伸。扩散区段138可终止于出口120的扩展区段126处。扩展区段126可在上游端140和描绘恒定区段128的起点的第一边界线144之间延伸。扩展区段126限定了出口120的增加的宽度(W1)，该宽度从上游端140到第一边界线144在下游方向上增加。在一些实施方式中，增加的宽度(W1)如图所示连续增加。进一步设想，出口120的扩展区段126以与用于扩散区段138的侧壁139相同的角度α扩展。
恒定区段128在下游方向上从第一边界线144延伸到第二边界线146，该第二边界线146描述了恒定区段128的终点。恒定区段128限定沿着第一边界线144和第二边界线146之间的长度(L)保持的恒定的宽度(W2)。可设想，在第一边界线144处，增加的宽度(W1)等于恒定的宽度(W2)。
收缩区段130可在第二边界线146和出口120的下游端142之间延伸。收缩区段130限定出口120的减小的宽度(W3)，该宽度从第二边界线146到下游端142在下游方向上减小。在一些实施方式中，减小的宽度(W3)如图所示连续减小。
图5是沿着图3中的V-V截取的至少一个冷却孔112的示意性截面视图，并且延伸穿过平台壁102。平台壁102包括面对热气体流体流(H)的受热表面122和面对冷却流体(C)的冷却表面148。可更清楚地看到，至少一个冷却孔112的入口134设置在冷却表面148上，而出口120设置在受热表面122上。应当理解，平台壁102可是发动机10内的任何基底，包括但不限于外壁100，顶壁或燃烧器衬里壁。用于形成基底的材料包括但不限于钢，难熔金属(例如钛)，或基于镍、钴或铁的超合金，以及陶瓷基复合材料。超合金可包括等轴，定向凝固和晶体结构的那些。在非限制性实例中，可通过3D打印，熔模铸造或冲压形成基底。
注意，尽管在图5中将平台壁102示为大体上是平面的，应当理解，对于许多发动机部件，平台壁102可是弯曲的。无论平台壁102在至少一个冷却孔112的局部是平面的还是弯曲的，如本文所示，受热表面122和冷却表面148可彼此平行，尤其在局部基础上彼此平行，或者可位于非平行平面中。
如图5中更清楚地示出的，连接通道132可限定计量中心线(CLm)，沿着该计量中心线(CLm)测量计量区段136的计量长度(Lm)。如计量中心线(CLm)向受热表面122的延伸所示，在它们之间形成入射角β。应当理解，也可在冷却表面148和计量的中心线(CLm)之间测量入射角β。入射角β在20至40度之间。在本文公开的一方面，入射角β为30度。
当扩散区段138从计量区段136向出口120延伸时，连接通道132可限定扩散中心线(CLd)，沿着该扩散中心线(CLd)测量扩散长度(Ld)。扩散中心线(CLd)可是曲线的，并且可在入射角β的取向到后仰角或出射角δ的取向之间过渡。出射角δ小于入射角β。在本文公开的一方面，出射角为10度。扩散中心线(CLd)和计量中心线(CLm)一起为连接通道132限定了连续的通道中心线。
至少一个冷却孔112在冷却流体(C)供应部与平台92的外部之间提供流体连通。在操作期间，冷却流体流(C)可经由入口通道114供应，并从一组冷却孔112沿着受热表面122以一薄层冷却空气或冷却空气膜的形式排出。虽然图5中仅示出了一个冷却孔，但是可理解，横截面视图可表示图3的一组冷却孔112中的任何一个或所有冷却孔。
可设想，本文所述的一组冷却孔112是增材制造的。增材制造(AM)过程通过连续沉积材料逐层构建部件。AM是一个恰当的名称，用于描述通过逐层添加材料(无论材料是塑料还是金属)来构建3D物体的技术。AM技术可利用计算机，3D建模软件(计算机辅助设计或CAD)，机械设备和分层材料。一旦生成了CAD草图，AM设备就可从CAD文件中读取数据，并以逐层的方式铺设或添加连续的液体，粉末，片材或其他材料层，以制造3D物体。应当理解，术语“增材制造”涵盖许多技术，包括诸如3D打印，快速成型(RP)，直接数字制造(DDM)，分层制造和增材制造之类的子集。可用于形成增材制造的部件的增材制造的非限制性示例包括粉末床熔合，光聚合固化，粘合剂喷射，材料挤出，定向能量沉积，材料喷射或片层压。
