JP6706665B2 - 流体動力機械用翼およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、翼の表面を形成する壁構造により囲まれた内室を有する流体動力機械用翼に関する。この壁構造には翼の表面を内室に接続する開口が設けられる。さらに本発明は構成部材の付加製造（ＡＭ）方法に関する。

冒頭に述べた種類の流体動力機械用翼並びにこのような翼の付加製造（ＡＭ）方法は公知である。上述の翼はたとえばガスタービンまたは航空機タービンに使用することができる。それらは静翼並びに動翼として用いられる。

付加製造（ＡＭ）方法で製造されたタービン翼はたとえば特許文献１に記載されている。これによれば、タービン翼の内室に詰められ三次元的に広がる格子を備えたタービン翼を製造することができる。この内室は壁により囲まれており、この壁に内室をタービン翼の表面に接続する多数の孔を設けることができる。たとえば特許文献２に示されているように、このような開口はたとえば冷却ガスを翼の内室からその表面に搬送するために用いられる。このようにすれば冷却ガスによる翼の膜冷却が可能となる。

特許文献３には、付加製造（ＡＭ）方法により翼の内室がウェブの形の支持構造を備えることができることが記載されている。この支持構造は、翼の最大補強をできるだけ僅かな材料経費で可能にするという要求に応じるものである。特許文献４には、翼が支持内部構造とともに一つの作業工程で、すなわち翼の壁部も支持内部構造も層状にたとえばレーザー溶融などの付加製造（ＡＭ）工程でＣＡＤモデルを利用して製造できることが記載されている。

独国特許出願公開第１０２００９０４８６６５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０３３７５３Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００８/０２９０２１５Ａ１号明細書 国際公開第２００８/０４６３８６Ａ１号パンフレット

本発明の課題は、翼の改良された膜冷却を保証するようにした流体動力機械、特にガスタービンまたは航空機タービン用の翼を提供することにある。さらに本発明の課題は、このような翼の付加製造（ＡＭ）方法を提供することにある。

この課題は冒頭に述べた翼について本発明によれば、壁構造内の開口が多数のマイクロチャネルにより形成されるとともに表面の１つの面領域上に分布されることにより達成される。本発明の関連においてマイクロチャネルとは、チャネルが円断面を持たない限り直径が＜１ｍｍであるかもしくは横断面積が０．８ｍｍ^２を越えないチャネルを意味する。有利にはマイクロチャネルは＜０．１ｍｍの直径もしくは０．０８ｍｍ^２以下の横断面積を有することができる。

壁構造内の開口がマイクロチャネルとして形成されることにより、全ての冷却ガス導管に対し必要な全横断面の実現のために比較的大きい数のマイクロチャネルを設けることができる。これは同様に、比較的大きい数のマイクロチャネルを１つの面領域、すなわち二次元的な面の広がりを持つ領域上に分布できる結果を生じるので有利であり、この場合この面領域は全翼表面の一部領域または環流される翼表面の全領域を占めることができる。マイクロチャネルは規則的パターンまたは不規則に面領域上に分布させることができる。有利なのは、マイクロチャネルを１つのアレイにまたは１つのラスターに配置し、ラスターにより規定されるラスターセルをラスターの最も小さいユニットとして形成することである。たとえばマイクロチャネルを正方形または矩形のラスターに配置することが可能である。しかしラスターセルはハニカム状にすることもできる。さらにラスターセルは菱形または凧状にすることもできる。この場合、ラスターセルのジオメトリを面領域以上に変化させることも可能である。たとえば四角形のラスターセルとして、タービン翼の前縁からタービン翼の後縁まで広く延在させ、面単位当たりのマイクロチャネルの密度を前縁において後縁におけるよりも大きくすることが可能である。これにより冷却ガスの流出量が翼表面の種々の領域において変化するので有利である。

