JP2017198205A - タービンエンジン用のエーロフォイル - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン構成要素の壁上に配置された１つ以上の離散した突起部を利用して、タービンエンジンのエンジン重量を最小化するための方法および装置。【解決手段】壁は、エンジン重量を減少させるために公称厚さ１４２を有し得る一方で、該突起部１３４は、１つ以上の冷却孔１３６を供するために離散的に厚さを増加させることができる。突起部１３４における厚さの増加は、冷却孔１３６の有効性を高めるのに十分な長さ１６２を提供する厚さの増加をもたらす。【選択図】図５

Description

タービンエンジン、特にガスまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通り抜ける燃焼ガスの、複数の回転タービン動翼への流れから、エネルギーを抽出するロータリエンジンである。

航空機用のタービンエンジンは、エンジンの効率を最大化するために、高温で作動するように設計されることが多いので、特定のエンジン構成要素を冷却することが有益または必須となり得る。典型的には、冷却は、高圧および／または低圧圧縮機からの冷却用空気を、冷却を必要とするエンジン構成要素にダクトで送ることによって達成される。高圧タービンにおける温度は１０００℃乃至２０００℃であり得、圧縮機からの冷却用空気の温度は約５００℃乃至７００℃であり得る。圧縮機の空気は高温であるが、タービンの空気と比べると低温であり、タービンを冷却するために使用することができる。

現在用いられている、動翼等のエンジン構成要素は、必然的にエンジン重量全体の一部を占める。これらのエンジン構成要素の重量を減少させることが、エンジンの効率を高めるために望ましい。例えば、構成要素に対して薄壁を用いることによって、エンジン構成要素の重量減少を達成することができる。しかしながら、薄壁では、フィルム孔が貫通して延在し得る体積が減少するため、フィルム孔の効果が減少する可能性がある。したがって、エンジン構成要素には、システムの重量を減少させる一方で、冷却効率を維持するのに十分なフィルム孔の長さを提供する薄壁を用いることが望ましい。

米国特許第８０９２１７６号公報

一態様では、本発明の実施形態は、高温燃焼ガス流を発生させ、および冷却流体流を画定する冷却流体流を提供するタービンエンジンであって、該高温燃焼ガス流と該冷却流体流とを分離する壁を含む、該タービンエンジンの構成要素に関する。該壁は、高温燃焼ガス流に面する高温面と、冷却流体流に面する冷却面とを含み、公称厚さを有する。該構成要素は、さらに、該冷却面から延在する少なくとも１つの局在的なＲ形状の突起部と、該突起部および該壁を貫通して延在するフィルム孔とを含む。該フィルム孔は、壁の公称厚さよりも長い長さを有する。

他の態様では、本発明の実施形態は、第１流体流に隣接した第１側面と、第２流体流に隣接した第２側面とを備え、公称厚さを有する壁を含む、タービンエンジン用のエーロフォイルに関する。該構成要素は、さらに、該壁から延在する少なくとも１つの局在的なＲ形状の突起部と、該突起部および該壁を貫通して延在し、該壁の公称厚さよりも長い長さを有するフィルム孔とを含む。

さらに別の態様においては、本発明の実施形態は、冷却面を有するエンジン構成要素の冷却方法に関する。該方法は、冷却面に沿って冷却流体流を流すことと、冷却面から延在する突起部において、該冷却流体流の少なくとも一部をフィルム孔を介して供給することと、を含む。

図面は、以下のとおりである。
航空機用のガスタービンエンジンの概略断面図である。 図１のガスタービンエンジンのエーロフォイルの等角図である。 フィルム孔を有する突起部を含む壁を備えた図２のエーロフォイルの断面図である。 フィルム孔が突起部と壁とを貫通して延在した、該突起部を有する壁の斜視図である。 突起部、および冷却流体流の方向と交差するフィルム孔の縦断面を示す、図４に示す壁の断面図である。 突起部、および冷却流体流の方向のフィルム孔の縦断面を示す、図４に示す壁の断面図である。 冷却流体流と反対方向に延在するフィルム孔の他の実施形態の断面図である。 突起部の前方面上に導入口を有するフィルム孔のさらに他の実施形態の断面図である。 フィルム孔導入口が凹部に配置された、該凹部を有する突起部の断面図である。 冷却流体流の方向からオフセットされたフィルム孔を有する細長の突起部の斜視図である。

記載された本発明の実施形態は、エンジン構成要素の壁上に配置された少なくとも１つの突起部を備え、フィルム孔が該突起部と該壁とを貫通して延在した、タービンエンジン用のエンジン構成要素に関する。説明を目的として、本発明は航空機のガスタービンエンジンのタービンに関して記載することとする。しかしながら、本発明は、それに限定されず、エンジンの範囲内での一般的適用性、ならびに例えば他の移動体への応用および非移動体への工業的、商業的かつ居住的応用等である、航空機以外の応用での一般的適用性を有し得ることは理解されるであろう。

本願で使用されるように、「前方」または「上流」といった用語は、エンジン導入口、または他の構成要素と比べてエンジン導入口に比較的近い構成要素に向かう方向に移動することを意味する。「前方」または「上流」と共に使用される「後方」または「下流」といった用語は、エンジンの後部もしくは排出口に向かう方向、または他の構成要素と比べてエンジン排出口に比較的近い方向を意味する。