可设想，扩散区段138终止于罩164中，并且在受热表面122处的壁102在出口120之前覆盖至少一部分扩散区段138。罩164的厚度可小于或等于0.02英寸(在涂覆热障涂层(TBC)之前)，并且小于0.05英寸(在涂覆TBC之后)。尽管示出为在上游端140处具有厚度，但是可设想，罩164在上游端140处逐减小小至零厚度。
图6示出了用于一组冷却孔112的图案化布局150。为清楚起见，已经去除了来自先前附图的一些数字。如图所示，修改的形状124允许其中多个出口120紧密地堆叠在一起并且沿着虚线152成一直线的图案。更特别地，入口134和出口120的恒定区段128都沿着虚线152成一直线。虚线154a，154b从示例性出口120a和120b的侧壁139a、139b延伸以显示在恒定区段128消除的情况下出口120可延伸至哪里。截断出口的典型扩散形状以形成修改的形状124，使得能够在沿着平台壁102的给定空间中形成紧密间隔开且数量增加的冷却孔112。
一组冷却孔112可包括示例性冷却孔112c、112e。冷却孔112e的出口120e可位于冷却孔112c的入口134c上方。换句话说，入口134c和出口120e的几何中心可彼此成一直线。以这种方式，出口120d位于受热表面122上与入口134a在平台壁102内与受热表面122间隔开的相同位置。因此，本文所述的一组冷却孔112可堆叠，分层，并且紧密间隔开以增加沿着受热表面122的冷却膜的有效性。
一种用于形成具有修改的出口形状124的一组冷却孔112的方法可包括形成一组冷却孔112，使得入口134位于第一表面上，作为非限制性示例，本文所述的冷却表面148，并且出口120形成在第二表面上，作为非限制性示例，本文所述的受热表面122。该方法包括形成连接通道132以将入口134连接到出口120，作为非限制性示例，使用在此已经描述的方法。出口120形成具有修改的出口形状124，该修改的出口形状124具有扩展区段126和在扩展区段126下游的恒定区段128。该方法可进一步包括形成修改的形状124，该修改的形状124具有位于恒定区段128下游的收缩区段130。
该方法可进一步包括确定一组冷却孔的图案化布局150，该一组冷却孔包括第一线152a和平行于第一线152a的第二线152b。该一组冷却孔112可包括第一对冷却孔112a，该第一对冷却孔112a具有与第一线152a成一直线的第一对入口134a。第一对出口120a与第二线152b成一直线。
该方法可进一步包括形成第二对冷却孔112b，其中第二对出口120b形成在相对于冷却表面148的第一对入口134a的上方。换句话说，虽然第二对出口120b形成在受热表面122中，但是入口形成在冷却表面148中，在其受热表面122之内，并且沿着第一对入口134a的几何中心156成一直线。
截断典型的出口形状以形成修改的形状124，使得能够在沿着平台壁102的给定空间中形成紧密间隔开且数量增加的冷却孔112。一组冷却孔112可被分层，其中入口134位于相邻冷却孔112的出口120下方。因此，本文所述的一组冷却孔112可堆叠，分层并紧密间隔开以增加沿着受热表面122的冷却膜的有效性。
转向图7，根据本文公开的另一方面，以横截面示出了冷却孔212。冷却孔212类似于至少一个冷却孔112，因此，相同的部分将以相同的数字增加100来标识，应理解，除非另有说明，否则至少一个冷却孔112的相同的部分的描述适用于冷却孔212。
冷却孔212包括本文已经描述的至少一个冷却孔112的所有方面，并且另外包括弯曲部260或降阶(step down)特征。代替逐渐从入射角角β过渡到出射角δ，位于至少一个冷却孔112的出口220处或附近的弯曲部260使得能够取向突变。为了20度和40度之间的入射角β到小于20度的出射角δ之间的过渡，作为非限制性示例例如10度的出射角，突变是由紧邻出口220上游的弯曲部260限定的。通过突变，弯曲部260被显示为降阶特征，而不是带斜坡的或逐渐的。至少一个冷却孔212的计量区段236和扩散区段238两者以相同的角度取向延伸穿过发动机部件的壁202。扩散区段238在弯曲部260处终止，以限定过渡部分262，在该过渡部分262处，在受热表面222处的壁202形成罩264，罩264在出口220之前覆盖至少一部分扩散区段238。