従来寸法のチャネルを有する翼に比してマイクロチャネルの数を多くすることにより、翼表面上に閉鎖された冷却膜をより確実に作ることが保証されるので有利である。また時間単位ごとの膜冷却量を比較的大きくし、翼表面上の冷却能力を大きくすることも可能である。これにより本発明によるタービン翼が組み込まれたタービンはより確実な運転が可能となるので有利である。これによりタービン翼のより高い運転温度が実現されるか、または運転温度は同じでも温度耐性の弱い材料を選定することができる。別の可能性は、翼の熱保護被覆層（サーマルバリアコーティング、略してＴＢＣ）を使用しなくても済むことである。同じ温度耐性の翼および／またはＴＢＣを備えた翼を使用した場合、その寿命は高まるので有利である。それゆえ本発明による翼を使用するとさらには、本発明により構成されたタービンの効率は運転温度が上昇しても改良されるので大きくなる。さらにタービン翼はより経済的に製作および運転することができ、その際効率の損失を見込む必要はない。

本発明の有利な実施形態では、マイクロチャネルはそれぞれ内室から表面に向って延在するようにされる。これは、各マイクロチャネルが個々に、翼の表面を内室から分離する壁構造を通る規定された行程を取ることを意味する。この行路区間にわたり流動する冷却ガスに一定の、特に直線状の方向を与えることができ、この方向は翼のジオメトリに関係して最適の冷却能力が得られるように設定できるので有利である。

本発明によれば冒頭に述べた課題は特に付加製造（ＡＭ）方法により解決され、これによれば翼をマイクロチャネルを含めて一作業工程で作ることができ、マイクロチャネルを作るための後加工の工程が不要となる。この方法はそれゆえ、１つの翼をマイクロチャネルの形の極めて多数の冷却ガス開口とともにそれなりの経費で作ることを可能にするので有利である。なぜなら付加製造される部材のジオメトリは部材の層状の構成のためにほぼ任意に複雑に選定でき、しかも製造経費はそれにより増大しないからである。

本発明による翼の別の実施形態によれば、マイクロチャネルは表面の法線ｎに対して翼横断面に測定して可変的な迎角φで、および／または翼の長手方向に測定して可変的な迎角δで方向付けられるようにされる。法線ｎが翼の表面に常に垂直であるのに対し、マイクロチャネルはまさにこの法線の延長として方向付けされるのではなく、翼表面において法線ｎとマイクロチャネルの出口方向との間の角度として測定された迎角を有するようにすると有利である。翼の横断面で測定される迎角φの変化においては、たとえばマイクロチャネルが、流体動力機械の翼の表面への流れの衝突角βが大きければ大きいほど小さい角度φを有するようにすると有利である。流れの衝突角βは最大で９０°に達し得る。こうすれば流れは翼に対し垂直に当たるが、これは近似的に翼の前縁の場合である。この領域ではそれゆえ翼材料の熱的負荷は最大である。なぜなら流れに連行される粒子が比較的大量に翼表面に当たるからである。さらに冷却膜はこの領域では、粒子の運動エネルギーが冷却膜の延在方向に垂直に方向付けられているので、最も早く破断する。このような現象には、マイクロチャネルが同様に表面に垂直に方向付けられる、すなわち角度φが０に等しいかこれに近いときに、もっともよく対抗し得る。冷却ガス粒子の運動エネルギーはこうすれば流れ粒子の運動エネルギーにまさに対抗するものとなり、これにより冷却膜の破断に対する最適な抵抗を作る。

流れが翼表面に沿ってかすめるような翼の吸い込み側および吐出側では事情は異なる。ここでは大きな角度φを持つマイクロチャネルの方向付けが有利であり、冷却ガスはマイクロチャネルから翼の流れ方向に出て行く。これにより冷却ガスは流れによって層状に翼表面で押し付けられ、これにより冷却ガスの膜が生じる。

翼の長手断面で測定される迎角δの変化は、翼のジオメトリにより到達が極めて困難な翼の箇所においても膜冷却を可能にする。たとえば翼壁の最小壁厚により翼の内室は翼の表面からある程度の間隔を有しなければならない。半径方向外側の翼縁ではマイクロチャネルは、翼縁に対し開いている角度δによって半径方向外側の縁と内室の距離にも拘わらずなおも到達可能なので、この領域でも冷却ガス膜は破断しないので有利である。

