JP2001020703A - エアフォイル - Google Patents

エアフォイル

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JP2001020703A
JP2001020703A JP2000188966A JP2000188966A JP2001020703A JP 2001020703 A JP2001020703 A JP 2001020703A JP 2000188966 A JP2000188966 A JP 2000188966A JP 2000188966 A JP2000188966 A JP 2000188966A JP 2001020703 A JP2001020703 A JP 2001020703A
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wall
segments
length
cooling air
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JP2000188966A
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Thomas A Auxier
エイ．オウキアー トーマス
James P Downs
ピー．ドウンズ ジェイムス
William S Kvasnak
エス．ヴァスナック ウィリアム
Friedrich O Soechting
オウ．ソーチティング フレッドリッチ
William H Calhoun
エイチ．カルホウン ウィリアム
Douglas A Hayes
エイ．ヘイエス ダグラス
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/14—Form or construction
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の冷却方法や装置よりも少ない冷却空気
を利用して、ロータブレード（２１）の壁（１２）を冷
却する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ロータブレード（２１）の壁（１２）を
冷却する方法及び装置が提供され、この方法は、（１）
内部面と外部面とを有する壁１２を設けるステップと、
（２）この壁内に、内部面と外部面との間に延びる冷却
空気用の流路を有する冷却用マイクロサーキット１０を
配置するステップと、（３）マイクロサーキット１０内
の単位流量当たりの平均熱伝達係数を増加させることに
よって、壁１２から流路内の流体の流れへの熱伝達を高
めるステップと、を含む。本発明の方法及び装置は、壁
１０のその場における熱プロファイルに実質的に一致す
るように調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、ガスタービ
ンエンジンに関し、特に、ロータブレードまたはステー
タベーンを冷却する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】どんなガスタービンエンジンの設計にお
いても、効率は主な関心事である。歴史上、効率を高め
る基本的な技術の１つは、エンジン内のガス流路温度を
上昇させることである。このような温度上昇に対して
は、耐熱性合金から形成された内部冷却部材を使用する
ことによって対応してきた。例えば、タービンのステー
タベーンやブレードは、通常、高圧に圧縮され、かつブ
レードまたはベーンを通過するコアガスの流れよりも低
温のコンプレッサ空気を利用して冷却される。高圧によ
って、部材を通過するように空気を押し込むために必要
なエネルギが提供される。コンプレッサからブリードさ
れる空気に与えられた仕事の大きな割合は、冷却過程で
失われる。失われた仕事は、エンジンの推力に追加され
ないので、エンジンの全体的な効率に悪影響が及ぼされ
る。従って、当業者であれば分かるように、より高いコ
アガス流路温度と、これに伴ってタービン部材を冷却す
る必要性及びこのような冷却を行うためにブリード空気
によって失われる効率と、は対立する。
【０００３】従って、利用される冷却空気の冷却効率を
最大化することには、大きな価値がある。従来の冷却可
能なエアフォイルは、通常、冷却空気が供給される複数
の内部キャビティを含む。冷却空気は、エアフォイル
（またはプラットフォーム）の壁を通過し、この過程で
エアフォイルから熱エネルギを運び去る。冷却空気がエ
アフォイル壁を通過する方法は、この過程の効率におい
て重要である。いくつかの場合には、冷却空気は、直線
状または分散した冷却孔を通って壁を対流冷却するとと