在本文公开的一个方面，该方法可进一步包括形成过渡部分262，该过渡部分262在扩散区段238中并且在出口220的上游限定了弯曲部260。如本文所述的冷却流体(C)流在以更逐渐变大的出射角δ继续行进之前下降(266)或突然向内移动。这可允许在紧靠出口220上游的受热表面222处或附近的近壁冷却。
转向图8，根据本文公开的另一方面，在俯视图中示出了具有修改的扩散形状324的冷却孔312。冷却孔312类似于至少一个冷却孔112，因此，相同的部分将以相同的数字增加200来标识，应理解，除非另有说明，否则至少一个冷却孔112的相同的部分的描述适用于冷却孔312。
冷却孔312终止于出口320，具有多个区段，包括限定修改的扩散形状324的扩展区段326，恒定区段326和收缩区段330。修改的扩散形状324包括本文已经描述的修改的形状124的所有方面。另外，修改的扩散形状324包括第二扩展区段326b，第二扩展区段326b具有增加的宽度W4，并且位于恒定区段328的下游并且位于收缩区段330的上游。第二扩展区段326b可在描绘恒定区段328的终点的第二边界线346和描绘第二扩展区段326b的终点的第三边界线347之间延伸。可以设想，第二扩展区段326b和收缩区段330的最大宽度在第三边界线347处彼此相等(W4＝W3)。
在本文公开的一方面中，该方法可进一步包括在恒定区段328的下游且在收缩区段330的上游形成第二扩展区段326b，以限定修改的扩散形状324。
转到图9，用于一组冷却孔312的另外的图案化布局370。在本文的一个方面中，如图所示，修改的扩散形状324允许每个冷却孔112的入口334与斜虚线352成一直线的交错图案。斜虚线352相对于热气体流体流(H)以一定角度θ倾斜。为了清楚起见，已删除了先前图中的一些数字。修改的扩散形状324允许其中多个出口320紧密地交错在一起的图案。虚线354a、354b从示例性出口320a和320b的侧壁339a、339b延伸，以显示在恒定区段328消除的情况下出口320可以延伸到哪里。截断出口的典型扩散形状以形成修改的形状324，使得能够在沿着平台壁102的给定空间中形成紧密间隔开且数量增加的冷却孔112。
如本文已经描述的，一组冷却孔312可被分层，其中入口334位于相邻冷却孔312的出口320下方。因此，本文所述的一组冷却孔112可堆叠，分层并紧密间隔开以增加沿着受热表面122的冷却膜的有效性。
进一步设想，该方法可包括确定一组冷却孔312的图案化布局，以及形成多个冷却孔312，其中多个出口320彼此靠近，使得多个冷却孔312中的每一个冷却孔的入口334沿着斜线352成一直线。
如本文所述的出口形状聚集并流线化冷却流体以沿着发动机部件的外壁产生膜。图案化和交错布局为外壁提供均匀的冷却。如本文所述的恒定区段，特别是出口形状的恒定区段，能够使冷却流体流线化。
涡轮冷却在包括不断增加的温度的下一代架构中很重要。当前的冷却技术需要扩展至随着更高的发动机设计效率而来的发动机核心温度的不断增加。通过设计冷却孔几何形状来优化发动机部件表面的冷却，冷却流体在从本文所述的一组冷却孔中排出时，该冷却孔几何形状使其流线化，从而改善了整个发动机性能。
应当理解，所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，而是也适用于涡轮喷气发动机和涡轮发动机。