本発明の他の実施形態によれば、壁構造の壁厚が可変であるようにされる。この処置によっても、翼表面に出る冷却ガス量は面単位ごとに異なる大きさとすることができるので有利である。すなわち壁構造がより薄く形成されれば、それだけそれによって作られる流れ抵抗も小さくなる。チャネルはマイクロチャネルであるので、流れ抵抗は壁構造の壁厚が増すにつれすなわち迅速に上昇する。それゆえこれは、流出冷却ガス量に直接影響を与える構造上の指標として有利に使用できる。この場合自明のことであるが、翼の機械的負荷から生じる機械的に必要な最低壁厚は遵守されなければならない。

たとえば、壁構造の壁厚を、流体動力機械における翼の表面への流れの衝突角度が大きければ大きいほど、より薄くすれば有利である。上述のように翼の熱負荷はすなわち流れの表面への衝突角度がより大きい領域で大きくなるので、この領域においては相応して薄くなる壁厚を有する壁構造がマイクロチャネル当たりの冷却ガスの流量が大きくなる。翼のこの表面領域における冷却ガス流量が増大すれば、形成される膜がより安定化され、したがって流れの衝突によっては容易には剥がされなくなる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、面領域における開口と隣接開口との間の間隔ａを可変にすることができる。これも構造上の処置の一つであり、タービン翼の表面の面単位ごとの冷却ガス吐出量に影響を与えることができる。隣接マイクロチャネル間の間隔ａが小さければ小さいほど、提供される冷却ガス量は大きくなる。この効果は上述のように、たとえば翼の前縁の領域により大きな冷却ガス量を提供するのに利用することができる。

翼表面の面単位ごとの冷却ガス量に影響をあたえることのできる上述の構造的処置は当然ながら互いに組み合わせることも可能である。これによりたとえば、構造的理由から壁構造の壁厚をそれ以上は縮小できない領域でもたとえばマイクロチャネルの密度を増大して（すなわち互いの間隔ａを縮小して）吐出される冷却ガス量のさらなる増大を図ることが可能である。

本発明の特別な実施形態によれば、翼の内室に支持構造が設けられ、これを機械的に壁構造に結合させるとともに、この支持構造にチャネル系を設け、この系を介して支持構造に境接するマイクロチャネルに通じるようにされる。この場合チャネル構造は、支持構造に境接するマイクロチャネルよりも小さい流れ抵抗を有することが保証される。支持構造は翼の機械的強度に貢献するので有利である。これにより壁構造はより薄くすることができる。壁構造の壁が薄ければ薄いほど上述の理由から冷却ガスの最大供給可能量は大きくなり、冷却能力を有利に増大させる。この場合勿論、冷却ガスの供給可能量が支持構造の流れ抵抗により制限されないことが保証される必要がある。そのため支持構造により形成されるチャネル系は十分に小さい流れ抵抗を有する必要がある。

内部の支持構造による翼の増強により付加的に、翼がより僅かな材料経費で製造できるという利点が生じる。これにより一方ではタービンにおける可動部材の全質量が縮小され、タービンに対する機械的要求に正に作用する。たとえばタービンローターに対する軸受力が減少する。別の正の観点は、翼がそのわずかな質量により熱容量も小さくなる点にある。翼はこのためより少ない熱を吸収し、効果的な冷却により変形が少なくなる。最後にクリープ効果により生じる翼の変形はそのより小さい質量により減少するので、翼のクリープ耐性が増大し、より長い寿命が得られるので有利である。

支持構造は三次元格子により形成されると有利である。格子はそれぞれ節部に合流するウェブから構成される。これによりその質量に関して最適な強度効果を生じる骨組みが形成されるので有利である。これにより支持構造が小さい流れ抵抗を有することも保証され、マイクロチャネルへの冷却ガスの十分な供給が保証される。