もに、冷却空気の外部フィルムを形成する。このタイプ
の冷却孔では、エアフォイルの横を通過する熱いコアガ
スの自由流れへと即座に失われる冷却空気量を最小とす
るために、冷却孔に亘る圧力降下を最小とすることが要
求される。圧力降下は、通常、複数の調整孔で連結され
たエアフォイル内の複数のキャビティによって最小とさ
れる。しかし、エアフォイル壁に亘る圧力降下が小さす
ぎても望ましくないコアガスの流入が起こるおそれがあ
る。いずれの場合にも、冷却孔の大きさとともに冷却孔
内での滞留時間が最小であるために、このタイプの対流
冷却は比較的非効率的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】いくつかのエアフォイ
ルは、壁またはプラットフォーム内に設けられた流路に
冷却空気を通過させることで対流冷却される。一般に、
このような流路は、壁またはプラットフォーム内でかな
りの距離に亘って延びる。このタイプの冷却方法は、幾
つもの潜在的な問題を含む。第一に、流路壁と冷却空気
との間の熱伝達率は、流路内の移動距離の関数として著
しく減少する。この結果として、流路の入口を充分に冷
却した冷却空気は、流路の出口を充分に冷却することが
できないおそれがある。流路の出口を充分に冷却するた
めに冷却空気流を増加した場合には、流路の入口が過度
に冷却され、冷却空気が無駄に使われるおそれがある。
第二に、エアフォイルの熱プロファイルは、通常不均一
であり、大きい及び小さい熱負荷にさらされる領域を併
せ持つ。エアフォイル壁またはプラットフォーム内でか
なりの距離に亘って延びる従来の内部冷却流路は、通
常、異なる熱負荷を有する１つもしくはそれ以上の領域
に亘って延びる。上述のように、最も熱負荷が大きい領
域を冷却するのに充分な冷却空気を提供すると、流路に
沿った他の領域を過度に冷却してしまうおそれがある。
【０００５】従って、最小の冷却空気量を利用して基体
を充分に冷却し、かつ必要な箇所に熱伝達を提供する、
ガスタービンエンジン内の基体を冷却する方法及び装置
が求められている。
【０００６】本発明の目的は、従来の冷却方法や装置よ
りも少ない冷却空気を利用して、ガスタービンエンジン
内の壁を冷却する方法及び装置を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、従来の冷却方法や装
置に比べて冷却空気の冷却能力をより多く利用してガス
タービンエンジン内の壁を冷却する方法及び装置を提供
することである。
【０００８】本発明のまた他の目的は、壁の熱プロファ
イルに実質的に一致する冷却プロファイルを提供するこ
とができるガスタービンエンジン内の壁を冷却する方法
及び装置を提供することである。これは、つまり、その
場の熱プロファイルを相殺し、これにより、過度な冷却
を減少させるように調整することができる冷却方法及び
装置である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、ガスタービ
ンエンジン内の壁を冷却する方法及び装置が提供され、
この方法は、（１）内部面と外部面とを有する壁を設け
るステップと、（２）この壁内に、内部面と外部面との
間に延びる冷却空気用の流路を有する冷却用マイクロサ
ーキットを配置するステップと、（３）マイクロサーキ
ット内の単位流量当たりの平均熱伝達率を高めることに
よって、壁から流路内の流体の流れへの熱伝達を増加さ
せるステップと、を含む。
【００１０】本発明の１つの形態では、壁のその場にお
ける熱プロファイルに実質的に一致するように調整する
ことができる壁の冷却方法及び装置が提供される。詳細
には、本発明のマイクロサーキットは、壁内の特定位置
において、この特定位置における熱負荷に相応する特定
の冷却量を提供するように調整することができる。
【００１１】本発明の他の形態では、壁内の冷却のため
の冷却用マイクロサーキットが提供され、このマイクロ
サーキットは、湾曲部によって接続された複数の流路セ
グメントを含む。各流路セグメントの長さが短いことに
よって、（圧力や温度などの）同様の運転条件の下で、
従来技術よりも高い単位流量当たりの平均熱伝達率が得
られる。
【００１２】本発明のまた他の形態では、複数の湾曲部
によって直列に接続された複数の流路セグメントを含む
冷却用マイクロサーキットが、壁内に設けられている。
【００１３】本発明の冷却用マイクロサーキットは、従
来の冷却方法と比較してかなり高い冷却効率を提供す
る。本発明のマイクロサーキットが高い冷却効率を提供
する１つの方法は、冷却流路内における単位流量当たり
の熱伝達率を増加させることによる。流路壁と冷却空気
との間の熱エネルギの伝達は、与えられた流れに対する
流路内の熱伝達係数に直接関係している。図６に示され