本书面描述使用示例来说明本文所讨论的公开内容，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本文所讨论的公开内容，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。如本文所讨论的公开内容的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于涡轮发动机的部件，该部件产生热气体流体流，并且提供冷却流体流，包括：壁，该壁将该热气体流体流与该冷却流体流分离并具有受热表面和冷却表面，该热气体流体流沿着该受热表面流动，该冷却表面面向该冷却流体流；至少一个冷却孔，该至少一个冷却孔包括在该冷却表面处的至少一个入口，在该受热表面处的至少一个出口，其中该出口限定修改的出口形状，该修改的出口形状具有：扩展区段，该扩展区段具有增加的宽度；和恒定区段，该恒定区段在该扩展区段下游并且具有恒定的宽度。
2.根据任何在前条项的部件，进一步包括在该恒定区段下游并具有减小的宽度的收缩区段。
3.根据任何在前条项的部件，其中，该收缩区段包括连续减小的宽度。
4.根据任何在前条项的部件，进一步包括至少一个连接通道，该至少一个连接通道在该至少一个入口和该至少一个出口之间延伸，以限定通道中心线和从该入口到该出口的下游流动方向。
5.根据任何在前条项的部件，其中，该连接通道包括：计量区段，该计量区段流体地联接至该入口；以及扩散区段，该扩散区段在该计量区段的下游，并且将该计量区段流体地联接至该出口。
6.根据任何在前条项的部件，其中，该扩散区段终止于至少部分地由该壁限定的罩。
7.根据任何在前条项的部件，其中，在该扩散区段处的该通道中心线与该受热表面形成出射角，该出射角小于由该计量区段的该通道中心线与该受热表面形成的入射角。
8.根据任何在前条项的部件，其中，该计量区段具有恒定的横截面面积。
9.根据任何在前条项的部件，其中，该扩展区段包括连续增加的宽度。
10.根据任何在前条项的部件，其中，该出口进一步包括位于该恒定区段的上游的第二扩展区段。
11.根据任何在前条项的部件，其中，该第二扩展区段包括连续增加的宽度。
12.根据任何在前条项的部件，其中，该部件是翼型件。
13.根据任何在前条项的部件，其中，该壁形成该翼型件的平台。
14.一种用于形成发动机部件的一组冷却孔的方法，该一组冷却孔包括在入口和出口之间延伸的至少一个冷却孔，该方法包括：形成该一组冷却孔，使得该入口位于第一表面上并且该出口位于第二表面上；形成连接通道以将该入口连接至该出口；以及使该出口形成具有修改的出口形状，该修改的出口形状包括：扩展区段，该扩展区段具有增加的宽度；和恒定区段，该恒定区段具有恒定的宽度并且位于该扩展区段下游。
15.根据任何在前条项的方法，进一步包括形成位于该恒定区段下游的收缩区段。
16.根据任何在前条项的方法，进一步包括形成第二扩展区段，该第二扩展区段位于该恒定区段下游并且位于该收缩区段上游。
17.根据任何在前条项的方法，进一步包括形成第二扩展区段，该第二扩展区段位于该恒定区段下游。
18.根据任何在前条项的方法，进一步包括确定该一组冷却孔的图案化布局，该图案化布局包括第一线和平行于该第一线的第二线。
19.根据任何在前条项的方法，进一步包括形成图案化布局，其中，该一组冷却孔包括第一对冷却孔，并且第一对入口与该第一线成一直线，并且第一对出口与该第二线成一直线。
20.根据任何在前条项的方法，进一步包括形成第二对冷却孔，其中第二对出口是形成在相对于该第一表面的该第一对入口的上方的出口。
21.根据任何在前条项的方法，其中，该第一线和该第二线相对于流动方向倾斜。

Claims (19)

1.一种用于涡轮发动机的部件，所述部件产生热气体流体流，并且提供冷却流体流，其特征在于，包括：
壁，所述壁将所述热气体流体流与所述冷却流体流分离并具有受热表面和冷却表面，所述热气体流体流沿着所述受热表面流动，所述冷却表面面向所述冷却流体流；
至少一个冷却孔，所述至少一个冷却孔包括在所述冷却表面处的至少一个入口，在所述受热表面处的至少一个出口，其中所述出口限定修改的出口形状，所述修改的出口形状具有：
扩展区段，所述扩展区段具有增加的宽度，和
恒定区段，所述恒定区段在所述扩展区段下游并且具有恒定的宽度；