さらに支持構造がその内部に冷却ガス用の供給チャネルを有し、この供給チャネルが支持構造よりも小さい流れ抵抗を示すようにすると有利である。これにより、冷却ガスが供給チャネルを介して支持構造の全領域に同量で供給できることが保証され、マイクロチャネルへの冷却ガスの均等な供給が保証される。

本発明の別の実施形態によれば、供給チャネルは支持構造からろ過構造を介して分離される。ろ過構造は、冷却ガスから粒子を保留し、粒子が支持構造を介してマイクロチャネルに到達しないようにする目的を果たすので有利である。これによりマイクロチャネルの閉塞の危険性が回避される。すなわちマイクロチャネルの閉塞が生じると、冷却ガスチャネルが閉塞された翼の表面領域では冷却ガス膜が破断され、翼の熱による損傷が起こり得るからである。

ろ過構造のろ過開口が、最大でマイクロチャネルの断面積と同じ断面積を有するようにすると有利である。これによりろ過構造は、冷却チャネルを閉塞させるような大きさの冷却ガス中の粒子をいかなる場合でも保留することが保証される。注記すべきことは、ろ過構造自体の閉塞のおそれはマイクロチャネルのそれより小さいことである。なぜなら冷却ガスは供給チャネル内でろか開口を通り過ぎるだけでごく僅かな部分量のみがろ過開口に達するからである。また個々のろ過開口の閉塞はマイクロチャネルの閉塞に比較して無害である。なぜなら閉塞されたろ過開口は冷却ガスにより迂回され、冷却ガスはろ過構造の背後にある支持構造内においてそれにも拘らずすべてのマイクロチャネル上に分布されるからである。それゆえ有利なのは、ろ過開口の全断面積がマイクロチャネルの全断面積と同程度とすることにある。これによりろ過開口を通る冷却ガスの体積流はマイクロチャネルに十分な冷却ガスが供給されるのに十分な大きさになる。この場合考慮すべきことは、ろ過構造が翼の壁構造よりもわずかな壁厚を有することにより、ろ過開口における圧力損失がマイクロチャネルにおけるそれより小さくなることである。ろ過開口の幾つかが閉塞してもそれゆえマイクロチャネルに冷却ガスを供給するのに十分な冷却ガス流量が保持される。

本発明の特別な実施形態によれば、供給チャネルは翼の表面に通じる出口開口に接続される。この出口開口は、供給チャネルに入り込む粒子を出口開口を介して翼の内室から搬送できるので有利である。出口開口はそれゆえ比較的大きな粒子も内室から搬出できるようにマイクロチャネルよりも大きな断面を有する。出口開口は有利には翼の表面において翼の吸い込み側にまたは翼の下流側の縁（後縁）に設けられる。これにより出口開口は翼表面で負圧に付勢され、これにより翼からの冷却ガスの流量が保証される。粒子はしたがっていわば吸い込まれることになる。

本発明の特別な実施形態によれば、供給チャネルの横断面は波型または蛇行型の輪郭を有するようにされる。これにより有利なことに当該横断面の外周は横断面積に比して大きいので、ろ過構造に比較的大きな外面が供される。これによりろ過構造により多くのろ過開口を設けることができ、上述のようなろ過構造上の十分に僅かな圧力降下という要求が達成される。上述の構造、すなわち支持構造、壁構造およびろ過構造では互いに個別的な移行を有するような不連続的な構造ではないようにしなければならない。有利な実施形態では支持構造から壁構造へのおよび／またはろか構造への移行は滑らかに形成することができる。換言すればこれらの構造により形成されるチャネル構造には断層は存在しない。これは、冷却ガスの流れが邪魔されずにしたがって僅かな圧力損失で搬送されるという利点を持つ。さらに機械的作用力は支持構造、壁構造およびろ過構造の間でより妨げられることなく導かれる。これは有利なことに翼の機械的安定性を改良する。