さらに、本願で使用するように、「半径の」または「半径方向の」といった用語は、エンジンの中心長手方向軸とエンジン外周との間に延びるディメンションを意味する。

全ての方向に関する言及（例えば、半径の、軸方向の、近位の、遠位の、上部、下部、上方、下方、左、右、横方向、前、後、先端部、底部、上側、下側、垂直方向、水平方向、時計回り、反時計回り、上流、下流、前方、後方等）は、読み手の本発明の理解を補助するよう識別目的のためのみに使用され、特に、本発明の位置、方向、または、使用に関して制限を設けるものではない。連結に関する言及（例えば、取付、結合、連結、および接合）は、広義に解釈されるべきであり、特に記載しない限り、要素群の間の中間部材、および要素間の相対移動を含み得る。このように、連結に関する言及は、２つの要素が直接的に連結され、互いに固定された関係であることを必ずしも暗示するものではない。例示的な図面は、説明のみを目的として提供され、本明細書に添付された図面に反映される寸法、位置、順番、および、相対的なサイズは変えられ得る。

図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概して長手方向に延びる軸線または前方１４から後方１６へ延びる中心線１２を有する。エンジン１０は、下流への直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、ならびに排気セクション３８を含む。

ファンセクション１８は、ファン２０を包囲するファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２回りに放射状に配置される複数のファン動翼４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成する。コア４４は、ファンケーシング４０と一体となることが可能であるコアケーシング４６によって包囲される。

エンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６と駆動的に連結する。ＬＰシャフトまたはスプール５０は、より大きい直径の環状のＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置され、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０と駆動的に連結する。スプール４８、５０は、エンジン中心線回りに回転可能であり、複数の回転可能な要素に連結して、ロータ５１を一体となって画定することができる。

ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６は、複数の圧縮機段５２、５４をそれぞれ含み、圧縮機段において、圧縮機動翼５６、５８の集合は、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れを圧縮または加圧する。１つの圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機動翼５６、５８が、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向外側に延びることが可能である一方で、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２が、動翼５６、５８の上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼および圧縮機段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。

圧縮機段の動翼５６、５８は、ディスク６１に搭載可能であり、ディスク６１はＨＰスプール４８およびＬＰスプール５０のうちの対応する１つに搭載され、各段がその専用のディスク６１を有する。圧縮機段の静翼６０、６２は、円周方向に配置されているコアケーシング４６に搭載され得る。

ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６は複数のタービン段６４、６６をそれぞれ含み、そこでタービン動翼６８、７０の集合は、対応する静的なタービン静翼７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れからエネルギーを抽出する。１つのタービン段６４、６６において、多数のタービン動翼６８、７０が、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向外側に延びることが可能である一方で、対応する静的なタービン静翼７２、７４が、動翼６８、７０の上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼およびタービン段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。

タービン段の動翼６８、７０は、ディスク７１に搭載可能であり、ディスク７１はＨＰスプール４８およびＬＰスプール５０のうちの対応する１つに搭載され、各段が専用のディスク７１を有する。圧縮機段の静翼７２、７４は、円周方向に配置されているコアケーシング４６に搭載され得る。

また、ロータ部に対して相補的に、圧縮機セクション２２およびタービンセクション３２における静翼６０、６２、７２、７４等のエンジン１０の固定部分は、個々にまたは総称してステータ６３と称される。このように、ステータ６３は、エンジン１０全体における非回転要素の組み合わせを意味し得る。

稼働時に、ファンセクション１８から流出する空気流は、空気流の一部がＬＰ圧縮機２４内に流れるように分岐され、続いて圧縮された空気流７６がＨＰ圧縮機２６に供給されて、さらに空気が加圧される。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気流７６は、燃焼器３０において燃料と混合して点火され、それによって燃焼ガスを生成する。ＨＰタービン３４は、ある仕事量をこれらのガスから抽出し、ＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰ圧縮機２４を駆動するために追加の仕事量を抽出するＬＰタービン３６へ排出され、排気ガスは、最終的に、排気セクション３８を経由してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動がＬＰスプール５０を駆動し、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。

加圧空気流７６の一部は、ブリード空気７７として圧縮機セクション２２から引き出され得る。ブリード空気７７は、加圧空気流７６から引き出されて、冷却を要するエンジン構成要素に供給され得る。燃焼器３０に流入する加圧空気流７６の温度は、有意に増加する。したがって、ブリード空気７７によって提供される冷却が、こうしたエンジン構成要素を、温度が高くなる環境で稼働させるために必要である。

空気流の残りの部分７８は、ＬＰ圧縮機２４およびエンジンコア４４をバイパスし、静翼列を介して、より詳細には、複数のエーロフォイルガイドベーン８２を含む出口ガイドベーンアセンブリ８０を介して、ファン排気側８４でエンジンアセンブリ１０から流出する。より具体的には、半径方向に延在するエーロフォイルガイドベーン８２の円周方向の列が、空気流７８の方向制御を行うように、ファンセクション１８に隣接して利用される。