ているように、流路の各壁に隣接する流体の流れの速度
プロファイルは、初期の流体力学的入口領域及びこれに
続く完全発達領域を特徴とする。入口領域では、流路の
壁に隣接して流体の流れの境界層が形成される。この境
界層は、流路の入口において厚さゼロで始まり、流路の
下流のある位置において最終的に一定の厚さとなる。一
定の厚さとなった地点が、完全発達領域の始まりとな
る。熱伝達係数は、境界層の厚みがゼロのときが最大で
あり、境界層が増すに従って減少し、境界層が一定とな
ったときに一定となる。従って、与えられた流れに関し
て、入口領域における平均熱伝達係数は、完全発達領域
における熱伝達係数よりも大きい。本発明のマイクロサ
ーキットは、湾曲部によって接続された複数の短い流路
セグメントを設けることで、入口領域効果によって特徴
づけられる流路内の流れの割合を増加させる。流路内の
流体が湾曲部を通る度に、この湾曲部を出る流体の流れ
の速度プロファイルは、入口領域効果及びこの効果によ
る局部的な熱伝達係数の増加によって特徴づけられる。
よって、本発明のマイクロサーキットの比較的短い流路
セグメントの単位流量当たりの平均熱伝達係数は、従来
技術で周知である全ての同様の冷却方法よりも高い。
【００１４】本発明のマイクロサーキットにおいて、単
位流量当たりの平均熱伝達係数を増加する第二の方法
は、流路の断面積を減少させるとともに流路の周辺部を
増加させることによる。以下の周知の式を用いて熱伝達
率を表してみる。
【００１５】
【数１】
【００１６】すると、熱伝達係数（ｈC）、流路周辺部
（Ｐ）、及び流路の断面積（Ａ）の関係を表す以下の式
（Ｃ＝定数、Ｗ＝流量）が得られる。
【００１７】
【数２】
【００１８】即ち、流路の断面積が増加すると、熱伝達
率が減少し、流路の周辺部が増加すると、熱伝達率が増
加することが分かる。本発明のマイクロサーキットは、
従来の周知の冷却方法に比べて、小さい断面積を有し、
かつ大きい周辺部を有する流路を利用する。これによっ
て得られる冷却流路は、単位流量当たりの熱伝達係数が
大きく、よって熱伝達率がより大きくなる。
【００１９】本発明が冷却効果を高めるまた他の方法
は、湾曲部の間に長さが短い流路セグメントを使用する
ことを含む。与えられた流路長さにおける熱伝達率と熱
伝達係数との関係は、以下のように表すことができる。
【００２０】
【数３】ｑ＝ｈCＡSΔＴlm （式３） ここでは、ｑ＝流路と流体との間の熱伝達率 ｈC＝流路の熱伝達係数 ＡS＝流路表面積＝Ｐ×Ｌ＝流路周辺部×長さ ΔＴlm＝対数平均温度差 この式は、熱伝達率と熱伝達係数との直接的な関係とと
もに、熱伝達率と、流路表面温度と流路のある長さに亘
って通過する入口及び出口のそれぞれの流体温度との温
度差（即ち、ΔＴlm）と、の関係も示している。特に、
（例えば、エアフォイル内の与えられた長さにおいて適
切な条件であるように）流路表面温度が一定に保たれて
いる場合に、流路表面と流体との間の温度差は、流路を
通過する移動距離の関数として指数関数的に減少する。
熱伝達率のこの指数関数的な減少は、特に、熱伝達係数
が一定であり、かつ熱伝達率が温度差に従属する、完全
発達領域において大きい。本発明のマイクロサーキット
は、湾曲部の間に設けられた比較的長さが短い流路セグ
メントを使用する。上述したように、各セグメントの一
部は、入口領域速度プロファイルによって特徴づけら
れ、残りの部分は、完全発達速度プロファイルによって
特徴づけられる。本発明のマイクロサーキットの全ての
実施例において、特に完全発達領域では、湾曲部間の流
路セグメントの長さが、温度差によって指数関数的に減
少する熱伝達率の影響を最小とするために短くなってい
る。
【００２１】本発明のいくつかの実施例では、マイクロ
サーキットは、連続的に長さが短くなったいくつかの流
路セグメントを含む。連続的に短くなった流路セグメン
トの最長のものは、流体温度と流路壁との間の温度差が
最大であるマイクロサーキットの入口に隣接して配置さ
れ、連続的に短くなった流路セグメントの最短のもの
は、流体温度と流路壁との間の温度差が最小であるマイ
クロサーキットの出口に隣接して配置される。マイクロ
サーキット内で流路セグメントの長さを連続的に減少さ
せることにより、連続する各流路におけるΔＴlmの減少
を埋め合わせるのを助ける。説明のために、互いに直列
に接続された複数の同じ長さの流路セグメントの場合を
考えてみると、各流路セグメントを通過するのに従って
冷却空気温度が上昇するので、連続する各流路セグメン
トの平均ΔＴlmは次第に減少していく。よって、ΔＴlm
に直接関連する平均熱伝達率は、連続する各流路セグメ
ント毎に減少していく。連続的に短くなった複数の流路