さらに供給チャネルの横断面を翼脚から半径方向外側に拡大するようにすることができる。これは出口開口からの粒子の搬出を改良する。なぜなら供給チャネルへの冷却ガスの圧力は半径方向外側に減少しこれにより粒子の搬送を支持するからである。

供給チャネルにウェブを設けると有利である。これらのウェブは供給チャネルの相対向する壁が相互に支持し合うので翼のさらなる安定性を導く。供給チャネルのウェブもろ過構造への滑らかな移行によりまたはろ過構造がない場合には支持構造への滑らかな移行により形成することができる。

特に有利なのは供給チャネルに冷却ガスのためのサイクロン分離器を組み込むことである。この分離器は、冷却ガスをろ過構造の通過前にサイクロン分離器に通して連行する粒子の一部から解放する作用をする。サイクロン分離器で分離された粒子は特別な出口チャネルを通して翼から搬出することができる。

本発明のさらなる詳細は以下に図面に基づいて説明する。同一または対応する図面中の部材はそれぞれ同じ符号で示され、個々の図面間に相違がある場合のみ繰り返し説明する。

図１は本発明による翼の一実施例の一部破断して示した側面図である。 図２は図１による翼の１つの横断面図である。 図３は図１による翼の異なる横断面図である 図４は図１による翼の異なる横断面図である 図５は図１による翼の異なる横断面図である 図６は図１による翼の異なる横断面図である 図７は壁構造、支持構造およびろ過構造を備えた図１による翼の構成部の断面詳細図である。 図８は壁構造、支持構造およびろ過構造を備えた本発明による翼の異なる実施例の断面詳細図である。

図１に示す翼１１は翼脚１２を有しており、この翼脚はタービンの図示しないロータに装入することができる。翼脚１２から翼羽根１３が半径方向外側に延びている。翼羽根１３は前縁１４と後縁１５を有しており、翼羽根の横断面は図２から６に示されている。図２から６に示されている切断面は図１にそれぞれ記入されている。

翼脚１２から翼羽根１３の半径方向外側の縁１６まで冷却ガス用供給チャネル１７が延びている。このチャネルは翼１１の非破断領域に破線で示されている。図から明らかなように供給チャンネル１７は翼脚内の入口開口１８から出口開口１９まで半径方向外側の縁１６の近くまで延びている。出口開口１９はまさに後縁１５に設けられている。供給チャネル１７の入口開口１８にはさらにサイクロン分離器２０があり、これにより冷却ガスからの粒子はまず供給チャネル１７を囲む環状室２１に入り、次いで出口チャネル２２を介して翼１１から搬出される。

図１にはさらに、翼１１の表面に冷却ガス用の開口２４が設けられることが示されている。この開口はマイクロチャネル２５（図２参照）により形成され、開口２４の断面積は０．８ｍｍ^２以下である。図１にはたとえば開口２４が面領域２６ａ、２６ｂ、２６ｃ上にどのように分布されているかが示されている。これらの面領域はそれぞれ開口２４のラスターを規定しており、たとえば面領域２６ａでは正方形のラスターに配置されている。ラスターセル２７ａは従って正方形であるが、これは矩形であってもよい（図示せず）。面領域２６ｂでは開口はハニカム状に配置されている。ラスターセル２７ｂはそれゆえ正六角形である。面領域２６ｃでは開口は湾曲軌道上にあるので、凧状のラスターセル２７ｃが形成される。このようにすれば、前縁１４近くの開口密度を後縁１５よりも大きくすることができる。

図２には図１のＩＩ−ＩＩ線切断図が示されている。翼の構成は切断面により特に容易に見て取れる。翼１１の表面２３は壁構造２８により形成される。この壁構造はマイクロチャネル２５を有するが、このチャネルは理解を容易にするため拡大断面で示している。さらに壁構造２８は内室２９を囲んでおり、これにマイクロチャネル２５が通じている。