ファン２０によって供給される空気の一部は、エンジンコア４４をバイパスすることが可能であり、エンジン１０の一部分、特に高温部分の冷却に用いること、および／または他の態様の航空機の冷却もしくは動力に用いることが可能である。タービンエンジンとの関連で、エンジンの高温部分は、通常、燃焼器３０の下流であり、特に燃焼セクション２８の直下流であるために最高温部分となるＨＰタービン３４を伴う、タービンセクション３２である。他の冷却流体の源は、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から排出される流体であり得る。

図２は、図１のエンジン１０のタービン動翼６８の形態でのエンジン構成要素の斜視図である。タービン動翼６８は例示的なものであり、エンジン構成要素が冷却を要する他の構成要素を含み得ることを理解されたい。タービン動翼６８は、ダブテール９０およびエーロフォイル９２を含む。エーロフォイル９２は、先端部９４から根元部９６までを含む。翼幅方向は、先端部９４と根元部９６との間で画定され得る。ダブテール９０は、プラットホーム９８と、排出口１０２を有する１つ以上の導入路１００とを含む。ダブテール９０およびプラットホーム９８は、根元部９６において隣接するエーロフォイル９２と一体化され得る。プラットホーム９８は、エーロフォイル９２によって推進されるタービン空気流を半径方向に含むように促す。ダブテール９０は、タービンロータディスク７１（図１）に搭載されるように構成され、エーロフォイル９２をエンジン中心線１０の周りに回転させ得る。導入路１００には、バイパス空気１０４等の空気の流れが供給され得る。バイパス空気１０４は、排出口１０２を介して排出され根元部９６でエーロフォイル９２に供給される。導入路１００がダブテール９０の本体内に収納されるように、ダブテール９０の断面が示されていることを理解されたい。

図３を参照すると、エーロフォイル９２は、その断面が示され、外壁１１２によって境界付けられた内部１１０を有している。外壁１１２は、凹状正圧側壁１１４と、凸状負圧側壁１１６とを含む。前縁１１８および後縁１２０が、正圧側壁１１４と負圧側壁１１６との間の接合部で画定され、前縁１１８と後縁１２０との間で翼弦方向の距離を画定する。エーロフォイル９２は、静翼と比較して、動翼として実装された場合に、正圧側壁１１４が負圧側壁１１６の後に続く方向に回転する。そのため、図３に示すように、エーロフォイル９２は、該頁の上方に向かって上向きに回転するであろう。

１つ以上のリブ１３０が、内部１１０に含まれる。リブ１３０は、正圧側壁１１４と負圧側壁１１６との間に延在し、内部チャンバ１３２を画定することができる。チャンバ１３２は、エーロフォイル９２内に画定される個々の区画であり得る。あるいは、チャンバ１３２は、エーロフォイル９２を介して翼幅方向に蛇行する蛇行流路を画定するように互いに流体連通し得る。リブ１３０およびリブ１３０によって画定されるチャンバ１３２は、例示的なものであり、制限するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。また、内部１１０またはそこに画定されるチャンバ１３２は、非限定的な例として、複数のプレナム、回路、超小型回路、壁近傍冷却システム、ピンバンク、または同様の構造を含み得ることが企図される。

突起部１３４が、外壁１１２上に配置され得る。突起部１３４は、離散的な部材であり、壁１１２の増加した厚さを画定する。非限定的な例では、突起部は、Ｒ形状、丸型形状、円錐形、円錐台形、ベル型、または非線形であり得る。突起部のさらなる例として、Ｒ形状、円形、長円形、楕円形、球形、楕円体形、または曲線形が挙げられ得るが、これらに限定されない。突起部１３４は、外壁１１２に一体化され得るか、または外壁１１２に搭載され得る。１つの非制限的な例として、突起部１３４は、付加製造を用いて、エーロフォイル９２上に形成され得る。任意の数の突起部１３４が、外壁１１２上またはリブ１３０上に含まれ得、また、翼幅方向もしくは翼弦方向の線形配置、パターン配置、またはランダム配置等の任意の方式で構成され得る。

さらに、突起部１３４は、エーロフォイル９２またはエンジン構成要素の内部壁上に形成され得ることが企図される。一例では、突起部１３４は、リブ１３０上に形成され得る。他の非限定的な例では、突起部１３４は、超小型回路、冷却メッシュ、プレナム、ピンバンク、または冷却を要する他の構成要素の構造体等の冷却構造体の壁上に配置され得る。

フィルム孔１３６は、突起部１３４を貫通して延在することができる。フィルム孔１３６は、外壁１１２上の突起部１３４を貫通して延在し、外壁１１２の外側表面に沿った、エーロフォイル９２を冷却するための冷却フィルムを提供することができる。加えて、１つの非限定的な例において、突起部１３４がリブ１３０等の内壁または内側構造上に配置された場合には、フィルム孔１３６は、連通孔等の冷却孔となり得る。さらなる例において、こうした冷却孔は、冷却流体の流れを、隣接する領域チャネルまたは超小型回路等の、エンジン構成要素の内部キャビティまたはチャンバ間に提供することができる。