セグメントを通過する冷却空気は、これらの流路セグメ
ントを通過する度に温度も上昇する。しかし、各流路セ
グメント毎に減少するΔＴlmの量は、指数関数的な温度
差の減少が起こる流路セグメントの長さが比較的短いの
で、（長さが等しいセグメントと比較して）連続的に短
くなった流路セグメントでは比較的小さい。よって、流
路セグメントの長さを減少させることによって、指数関
数的な温度差の影響が小さくなり、熱伝達率に良好な影
響が及ぼされる。
【００２２】熱伝達率は、また、各流路セグメントの長
さ単位の平均熱伝達係数を操作することによって良好な
影響が及ぼされる。各入口領域における熱伝達係数は、
下流の完全発達領域における熱伝達係数よりも必ず大き
いことを考慮されたい。更に、流路セグメント内の平均
熱伝達係数に良好な影響を及ぼす技術であれば、どのよ
うなものでもその流路セグメントにおける熱伝達率に良
好な影響を及ぼすということを考慮されたい。本発明の
マイクロサーキットの流路長さが徐々に減少する実施例
では、徐々に短くなった各流路セグメントのより大きな
部分が入口領域の効果を有し、かつこれに関連して熱伝
達係数の平均が高くなることによって、平均熱伝達係数
に良好な影響が及ぼされる。徐々に短くなったそれぞれ
の流路セグメントによって良好な影響を受けた熱伝達係
数は、（ΔＴlmが比較的小さくても、徐々に流路セグメ
ントの長さが短くなることにより）減少するΔＴlmを埋
め合わせることで、流路セグメントの冷却効果に良好な
影響を与える。
【００２３】本発明のマイクロサーキットがより大きな
冷却効果を提供するまた他の方法は、マイクロサーキッ
ト内の熱伝達を最適化するように壁に亘る圧力差を利用
することである。対流熱伝達は、レイノルズ数の関数で
あり、よって、マイクロサーキット内を移動する冷却空
気流のマッハ数の関数である。このマッハ数は、また、
マイクロサーキット内の冷却空気流速度の関数である。
マイクロサーキットに亘る圧力差は、例えば、マイクロ
サーキット内の流路や湾曲部の数を変更することによっ
て調整できる。全ての用途において、本発明のマイクロ
サーキットは、マイクロサーキットに亘る実質的に全て
の圧力降下を利用するように最適化されている。これ
は、この圧力降下によって、冷却空気から冷却能力を取
り出すのに必要なエネルギが得られるからである。詳細
には、マイクロサーキットに亘る圧力差によって熱伝達
を最適化する方法は、壁に亘る与えられた圧力差、マイ
クロサーキットの出口開口部に亘る所望の圧力差、及び
マイクロサーキットの出口開口部に隣接する周知のコア
ガス圧力（局部的な外部圧力）で開始される。局部的な
外部圧力及び出口開口部に亘る所望の圧力差が与えられ
ると、マイクロサーキット内の出口開口部に隣接する冷
却空気の圧力が求められる。次に、与えられた流路寸
法、冷却空気質量流量、及び空気流速度において、最適
な熱伝達を提供するように、マイクロサーキットに亘る
圧力差が選択される。上記の流路寸法、冷却空気質量流
量、及び空気流速度は、全ての用途において異なる。上
述したように、マイクロサーキットに亘る圧力差は、流
路や湾曲部の数や特性を変更することによって調整でき
る。マイクロサーキットに亘る所望の圧力差が選択され
ると、マイクロサーキットに亘る所望の圧力差を達成す
るように、入口開口部に隣接してマイクロサーキット内
で必要な圧力を提供するように入口開口部の寸法が決定
される。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１，図２を参照すると、本発明
の冷却方法及び装置は、ガスタービンエンジン１１内で
熱いコアガスにさらされる壁１２内に設けられた冷却用
マイクロサーキット１０を使用することを含む。冷却空
気は、通常、壁１２の一方側に接し、熱いコアガスは、
壁１２の反対側に接する。壁１２内に設けた１つまたは
それ以上の本発明のマイクロサーキット１０を利用する
ことができる部材の例としては、燃焼器や燃焼器ライナ
１４、ブレード外側エアシール１６，タービン排気ライ
ナ１８、補強ライナ１９、及びノズル２０が含まれる
が、これらには限定されない。本発明のマイクロサーキ
ット１０の好適な用途は、タービンのステータベーンま
たはロータブレードの壁１２内に設けることである。図
２は、タービンロータブレード２１の壁１２内に配置し
たマイクロサーキット１０を示している。図３〜図５で
は、各マイクロサーキット１０は、複数のセグメント２
４からなる流路を含み、各セグメント２４は、湾曲部２
６によって接続されている。全ての実施例において、入
口開口部２８によって第１の流路セグメント３０の一端
と冷却空気とが接続されており、出口開口部３２によっ
て最後の流路セグメント３４と壁１２の外部とが接続さ