内室２９の構成は以下の通りである。内室２９により区画される断面の中央には供給チャネル１７が形成されている。このチャネル自体はウェブ３１により安定化されており、ウェブは供給チャネル１７を橋絡し図面に垂直方向に流れる冷却ガスにより環流される。この流れにはウェブ３１はわずかな流れ抵抗を示すにすぎない。供給チャネルは図７、８に詳細図が示されているろ過構造３２により区画されている。図２にはこのろ過構造は単に実線で暗示されている。ろ過構造３２および壁構造２８は支持構造３３を介して互いに接続されており、支持構造３３は図２には十字状のハッチングで暗示されている。図７、８から明らかなように、支持構造３３はウェブ３４と節部３５を有する骨組みから成り、開放されたチャネル系３６を形成しており、これはろ過構造３２を壁構造２８に接続している。

図３に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線切断面、図４に示すＩＶ−ＩＶ線切断面、図５に示すＶ−Ｖ線切断面、図６に示すＶＩ−ＶＩ線切断面は構造的には図２の切断面に示すのと同様に構成される。図６だけには付加的に出口開口１９が示されており、これには供給チャネル１７が通じており、供給チャネルから粒子が搬送できるようにされている。

これとは別に図２から図６に示す切断面は図１に示す翼羽根１３のジオメトリによりあらかじめ定められる種々のトポロジーにより異なっている。図２の翼切断面がずんぐりしているのに対し、図６に示す翼切断面は引き延ばされて形成されている。これは一般的に公知の通常の翼ジオメトリに従ったものである。壁構造２８により囲まれる内室２９のジオメトリは、壁構造２８の厚みにより構造的に予め規定されるので必然的に翼切断面により変化する。図２〜６の全図から判ることは、翼の前縁１４の壁厚が翼の壁構造の以後の経過よりも薄く形成されていることである。一方では壁構造の湾曲度はここが一番大きくされており、これにより付加的に安定化されている。さらにこの範囲におけるマイクロチャネルの流れ抵抗が特に低いことが望ましい。流れ抵抗はマイクロチャネルの長さに直接関係するので、壁構造の壁厚が薄くなると流れ抵抗も小さくなる。

流れ抵抗が小さくなることは、図２に示すように衝突角度β_１が表面に接する接線３７にほぼ垂直なので必要なことである。冷却ガスの通流量が大きくなると従って翼の特に危険にさらされる前縁１４が過熱から保護される。

翼の以後の経過において流れが翼１１の表面２３に衝突する角度は、たとえばβ_２で見られるように益々小さくなる。翼のこの箇所ではそれゆえ冷却ガスは膜としてより容易に表面２３を覆うので、冷却ガスの必要性は少なくなる。これは、マイクロチャネル２５を壁構造のこの領域でより長くしこれにより流れ抵抗を大きくすることにより制御される。

壁構造２８の最後に挙げた箇所のマイクロチャネル２５の行程を長くすることは壁構造の厚さをより大きくすることばかりではなく、翼１１の表面２３に垂直な法線ｎに対する迎角φ（図７参照）によっても成立する。迎角φは衝突角β_２が小さいと冷却ガスの流れが膜として良好に表面２３を覆うようにさせる。これに対し前縁１４の領域では、冷却ガスが翼の流れに対向するようにして流れを遅くすることが望まれる。これによりこの領域でも表面２３の温度は低下される。図３〜６を見ると、迎角φに対するこの考察および壁構造の壁厚がこれらの図に角度を記入しなくてもまさに考慮されていることが明らかである。

更に明らかなことは、図２に示す供給チャネル１７が長く延ばされた波状または蛇行状の切断面を有することである。この範囲では従ってろ過構造３２の表面は拡大されるので、ろ過構造により作られる流れ損失を減少させることができる。図３〜６における供給チャネルの切断面と比較すると、供給チャネルの蛇行状の切断面がより小さくなることが判る。しかしその代わりに供給チャネルの断面積は全体として拡大されるので、ろ過構造の面積もより大きくなる。