フィルム孔１３２に流入するか、フィルム孔１３２を通過するか、またはフィルム孔１３２から排出する流体の流れを指向させるように、フィルム孔１３６が成形され得る。非限定的な例では、こうした成形体として、例えば、流体の流れを指向させる、合流セクション、分岐セクション、または流量調整セクションが挙げられ得る。合流セクションは、流体の流れの流速を増加させることができ、分岐セクションは、流体の流れの流速を減少させることができ、流量調整セクションは、そこを通過する流体の流れの流量調整をすることができる。成形体は、さらに、膨張セクション、または収縮セクションを含み得る。膨張セクションは、拡散セクションを形成するために徐々に増加する断面積を含み得、収縮セクションは、徐々に減少する断面積を含み得る。さらに、フィルム孔１３６の成形体は、非線形のフィルム孔１３６を含み得る。こうしたフィルム孔１３６は、湾曲通路を含むか、または突起部１３４の湾曲部をたどる場合がある。

突起部１３４は、壁１１８の対向側面で、対向流を有する任意の壁上に配置される場合があることを理解されたい。加えて、フィルム孔１３６は、突起部を貫通して、壁１１８の対向側面間に流れを供給することができる。

エンジン構成要素が、静翼、燃焼ライナ、シュラウド、または冷却を要する他の構成要素等の、動翼ではない場合の例では、突起部は、内壁または外壁等の任意の壁に配置され得、および、フィルム孔を含み、こうした壁を介して冷却フィルムを提供する流体の流れを供給することができる。したがって、図示されたエーロフォイル９２は例示的、かつ非限定的であり、突起部１３４が、フィルム孔を利用する任意の他のエンジン構成要素において同等の適用性を有し得ることを理解されたい。

図４は、突起部１３４を貫通して延在するフィルム孔１３６を有する１つの突起部１３４を示す。突起部は、第１側面１４４から、フィルム孔１３６内に連絡している丸型形状の導入口１５０まで延在する、非線形面を含む非直線形であり得る。図示された上面図では、突起部は円形である。他の非限定的な例では、突起部は、長円形、楕円形、球形、楕円体形、または曲線形であり得る。突起部１３４は、左右対称であり、冷却流体流Ｃの方向に平行な軸回りに均等であり得る。突起部１３４は、壁１４０上に配置される。壁１４０は、例えば、外壁１１２であっても、フィルム孔１３６を有する任意の他の構成要素の壁であってもよい。壁１４０は、公称厚さ１４２を有し、第１側面１４４と第２側面１４６とを備え、これらの側面が第１側面１４４と第２側面１４６との間の均一公称厚さ１４２を画定する。突起部１３４は円形延在部であり、第１側面１４４から第１流体流１４８内まで延在している。フィルム孔１３６は、円形突起部１３４の中心に配置され、導入口１５０と排出口１５２とを有する。通路１５４は、導入口１５０を排出口１５２と連結する。

公称厚さ１４２は、第１側面１４４と第２側面１４６との間の距離として定義される壁１４０の厚さであり得る。こうした公称厚さ１４２は、多くの異なる方法で決定され得る。例えば、壁の公称厚さ１４２は、壁１４０、エーロフォイル９２、またはエンジン構成要素上の熱負荷の関数である場合がある。他の例では、公称厚さ１４２は、稼働中の、壁１４０に作用する起振力の関数、壁１４０の対向側面間の圧力差の関数、または壁１４０に対する製造業者の要求負荷の関数である場合がある。公称厚さ１４２は、特定の壁１４０に対して最小稼働厚さを決定する等の、複数の方法で決定され得ることを理解されたい。また、公称厚さ１４２は、熱負荷、起振力、圧力差、負荷要求の関数である、壁１４０の最小稼働厚さであるか、または、他の同様な方法が、エンジンおよび個々のエンジン構成要素の安全稼働を維持するための最小稼働要求をそれぞれ示し得る。壁１４０の公称厚さ１４２は、エンジン重量を減少させ、エンジンの効率または性能を向上させ得る。

図５を参照すると、第１側面１４４は、冷却側または冷却面であり、冷却流体流Ｃ等の第１流体流１４８に隣接し得る。第２側面１４６は、高温側または高温面であり、高温ガス流Ｈ等の第２流体流１７０に隣接し得る。図５の突起部１３４の縦断面図には、突起部１３４の高さ１６０が示されている。高さ１６０は、突起部１３４が壁１４０から延在する最大の距離である。高さ１６０は、複数の異なる方法で決定され得る。例えば、高さ１６０は、公称厚さ１４２の関数である場合がある。一例では、高さ１６０は、公称厚さ１４２の少なくとも５０％であり得る。他の例では、高さ１６０は、公称厚さ１４２以上であり得る。さらに他の例では、高さは公称厚さ１４２の少なくとも１００％に等しい場合がある。高さ１６０は、公称厚さ１４２の５％から公称厚さ１４２の２００％以上までのいずれかであり得ることを理解されたい。