れている。多くの用途では、流路２２は、平面状であ
り、即ち壁１２の内部及び外部の面から実質的に一定の
距離に設けられる。
【００２５】冷却用マイクロサーキット１０の実施例
は、０．１平方インチ（６４．５ｍｍ 2）もの壁表面積
を占めることができる。しかし、より一般的には、マイ
クロサーキット１０は、０．０６平方インチ（３８．７
ｍｍ2）よりも小さい壁表面積を占め、好適な実施例で
は、通常、０．０１平方インチ（６．４５ｍｍ2）に近
い壁表面積を占める。流路の大きさは、用途によって異
なるが、多くの実施例では、流路セグメントの断面積
は、０．００１平方インチ（０．６ｍｍ2）よりも小さ
い。最適な流路２２の実施例は、０．０００１〜０．０
００６平方インチ（０．０６４ｍｍ2〜０．４０３ｍ
ｍ2）の断面積を有するとともに、実質的に矩形であ
る。実質的な矩形が有する比較的大きい周辺部は、冷却
に有利に働く。この明細書では、流路の断面積は、流路
２２を通る冷却空気流の方向に直交する平面に沿った断
面積として定義される。
【００２６】全ての実施例において、各流路セグメント
２４の長さは、セグメント２４内での単位流量当たりの
平均熱伝達率が増加するように制限される。マイクロサ
ーキット１０内の特定の流路セグメント２４では、長さ
対水力直径の比（Ｌ／Ｄ）を２０程度まで大きくするこ
とができる。しかし、現在の多くのマイクロサーキット
における典型的な流路セグメント２４は、約１０〜６の
Ｌ／Ｄ比を有し、最も長い流路セグメント２４の最適の
Ｌ／Ｄは、７である。以下でより詳細に説明するよう
に、セグメントの長さが連続的に短くなる実施例を含め
て、いずれの特定のマイクロサーキット１０の実施例に
おいても、流路セグメント２４の長さは変化してもよ
い。流路２２の累積長さは、用途によって異なる。壁１
２に亘る圧力降下が大きい用途では、一般により長い流
路２２、即ちより多くの流路セグメント２４及び湾曲部
２６を含むことができる。
【００２７】ガスタービンエンジン１１のタービンセク
ションにおける通常の運転条件では、マイクロサーキッ
ト１０の流路２２内のマッハ数は、０．３程度である。
マッハ数がこの程度であれは、マイクロサーキット１０
の典型的な流路セグメント２４の入口領域は、直径（流
路の水力直径）の５〜５０倍に亘って延びる。明らかな
ように、流路セグメント２４の長さによって、速度プロ
ファイル入口領域効果を有するセグメント長さの割合が
分かる。即ち、連続的に短い流路セグメント２４では、
各セグメント長さの速度プロファイル入口領域効果を有
する割合がそれぞれ増す。本発明のマイクロサーキット
１０では、最低限、その長さの少なくとも５０％、より
一般的には、その長さの少なくとも８０％が、入口領域
効果を有する。続く実施例は、本発明のマイクロサーキ
ット１０の例である。本発明は、以下に説明する実施例
を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２８】図３は、本発明のマイクロサーキット１０
の一実施例であり、“ｎ−１”個の湾曲部２６によって
接続された“ｎ”個の等しい長さの流路セグメント２４
を含む。“ｎ”は、整数であり、この実施例は、連続し
て左右に折り返されて延びる構成となっている。図４
は、本発明のマイクロサーキット１０の他の実施例を示
しており、この実施例も、“ｎ−１”の湾曲部によって
接続された“ｎ”個の流路セグメントを含み、連続して
左右に折り返されて延びる構成となっている。連続する
各流路セグメント２４は、それぞれ前に位置するセグメ
ント２４よりも長さが短い。図５は、また他のマイクロ
サーキット１０の実施例を示しており、この実施例は、
“ｎ−１”個の湾曲部によって接続された“ｎ”個の流
路セグメントを含み、内側に向かってらせんを描く構成
となっている。この実施例におけるいくつかの流路セグ
メント２４は、長さが等しく、その他の流路セグメント
２４は、連続的に短くなっている。
【００２９】与えられた運転条件のどのような集合にお
いても、上述の各マイクロサーキット１０は、それぞれ
特定の熱伝達性能を提供する。従って、冷却される壁の
熱プロファイルが不均一な用途では、１つ以上のタイプ
の本発明のマイクロサーキット１０を使用することが好
都合の場合もある。マイクロサーキット１０は、壁１２
の不均一な温度プロファイルと一致して、これを相殺す
るように配置することができ、これにより、壁１２の冷
却効率を増加させることができる。
【００３０】本発明を、その詳細な実施例に基づいて開
示及び説明してきたが、当業者であれば分かるように、
本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、その形態