図７では壁構造２８、支持構造３３およびろ過構造３２の協働作用がより明らかにされる。ここでは３つの構造の移行がそれぞれ非連続的である。支持構造３３はそのウェブ３４によりろ過構造３２および壁構造２８の壁面に直接留置されている。ろ過構造３２はろ過開口３８を有し、これにより供給チャネル１７がそれぞれ支持構造３３により形成されるチャネル系３６に接続されていることが見て取れる。チャネル系を介して冷却ガスは壁構造２８内に形成されているマイクロチャネル２５に到達する。

ろ過開口３８は図７に示すようにマイクロチャネル２５よりも小さい切断面を有する。これにより粒子３９ａがろ過開口３８を通過できないので粒子は冷却ガスから保留される。粒子３９ａはマイクロチャネル２５を閉塞させる危険のある大きさを有するからである。

比較的小さい粒子３９ｂは図７に示すようにろ過開口３８を通過する。しかしすぐわかることは粒子３９ｂが小さいので、問題なくチャネル系３６およびマイクロチャネル２５を通過できるので、これらを閉塞させるおそれはない。

図８は別様に構成された翼１１の切断面を示すものである。図１に示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断面が示されており、図８の翼１１は図１に示す翼１１ではないが、翼羽根の長手方向に沿う方向を示すためのものである。

図８から翼１１の表面２３に対する法線ｎからそれた角度δの方向が見て取れる。迎角δは図８の切断面では、この領域におけるマイクロチャネル２５が同様にチャネル構造３６から出なければならないが、しかしこのチャネル構造は供給チャネル１７と全く同様に半径方向外側の翼縁１６までは完全には近づくことができない限りにおいて、翼縁１６の近くにあることに意義を有する。冷却膜をできるだけ半径方向外側の翼縁１６に近づけるためには、それゆえ迎角δによってマイクロチャネル２５の開口２４をできるだけこの半径方向外側の翼縁に近づけることは有意義である。

図８からはさらに壁構造２８、支持構造３３、ろ過構造３２および供給チャネル１７の構造が見て取れるが、ここではこれら全ての構造により形成されるチャネル系の断層の形成が避けられている。ろ過開口３８が支持構造３３のチャネル構造３６に断層なしに通じていることも見て取れる。マイクロチャネル２５へのチャネル構造３６の移行も滑らかな断面移行により行われる。同様にこれはウェブ３１に対しても達成され、ウェブは供給チャネル１７へその安定性のために達している。

支持構造３３のウェブ３４と節部３５は図８では概略断面図で示されている。ウェブ３４は棒状の形成物なので、このウェブの環流は紙面の前後で容易に可能である。図８の印象ではチャネル構造３６が個々には流れ的に互いに接続されていないセルから成るように見えるが、これは従って誤りである。ろ過開口３８とマイクロチャネル２５の間の接続はそれゆえ保証される。

１１ 翼
１２ 翼脚
１３ 翼羽根
１４ 前縁
１５ 後縁
１６ 外側縁
１７ 供給チャネル
１８ 入口開口
１９ 出口開口
２０ サイクロン分離器
２１ 環状室
２２ 出口チャネル
２３ 翼表面
２４ 開口
２５ マイクロチャネル
２６ 面領域
２７ ラスターセル
２８ 壁構造
２９ 内室
３１ ウェブ
３２ ろ過構造
３３ 支持構造
３４ ウェブ
３５ 節部
３６ チャネル構造
３８ ろ過開口
３９ 粒子

Claims (17)