あるいは、高さ１６０は、フィルム孔１３６の関数である場合がある。フィルム孔１３６の長さ１６２は、導入口１５０と排出口１５２との間の距離として定義され得る。高さ１６０は、長さ１６２の関数であり得るが、特定のフィルム孔１３６が、効果的な流体の流れを提供するために特定の長さ１６２を必要とする場合がある。例えば、高さ１６０は、長さ１６２の少なくとも５０％であり得る。図５は、線形のフィルム孔１３６を示すが、フィルム孔１３６が線形である必要はなく、こうしたフィルム孔では、長さ１６２が導入口１５０と排出口との間の流線距離として測定される場合があることを理解されたい。図５に示されたフィルム孔１３６は、垂直のフィルム孔１３６であることが理解されるべきである。非線形のフィルム孔の場合、長さ１６２は増加するであろう。したがって、こうした場合には、高さ１６０は、長さ１６２の少なくとも３０％であり得ることを理解されたい。

さらに他の例では、高さ１６０は、フィルム孔１３６の直径１６４の関数として決定される場合がある。エンジン構成要素の構造的な完全性を維持するために、エンジン構成要素には、フィルム孔に対して特定の直径１６４が必要である可能性がある。直径１６４には、有効性を維持するために、フィルム孔１３６の特定の長さ１６２が必要であり、フィルム孔１３６に対して所要の長さと直径の比（Ｌ／Ｄ）が画定され得る。このように、十分なフィルム孔の有効性を提供するために、直径１６４またはＬ／Ｄ比は、高さ１６０の画定に使用され得る。

ここで図６を参照すると、突起部１３４の側縦断面図に、フィルム孔１３６の一配置方向が示されている。突起部１３４は、円錐形であり、フィルム孔１３６の導入口１５０において除去された部分を有し得る。あるいは、突起部１３５は、円錐体の縦断面を有し、突起部の側面の一方に配置された導入口１５０を備え得ることが企図される。第１冷却流１４８は、冷却流体流Ｃであり得る。壁１４０の第２側面１４６に隣接した第２流体流１７０は、高温ガス流Ｈであり得る。フィルム孔１３６は、第１流体流１４８および第２流体流１７０のうちの一方の方向に、または両方の方向に角度付けされ得る。したがって、導入口１５０は、冷却流体流Ｃに対して排出口１５２の上流に位置し得る。フィルム孔１３６がフィルム孔である例では、冷却流体流Ｃは、エンジン構成要素を冷却する冷却フィルム１７２として、フィルム孔１３６を介して第２側面１４６に供給され得る。

図７は、フィルム孔１３６の導入口１５０において円錐台形状を有する、丸み寸法を備えた突起部１３４の他の実施形態を示す。フィルム孔１３６は、冷却流体流Ｃに対して排出口１５２の下流に配置された導入口１５０を含む。こうした配置方向は、効果的なフィルム孔長さを提供すると共に、フィルム孔１３６からの流体の排出に対して複数の指向性能を提供するのに有利であり得る。図８は、導入口１５０が突起部１３４の中心からオフセットされた、フィルム孔１３６を備えた丸型の突起部を有する他の実施形態を示す。突起部１３４は、上流側１７４と下流側１７６とに分けられ得る。導入口１５０は、上流側１７４に配置され得る。こうした配置方向は、フィルム孔１３６に流入する流量を確定するのに有利であり得る。あるいは、導入口１５０は、下流側１７６、または突起部１３４上の任意の他の位置に配置され得ることが企図される。

図５〜図８に示すフィルム孔１３６の位置および配置方向は例示的なものであることを理解されたい。導入口１５０、排出口１５２の位置、およびその間に配置された通路１５４の寸法は、フィルム孔１３６を通る流量を制御するように調整され得るか、またはフィルム孔１３６を介した効果的な冷却を提供するようにフィルム孔１３６の長さ１６２、直径１６４、または長さと直径の比を調整し得る。また、フィルム孔１３６は、導入口成形または排出口成形によって設けられ、冷却流を介して流れる冷却流体に、さらに確定的な流れを提供し得ることが企図される。こうした例は、冷却流体を、エンジン構成要素のより大きな断面積にわたって供給することができる分岐排出口である可能性がある。

加えて、突起部１３４は、公称厚さ１４２、フィルム孔１３６の長さ１６２、直径１６４、またはＬ／Ｄ比等の、エンジン構成要素の一部に依存した高さ１６０を有し得ることが理解されるべきである。

ここで図９を参照すると、凹部１８０が、突起部１３４に形成され得る。凹部１８０は、付加製造の際等に、突起部１３４の一部として機械加工され得るか、または突起部１３４から除去されて凹部１８０を形成し得る。凹部１８０は、半球形状等の左右対称であり得るが、任意の形状が想定される。他の非限定的な例では、凹部１８０は、直線形状、または弓形状もしくはＲ形状、あるいはこれらの任意の組み合わせであり得る。フィルム孔１３６は、凹部１８０内に配置され、凹部１８０内に少なくとも部分的に形成された導入口１５０を有する。凹部１８０の大きさまたは形状は、フィルム孔１３６に供給される流体の流れの流量を制御するために、または壁１４０の公称厚さ１４２と組み合わせて構成要素の重量をさらに減少させるために利用され得る。