や詳細に関する種々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの説明図である。
【図２】本発明に係る複数のマイクロサーキットが壁内
に配置されたロータブレードの説明図である。
【図３】本発明のマイクロサーキットの一実施例の拡大
説明図である。
【図４】長さが減少していく連続的な流路セグメントを
含む本発明のマイクロサーキットの一実施例の拡大説明
図である。
【図５】長さが減少していくとともに内側に向かってら
せんを描く流路セグメントを含む本発明のマイクロサー
キットの一実施例の拡大説明図である。
【図６】入口領域とこれに続く完全発達領域を有する速
度プロファイルを示した流体の流れ速度プロファイルの
グラフである。
【符号の説明】
１０…マイクロサーキット １２…壁 ２１…ロータブレード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムス ピー．ドウンズ アメリカ合衆国，フロリダ，ジュピター, リーワード ドライヴ 325 (72)発明者 ウィリアム エス．ヴァスナック アメリカ合衆国，コネチカット，ギュルフ ォード，オリオール サークル 43 (72)発明者 フレッドリッチ オウ．ソーチティング アメリカ合衆国，フロリダ，テクェスタ, リヴァーサイド ドライヴ 19483 (72)発明者 ウィリアム エイチ．カルホウン アメリカ合衆国，ジョージア，アクウォー ス，ブレイドウッド ラン 6274 (72)発明者 ダグラス エイ．ヘイエス アメリカ合衆国，フロリダ，ポート セイ ント ルーシー，エス．ダヴリュー．ログ ドライヴ 377

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エアフォイルであって、 内部キャビティと、 外部壁と、 前記外部壁内に設けられた少なくとも１つの冷却空気流
    路と、を有し、前記流路は、少なくとも１つの湾曲部に
    よって直列に接続された複数のセグメントを含み、前記
    各流路セグメントの長さ対直径の比は、それぞれ２０以
    下であり、 前記流路セグメントの１つは、前記流路を前記内部キャ
    ビティに接続する入口開口部を含み、前記流路セグメン
    トの他の１つは、前記流路を前記エアフォイルの外部の
    領域に接続する出口開口部を含み、 前記内部キャビティ内の冷却空気は、前記入口開口部を
    通って前記流路に流入可能であり、かつ前記出口開口部
    を通って前記流路から流出可能であることを特徴とする
    エアフォイル。
  2. 【請求項２】 前記各流路セグメントの長さ対直径の比
    は、１０以下でかつ６以上であることを特徴とする請求
    項１記載のエアフォイル。
  3. 【請求項３】 前記各流路セグメントの長さ対直径の比
    が、おおよそ７に等しいことを特徴とする請求項２記載
    のエアフォイル。
  4. 【請求項４】 前記冷却空気流路の占める壁の表面積
    は、０．１平方インチ以下であることを特徴とする請求
    項１記載のエアフォイル。
  5. 【請求項５】 前記冷却空気流路の占める壁の表面積
    が、０．０６平方インチ以下であることを特徴とする請
    求項４記載のエアフォイル。
  6. 【請求項６】 前記冷却空気流路の占める壁の表面積
    が、０．０１平方インチ以下であることを特徴とする請
    求項５記載のエアフォイル。
  7. 【請求項７】 前記各流路セグメントの断面積は、０．
    ００１平方インチ以下であることを特徴とする請求項１
    記載のエアフォイル。
  8. 【請求項８】 前記各流路セグメントの断面積が、０．
    ０００６平方インチ以下でかつ０．０００１平方センチ
    以上であることを特徴とする請求項７記載のエアフォイ
    ル。
  9. 【請求項９】 連続する前記流路セグメントの長さは、
    連続的に短くなっていることを特徴とする請求項１記載
    のエアフォイル。
  10. 【請求項１０】 前記流路セグメントが、内向きにらせ
    んを描いていることを特徴とする請求項１記載のエアフ
    ォイル。
  11. 【請求項１１】 ガスタービンエンジン用のエアフォイ
    ルであって、このエアフォイルは、冷却空気によって冷
    却可能であるとともに、前記ガスタービンエンジン内の
    運転条件において動作可能となっており、冷却可能な前
    記エアフォイルは、 内部キャビティと、 外部壁と、 前記外部壁内に設けられた少なくとも１つの冷却空気流
    路と、を有し、前記流路は、少なくとも１つの湾曲部に
    よって直列に接続された複数のセグメントを含み、前記
    流路セグメントの少なくとも１つは、前記流路を前記内