1. 翼の表面（２３）を形成する壁構造（２８）により囲まれる内室（２９）を有し、開口（２４）が壁構造（２８）に設けられ、前記翼の表面（２３）を前記内室（２９）に接続するようにした流体動力機械用翼において、
   前記壁構造（２８）における開口（２４）が多数のマイクロチャネル（２５）により形成され、
   前記多数のマイクロチャネル（２５）がそれぞれ個々に前記内室から前記表面に向かって延びており、
   前記多数のマイクロチャネル（２５）がそれぞれ冷却ガスの流れに一定の方向を予め与える行路区間を形成し、
   前記多数のマイクロチャネル（２５）が前記翼の表面（２３）の面領域（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）上に分布されており、
   翼の前記内室（２９）に支持構造（３３）が設けられ、前記支持構造（３３）が前記壁構造（２８）に機械的に結合されるとともにチャネル系（３６）を有し、前記チャネル系（３６）を介して前記支持構造（３３）に境接する前記マイクロチャネル（２５）に通じており、その際前記チャネル系（３６）が前記支持構造（３３）に境接する前記マイクロチャネルよりも小さい流れ抵抗を有し、
   前記支持構造（３３）が三次元格子により形成されており、
   前記支持構造（３３）がその内部に冷却ガス用の供給チャネル（１７）を有し、前記供給チャネル（１７）が前記支持構造（３３）よりも小さい流れ抵抗を有し、
   前記支持構造（３３）は前記チャネル系（３６）を介して冷却ガスが前記供給チャネル（１７）の外周を環流可能に構成されており、
   前記供給チャネル（１７）の横断面が、波型または蛇行型の輪郭を有し、
   前記波型または蛇行型の輪郭の変位量が翼脚から半径方向外側に向かって縮小され、
   前記供給チャネル（１７）の横断面が翼脚から半径方向外側に向かって拡大されることを特徴とする流体動力機械用翼。
2. 前記多数のマイクロチャネル（２５）がそれぞれ個々に前記内室（２９）から前記表面（２３）に向かって延びていることを特徴とする請求項１記載の翼。
3. 前記多数のマイクロチャネル（２５）が前記表面（２３）の法線ｎに対して翼の横断面で測定して迎角φで、または翼の長手方向に測定して迎角δで方向付けされており、
   前記迎角φ及び前記迎角δは、前記マイクロチャネル（２５）毎に異なる、
   ことを特徴とする請求項２記載の翼。
4. 前記多数のマイクロチャネル（２５）が流体動力機械における流れの前記翼の表面（２３）への衝突角度βが大きければ大きいほど小さい角度φを有することを特徴とする請求項３記載の翼。
5. 前記壁構造（２８）の壁厚が不均一であることを特徴とする請求項２から４の１つに記載の翼。
6. 前記壁構造（２８）の壁厚が流体動力機械における流れの前記翼の表面（２３）への衝突角度βが大きければ大きいほど薄くされることを特徴とする請求項５記載の翼。
7. 前記面領域（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）における開口（２４）の隣接開口（２４）との間隔ａが不均一であることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の翼。
8. 流体動力機械における流れの前記翼の表面（２３）への衝突角度βが大きければ大きいほど前記間隔ａが小さくされることを特徴とする請求項７記載の翼。
9. 前記供給チャネル（１７）がろ過構造（３２）により前記支持構造（３３）から分離されていることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の翼。
10. 前記ろ過構造（３２）におけるろ過開口（３８）が前記多数のマイクロチャネル（２５）と最大で同じ大きさの断面積を有することを特徴とする請求項９記載の翼。
11. 前記供給チャネル（１７）が前記翼の表面（２３）に通じる出口開口（１９）に接続されることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の翼。
12. 前記出口開口（１９）が前記翼の表面（２３）において翼の吸い込み側または翼の下流側縁にあることを特徴とする請求項１１記載の翼。
13. 前記ろ過開口（３８）の全横断面積が前記多数のマイクロチャネル（２５）の全横断面積と同じ及び大きいことを特徴とする請求項１０、および、請求項１０を直接的または間接的に引用する請求項１１から１２、の１つに記載の翼。
14. 前記支持構造（３３）から前記壁構造（２８）または前記ろ過構造（３２）への移行が滑らかに形成されることを特徴とする請求項９、請求項１０、および、請求項９を直接的または間接的に引用する請求項１１から１３、の１つに記載の翼。
15. 前記供給チャネル（１７）にウェブ（３１）が設けられることを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の翼。
16. 前記供給チャネル（１７）に冷却ガス用のサイクロン分離器（２０）が組み込まれることを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の翼。
17. 請求項１から１６の１つに記載の翼を作ることを特徴とする構成部材の付加製造（ＡＭ）方法。
    

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