ここで図１０を参照すると、突起部１３４は、非対称形であり、細長形状またはオフセット形状を有し得る。こうした形状は、エンジン構成要素内の流体流を最適化するために、または流れを１つ以上のフィルム孔１３６に向けて指向させるために望ましい場合がある。また、フィルム孔１３６は、エンジン構成要素に沿った第１流体流１４８の方向からオフセットされ得る。突起部１３４における第１流体流１４８の離散方向は、突起部１３４上で置換軸１９０として置換され得る。通路１５４は、非線形フィルム孔が意図される一方で線形の例で示されているが、通路軸１９２を画定し得る。フィルム孔角度１９４は、置換軸１９０と通路軸１９２との間で画定され、フィルム孔１３６の第１流体流１４８に対するオフセット関係を画定することができる。さらに、フィルム孔１３６は、第１側面１４４と第２側面１４６との間の局所法線に対して角度付けされ得る。

フィルム孔１３６または突起部１３４のオフセット方向は、エンジン構成要素の個々の部分で、方向または大きさを変え得る隣接した流体の流れに対して離散的であり得ることを理解されたい。したがって、エンジン構成要素に沿った複数の突起部１３４は、整列またはパターン化される一方で、一部の突起部１３４またはフィルム孔１３６は、エンジン構成要素の一部分で第１流体流１４８の方向からオフセットされる。

エーロフォイル９２等のエンジン構成要素の冷却方法には、第１側面１４４等の冷却面が含まれ得る。該方法は、冷却面１４４に沿って冷却流体流Ｃを流すことと、冷却流体流Ｃの少なくとも一部を、冷却面１４４から延在する突起部１３４において、フィルム孔１３６等のフィルム孔を介して供給することと、を含み得る。冷却流体流Ｃの少なくとも一部を供給することは、冷却流体流の一部を突起部１３４において凹部１８０を介して供給した後に、冷却流体流Ｃをフィルム孔１３６に供給することを含み得る。加えて、冷却流体流Ｃの一部を凹部１８０を介して供給することによって、フィルム孔１３６で、またはエンジン構成要素の冷却面１４４に沿って、ダストの蓄積が最小になり得る。

エーロフォイル９２または冷却を要する他のエンジン構成要素は、突起部１３４内に配置されたフィルム孔等のフィルム孔１３６を利用することができると理解されるべきである。突起部１３４は、厚さの増加をもたらし、フィルム孔の長さ１６２を増加させ、フィルム孔１３６を介した効果的な冷却を提供することを可能にする。同時に、突起部１３４の使用により、エンジン構成要素の残りの部分が公称厚さ１４２を有することを可能にし、その結果、構成要素の重量が減少し、ひいてはエンジン重量全体が減少する。重量の減少は、より高いエンジン効率をもたらす。

公称厚さ１４２でのエンジン構成要素の製造可能性に対する公称厚さ１４２に起因して、エンジン構成要素の公称厚さ１４２内では実現不可能だと考えられていた、フィルム孔１３６の長さ、直径、またはＬ／Ｄ比の増加をもたらすために、突起部１３４は、突起部１３４を貫通するフィルム孔１３６を鋳造、穿孔、または成形するのに必要な面積以下を有して離散していることを理解されたい。

また、突起部１３４はＲ形状であり、冷却流体流Ｃ等の、突起部１３４に隣接した流体の流れ内に、突起部１３４が伸張することによって生じる抗力または抵抗を減少させる。その上さらに、Ｒ形状の突起部１３４またはその中の凹部１８０によって、ダストの蓄積を低減させるか、構成要素の寿命を延ばすか、または必要なメインテナンスを減じることができるようになる。

本明細書に記載のエーロフォイル、エンジン構成要素、突起部、またはフィルム孔は、付加製造によって形成され得ることが理解されるべきである。こうした製造は、例えば、鋳造等の製造の低歩留りを伴わずに、またはフィルム孔穿孔等の他の製造方法に付随した欠陥を有することなく、特定のフィルム孔成形等の、前述した精緻な細部を製作するために用いることができる。

本開示された設計の用途は、ファンセクションおよびブースタセクションを有するタービンエンジンに限定されるものではなく、ターボジェットおよびターボエンジンにも適用されることを理解されたい。

この記述は、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示して、かつ、いかなる当業者に対しても、任意の装置またはシステムを製作し用いることおよび任意の統合された方法を実行することを含んだ本発明の実施をすることができるようにもする。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含み得る。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。

［実施態様１］
高温燃焼ガス流（１７０、Ｈ）を発生させ、および冷却流体流（１４８、Ｃ）を提供する、タービンエンジン（１０）の構成要素であって、
前記高温燃焼ガス流（１７０、Ｈ）と前記冷却流体流（１４８、Ｃ）を分離する公称厚さ（１４２）を有し、前記高温燃焼ガス流（１７０、Ｈ）に面する高温面（１４６）と、前記冷却流体流（１４８、Ｃ）に面する冷却面（１４４）とを備えた壁（１１２、１４０）と；
少なくとも１つの局在的な、前記冷却面（１４４）から延在した突起部（１３４）と；
前記突起部（１３４）および前記壁（１１２、１４０）を貫通して延在し、前記壁（１１２、１４０）の前記公称厚さ（１４２）を超える長さを有するフィルム孔（１３６）と、を含む、前記構成要素。