    部キャビティに接続する入口開口部を含み、前記流路セ
    グメントの他の１つは、前記流路を前記エアフォイルの
    外部の領域に接続する出口開口部を含み、前記各流路セ
    グメントは、長さを有し、この長さは、前記エアフォイ
    ルが前記運転条件において動作するときに、該長さの少
    なくとも５０％が入口効果を有する冷却空気速度プロフ
    ァイルの影響を受けるように制限されていることを特徴
    とするガスタービンエンジン用のエアフォイル。
  12. 【請求項１２】 前記各流路の前記長さは、前記エアフ
    ォイルが前記運転条件において動作するときに、該長さ
    の少なくとも８０％が入口効果を有する冷却空気速度プ
    ロファイルの影響を受けるように制限されていることを
    特徴とする請求項１１記載のガスタービンエンジン用の
    エアフォイル。
  13. 【請求項１３】 冷却可能な壁であって、 第１の外部面と、 第２の外部面と、 前記第１の外部面と前記第２の外部面との間で前記壁内
    に設けられた少なくとも１つの冷却空気流路と、を有
    し、前記流路は、少なくとも１つの湾曲部によって直列
    に接続された複数のセグメントを含み、前記各流路セグ
    メントの長さ対直径の比は、それぞれ２０以下であり、 前記流路セグメントの１つは、前記流路と前記第１の外
    部面との間に延びる入口開口部を含み、前記流路セグメ
    ントの他の１つは、前記流路と前記第２の外部面との間
    に延びる出口開口部を含み、 冷却空気は、前記入口開口部を通って前記流路に流入可
    能であり、かつ前記出口開口部を通って前記流路から流
    出可能であることを特徴とする冷却可能な壁。
  14. 【請求項１４】 連続する前記流路セグメントの長さ
    は、連続的に短くなっていることを特徴とする請求項１
    ３記載の冷却可能な壁。
  15. 【請求項１５】 前記流路セグメントが、内向きにらせ
    んを描いていることを特徴とする請求項１３記載の冷却
    可能な壁。
  16. 【請求項１６】 ガスタービンエンジン内の装置用の壁
    であって、この壁は、冷却空気によって冷却可能となっ
    ており、前記装置は、前記ガスタービンエンジンの運転
    条件において動作可能であり、冷却可能な前記壁は、 前記冷却空気にさらされる内部面と、 コアガスにさらされる外部面と、 前記内部面と前記外部面との間で前記壁内に設けられた
    少なくとも１つの冷却空気流路と、を有し、前記流路
    は、少なくとも１つの湾曲部によって直列に接続された
    複数のセグメントを含み、前記流路セグメントの１つ
    は、前記流路と前記内部面との間に延びる入口開口部を
    含み、前記流路セグメントの他の１つは、前記流路と前
    記外部面との間に延びる出口開口部を含み、 前記各流路セグメントは、長さを有し、この長さは、前
    記装置が前記運転条件において動作するときに、該長さ
    の少なくとも５０％が入口効果を有する冷却空気速度プ
    ロファイルの影響を受けるように制限されていることを
    特徴とするガスタービンエンジン内の装置用の壁。
  17. 【請求項１７】 前記各流路の前記長さが、前記装置が
    前記運転条件において動作するときに、該長さの少なく
    とも８０％が入口効果を有する冷却空気速度プロファイ
    ルの影響を受けるように制限されていることを特徴とす
    る請求項１６記載のガスタービンエンジン内の装置用の
    壁。
  18. 【請求項１８】 ガスタービンエンジン内の壁の冷却方
    法であって、 第１の面と第２の面とを有する壁を設けるステップを含
    み、冷却空気の供給源が前記第１の面と接しており、コ
    アガスの供給源が前記第２の面と接しており、 前記ガスタービンエンジンに運転条件の集合を提供する
    ステップを含み、 前記第１の面と前記第２の面との間で前記壁内に流路を
    設けるステップを含み、この流路は、少なくとも１つの
    湾曲部によって互いに接続された複数のセグメントを含
    んでおり、前記セグメントの１つと前記第１の面との間
    に入口開口部が延び、前記セグメントの他の１つと前記
    第２の面との間に出口開口部が延び、前記各セグメント
    は、それぞれ長さを有しており、 前記運転条件において、いずれの前記流路セグメントを
    通過する冷却空気も、前記長さの少なくとも５０％に亘
    って入口効果特性を含む冷却空気速度プロファイルを有
    するように、前記各セグメントの長さを定めるステップ
    を含むことを特徴とするガスタービンエンジン内の壁の