收缩区段，所述收缩区段在所述恒定区段下游并具有减小的宽度。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中，所述收缩区段包括连续减小的宽度。
3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，进一步包括至少一个连接通道，所述至少一个连接通道在所述至少一个入口和所述至少一个出口之间延伸，以限定通道中心线和从所述入口到所述出口的下游流动方向。
4.根据权利要求3所述的部件，其特征在于，其中，所述连接通道包括：计量区段，所述计量区段流体地联接至所述入口；以及扩散区段，所述扩散区段在所述计量区段的下游，并且将所述计量区段流体地联接至所述出口。
5.根据权利要求4所述的部件，其特征在于，其中，所述扩散区段终止于至少部分地由所述壁限定的罩。
6.根据权利要求4所述的部件，其特征在于，其中，在所述扩散区段处的所述通道中心线与所述受热表面形成出射角，所述出射角小于由所述计量区段的所述通道中心线与所述受热表面形成的入射角。
7.根据权利要求4所述的部件，其特征在于，其中，所述计量区段具有恒定的横截面面积。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的部件，其特征在于，其中，所述扩展区段包括连续增加的宽度。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的部件，其特征在于，其中，所述出口进一步包括位于所述恒定区段的下游的第二扩展区段。
10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，其中，所述第二扩展区段包括连续增加的宽度。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的部件，其特征在于，其中，所述部件是翼型件。
12.根据权利要求11所述的部件，其特征在于，其中，所述壁形成所述翼型件的平台。
13.一种用于形成发动机部件的一组冷却孔的方法，所述一组冷却孔包括在入口和出口之间延伸的至少一个冷却孔，其特征在于，所述方法包括：
形成所述一组冷却孔，使得所述入口位于第一表面上并且所述出口位于第二表面上；
形成连接通道以将所述入口连接至所述出口；以及
使所述出口形成具有修改的出口形状，所述修改的出口形状包括：
扩展区段，所述扩展区段具有增加的宽度，和
恒定区段，所述恒定区段具有恒定的宽度并且位于所述扩展区段下游；
收缩区段，所述收缩区段位于所述恒定区段下游。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括形成第二扩展区段，所述第二扩展区段位于所述恒定区段下游并且位于所述收缩区段上游。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括形成第二扩展区段，所述第二扩展区段位于所述恒定区段下游。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述一组冷却孔的图案化布局，所述图案化布局包括第一线和平行于所述第一线的第二线。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括形成图案化布局，其中，所述一组冷却孔包括第一对冷却孔，并且第一对入口与所述第一线成一直线，并且第一对出口与所述第二线成一直线。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括形成第二对冷却孔，其中第二对出口是形成在相对于所述第一表面的所述第一对入口的上方的出口。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中，所述第一线和所述第二线相对于流动方向倾斜。
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