［実施態様２］
前記フィルム孔（１３６）が、前記高温面（１４６）と前記冷却面（１４４）との間の局所法線に対して角度付された、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様３］
前記フィルム孔（１３６）が非線形である、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様４］
前記フィルム孔（１３６）が、導入口（１５０）と排出口（１５２）とを含み、前記導入口（１５０）と前記排出口（１５２）を接続する通路（１５４）を有する、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様５］
前記導入口（１５０）、前記排出口（１５２）、または前記通路（１５４）のうちの少なくとも１つが成形された、実施態様４に記載の構成要素。

［実施態様６］
前記突起部（１３４）が、上流側（１７４）と下流側（１７６）とを含み、前記上流側（１７４）に配置された前記導入口（１５０）を有する、実施態様４に記載の構成要素。

［実施態様７］
前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が前記公称厚さ（１４２）の少なくとも５０％である、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様８］
前記高さ（１６０）が前記公称厚さ（１４２）の少なくとも１００％である、実施態様７に記載の構成要素。

［実施態様９］
前記突起部（１３４）が、前記構成要素内の前記冷却流体流（１４８、Ｃ）の方向に平行な軸回りに左右対称である、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１０］
前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が、前記フィルム孔（１３６）の長さ（１６２）、直径（１６４）、または長さと直径の比のうちの１つの関数である、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１１］
前記突起部（１３４）が、上流側（１７４）と下流側（１７６）とを含み、前記上流側（１７４）に配置された前記フィルム孔（１３６）を有する、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１２］
前記少なくとも１つの突起部（１３４）が凹部（１８０）を含む、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１３］
前記フィルム孔（１３６）が、前記凹部（１８０）に配置された、実施態様１２に記載の構成要素。

［実施態様１４］
前記公称厚さ（１４２）が、前記構成要素の熱負荷、起振力、前記流体流（１４８、１７０）間の圧力差、または製造業者の要求負荷のうちの少なくとも１つの関数である、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１５］
前記突起部（１３４）が、付加製造によって形成される、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１６］
前記突起部（１３４）が、丸型形状、円錐形、円錐台形、または非直線形のうちの１つである、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１７］
前記少なくとも１つの突起部（１３４）に、１つのフィルム孔（１３６）が配置された、実施態様１に記載の構成要素。

［実施態様１８］
第１流体流（１４８）に隣接した第１側面（１４４）と、第２流体流（１７０）に隣接した第２側面（１４６）とを備え、および公称厚さ（１４２）を有する壁（１１２、１４０）と；
少なくとも１つの局在的な、前記壁（１１２、１４０）から延在した突起部（１３４）と；
前記突起部（１３４）および前記壁（１１２、１４０）を貫通して延在し、前記壁（１１２、１４０）の前記公称厚さ（１４２）を超える長さを有する冷却孔（１３６）と、を含む、タービンエンジン（１０）用のエーロフォイル（９２）。

［実施態様１９］
前記第１側面（１４４）が、前記エーロフォイル（９２）の内部表面であり、前記突起部（１３４）が、前記第１側面（１４４）上に配置された、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２０］
前記壁（１４０）が、前記エーロフォイル（９２）のリブ（１３０）である、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２１］
前記冷却孔（１３６）が、導入口（１５０）と排出口（１５２）とを含み、前記導入口（１５０）を前記排出口（１５２）と接続する通路（１５４）を有する、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２２］
前記導入口（１５０）、前記排出口（１５２）、または前記通路（１５４）のうちの少なくとも１つが成形された、実施態様２１に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２３］
前記突起部（１３４）が、上流側（１７４）と下流側（１７６）とを含み、前記上流側（１７４）に配置された前記導入口（１５０）を有する、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２４］
前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が前記公称厚さ（１４２）の少なくとも５０％である、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２５］
前記高さ（１６０）が前記公称厚さ（１４２）の少なくとも１００％である、実施態様２４に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２６］
前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が、前記冷却孔（１３６）の長さ（１６２）、直径（１６４）、または長さと直径の比のうちの１つの関数である、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２７］
前記少なくとも１つの突起部（１３４）が凹部を含む、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２８］
前記冷却孔（１３６）が、前記凹部（１８０）に配置された、実施態様２７に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様２９］
前記公称厚さ（１４２）が、前記エーロフォイル（９２）の熱負荷、起振力、前記第１流体（１４８）と第２流体（１７０）との間の圧力差、または製造業者の要求負荷のうちの少なくとも１つの関数である、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様３０］
前記突起部（１３４）が、付加製造によって形成される、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様３１］
前記突起部（１３４）が、丸型形状、円錐形、円錐台形、または非直線形のうちの１つである、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様３２］
前記少なくとも１つの突起部（１３４）に、１つのフィルム孔（１３６）が配置された、実施態様１８に記載のエーロフォイル（９２）。

［実施態様３３］
高温面（１４６）と冷却面（１４４）とを有するエンジン構成要素を冷却する方法であって、
前記冷却面（１４４）に沿って冷却流体流（１４８、Ｃ）を流すことと；
前記冷却面（１４４）から延在する局在的な突起部（１３４）において、前記冷却流体流（１４８、Ｃ）の少なくとも一部をフィルム孔（１３６）を介して供給することと、を含む、前記方法。