    冷却方法。
  19. 【請求項１９】 ガスタービンエンジン内の壁の冷却方
    法であって、 第１の面と第２の面とを有する壁を設けるステップを含
    み、冷却空気の供給源が前記第１の面と接しており、コ
    アガスの供給源が前記第２の面と接しており、 前記ガスタービンエンジンに運転条件の集合を提供する
    ステップを含み、 前記第１の面と前記第２の面との間で前記壁内に流路を
    設けるステップを含み、この流路は、少なくとも１つの
    湾曲部によって互いに接続された複数のセグメントを含
    んでおり、前記セグメントの１つと前記第１の面との間
    に入口開口部が延び、前記セグメントの他の１つと前記
    第２の面との間に出口開口部が延び、前記各セグメント
    は、それぞれ長さを有しており、 全ての前記流路セグメントの長さ対直径の比が２０以下
    となるように、これらの流路セグメントの長さを定める
    ステップを含むことを特徴とするガスタービンエンジン
    内の壁の冷却方法。
  20. 【請求項２０】 更に、連続的な前記セグメントの前記
    長さを選択的に減少させるステップを含み、これによ
    り、前記壁と前記流路内の前記冷却空気との間の熱伝達
    に良好な影響を与えることを特徴とする請求項１９記載
    のガスタービンエンジン内の壁の冷却方法。
  21. 【請求項２１】 前記各セグメントは、最初のセグメン
    トから始まり最後のセグメントに至るまで、選択的に長
    さが短くなっていることを特徴とする請求項２０記載の
    ガスタービンエンジン内の壁の冷却方法。
  22. 【請求項２２】 前記流路セグメントは、内向きにらせ
    んを描いていることを特徴とする請求項１９記載のガス
    タービンエンジン内の壁の冷却方法。
  23. 【請求項２３】 ガスタービンエンジン内の壁の冷却方
    法であって、この方法は、 第１の面と第２の面とを有する壁を設けるステップを含
    み、冷却空気が前記第１の面と接しており、コアガスが
    前記第２の面と接しており、 前記壁内に複数の流路を設けるステップを含み、前記各
    流路は、少なくとも１つの湾曲部によって互いに接続さ
    れた複数のセグメントを有し、前記セグメントの１つと
    前記第１の面の間に第１の開口部が延びており、前記セ
    グメントの他の１つと前記第２の面との間に第２の開口
    部が延びており、 所定の運転条件の集合において、前記壁に沿った複数の
    領域でそれぞれ予測される熱負荷を求めるステップと、 前記運転条件の集合において、前記各流路が特定量の熱
    伝達性能を提供するように、これらの各流路を選択的に
    調整するステップと、 前記流路の前記熱伝達性能が前記領域において予測され
    る前記熱負荷と実質的に等しくなるように、これらの流
    路を該領域に配置するステップと、を含むことを特徴と
    するガスタービンエンジン内の壁の冷却方法。
  24. 【請求項２４】 ガスタービンエンジン内の壁の冷却方
    法であって、 第１の面と第２の面とを有する壁を設けるステップを含
    み、冷却空気の供給源が前記第１の面と接しており、コ
    アガスの供給源が前記第２の面と接しており、 前記第１の面と前記第２の面との間で前記壁内に流路を
    設けるステップを含み、この流路は、少なくとも１つの
    湾曲部によって互いに直列に接続された複数のセグメン
    トを含んでおり、前記セグメントの１つと前記第１の面
    との間に入口開口部が延びており、前記セグメントの他
    の１つと前記第２の面との間に出口開口部が延びてお
    り、 前記ガスタービンエンジンに運転条件の集合を提供する
    ステップを含み、これらの運転条件は、前記壁に亘る圧
    力差と、前記出口開口部に隣接するコアガス圧力値と、
    を含み、 前記出口開口部に亘る所望の圧力差を求めるステップ
    と、 前記出口開口部に亘る前記所望の圧力差を用いて、前記
    出口開口部に隣接する前記流路内の冷却ガスの圧力を求
    めるステップと、 前記壁に亘る前記圧力差と前記出口開口部に隣接する前
    記流路内の前記冷却ガスの圧力とを用いて、複数の前記
    セグメントに亘る所望の圧力差を求めるステップと、 複数の前記セグメントに亘る前記所望の圧力差を提供す
    るように前記入口開口部の寸法を定めるステップと、を
    含むことを特徴とするガスタービンエンジン内の壁の冷
    却方法。
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