［実施態様３４］
前記冷却流体流（１４８、Ｃ）の少なくとも一部を供給することが、前記突起部（１３４）において前記冷却流体流（１４８、Ｃ）の一部を凹部（１８０）を介して供給した後に、前記冷却流体流（１４８、Ｃ）を前記フィルム孔（１３６）に供給することを含む、実施態様３３に記載の方法。

［実施態様３５］
前記冷却流体流（１４８、Ｃ）の前記一部を前記凹部（１８０）を介して供給することが、ダストの蓄積を最小化する、実施態様３４に記載の方法。

１０ エンジン
１２ 中心線
１４ 前方
１６ 後方
１８ ファンセクション
２０ ファン
２２ 圧縮機セクション
２４ ＬＰ圧縮機
２６ ＨＰ圧縮機
２８ 燃焼セクション
３０ 燃焼器
３２ タービンセクション
３４ ＨＰタービン
３６ ＬＰタービン
３８ 排気セクション
４０ ファンケーシング
４２ ファン動翼
４４ コア
４６ コアケーシング
４８ ＨＰスプール
５０ ＬＰスプール
５１ ロータ
５２ ＨＰ圧縮機段
５４ ＨＰ圧縮機段
５６ ＬＰ圧縮機動翼
５８ ＨＰ圧縮機動翼
６０ ＬＰ圧縮機静翼
６１ ディスク
６２ ＨＰ圧縮機静翼
６３ ステータ
６４ ＨＰタービン段
６６ ＬＰタービン段
６８ ＨＰタービン動翼
７０ ＬＰタービン動翼
７１ ディスク
７２ ＨＰタービン静翼
７４ ＬＰタービン静翼
７６ 加圧周囲空気
７７ ブリード空気
７８ 空気流
８０ 出口ガイドベーンアセンブリ
８２ エーロフォイルガイドベーン
８４ ファン排気側
９０ ダブテール
９２ エーロフォイル
９４ 先端部
９６ 根元部
９８ プラットホーム
１００ 導入路
１０２ 通路排出口
１０４ バイパス空気
１１０ 内部
１１２ 外壁
１１４ 正圧側壁
１１６ 負圧側壁
１１８ 前縁
１２０ 後縁
１３０ リブ
１３２ チャンバ
１３４ 突起部
１３６ フィルム孔
１４０ 壁
１４２ 公称厚さ
１４４ 第１側面
１４６ 第２側面
１４８ 第１流体流
１５０ 導入口
１５２ 排出口
１５４ 通路
１６０ 高さ
１６２ 長さ
１６４ 直径
Ｃ 冷却流体流
Ｈ 高温ガス流
１７０ 第２流体流
１７２ 冷却フィルム
１７４ 上流側
１７６ 下流側
１８０ 凹部
１９０ 置換軸
１９２ 通路軸
１９４ 冷却孔角度

Claims (10)

1. 高温燃焼ガス流（Ｈ）を発生させ、および冷却流体流（Ｃ）を提供する、タービンエンジン（１０）の構成要素であって、
   前記高温燃焼ガス流（Ｈ）と前記冷却流体流（Ｃ）を分離する公称厚さ（１４２）を有し、前記高温燃焼ガス流（Ｈ）に面する高温面（１４６）と、前記冷却流体流（Ｃ）に面する冷却面（１４４）とを備えた壁（１１２）と；
   少なくとも１つの局在的な、前記冷却面（１４４）から延在した突起部（１３４）と；
   前記突起部（１３４）および前記壁（１１２）を貫通して延在し、前記壁（１１２）の前記公称厚さ（１４２）を超える長さを有するフィルム孔（１３６）と、を含む、前記構成要素。
2. 前記フィルム孔（１３６）が、導入口（１５０）と排出口（１５２）とを含み、前記導入口（１５０）と前記排出口（１５２）を接続する通路（１５４）を有する、請求項１に記載の構成要素。
3. 前記導入口（１５０）、前記排出口（１５２）、または前記通路（１５４）のうちの少なくとも１つが成形された、請求項２に記載の構成要素。
4. 前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が前記公称厚さ（１４２）の少なくとも５０％である、請求項１に記載の構成要素。
5. 前記突起部（１３４）が高さ（１６０）を含み、前記高さ（１６０）が、前記フィルム孔（１３６）の長さ（１６２）、直径（１６４）、または長さと直径の比のうちの１つの関数である、請求項１に記載の構成要素。
6. 前記少なくとも１つの突起部（１３４）が凹部（１８０）を含む、請求項１に記載の構成要素。
7. 前記フィルム孔（１３６）が、前記凹部（１８０）に配置された、請求項６に記載の構成要素。
8. 前記公称厚さ（１４２）が、前記構成要素の熱負荷、起振力、前記流体流間の圧力差、または製造業者の要求負荷のうちの少なくとも１つの関数である、請求項１に記載の構成要素。
9. 前記突起部（１３４）が、付加製造によって形成される、請求項１に記載の構成要素。
10. 前記突起部（１３４）が、丸型形状、円錐形、円錐台形、または非直線形のうちの１つである、請求項１に記載の構成要素。