JPH07103803B2 - エ−ロフオイルの冷却される壁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、膜冷却に係り、更に詳細には膜冷却されるエ
ーロフォイルに係る。

従来の技術 内部キャビティより複数個の小通路を経て外面へ冷却空
気を導くことにより、エーロフォイルの外面を冷却する
ことはよく知られている。通路より流出する空気は、高
温のメインガス流とエーロフォイルの表面との間に冷却
空気の保護膜を形成するよう、通路の下流側へできるだ
け長い距離に亙りエーロフォイルの表面上の境界層中に
留まることが好ましい。通路の軸線がエーロフォイルの
表面となす角度及び通路の開口に於てエーロフォイルの
表面上を流れる高温のガス流の方向に対する通路の軸線
の関係は、膜冷却の有効性に影響を及ぼす重要な因子で
ある。膜冷却の有効性Ｅは、メインガス流の温度（Tg）
と通路の出口より下流側方向へ距離ｘの位置に於ける冷
却流体膜の温度（Tf）との間の温度差を、メインガス流
の温度と通路の出口に於ける冷却流体の温度（Tc）との
間の温度差にて除算した値として定義される。即ちＥ＝
（Tg−Tf）／（Tg−Tc）である。膜冷却の有効性は通路
の出口よりの距離ｘの増大と共に急激に低下する。でき
るだけ広い面積に亙りできるだけ長い距離に亙って膜冷
却の有効性を高い値に維持することがエーロフォイルの
膜冷却の主たる目標である。

当技術分野に於ては、冷却空気が圧縮機より抽出された
作動流体であり、それがガス流路より失われることによ
りエンジンの効率が急激に低下するので、エンジンのエ
ーロフォイルはできるだけ少量の冷却空気を用いて冷却
されなければならないことがよく知られている。エーロ
フォイルの設計者は或る特定の最小の流量の冷却流体流
量を使用してエンジンの全てのエーロフォイルを冷却し
なければならないという問題に直面している。内部キャ
ビティより個々の冷却流体通路を経てガス流路内へ流れ
る冷却流体の量は、冷却流体通路の最小断面領域（計量
領域）により制御される。計量領域は典型的には通路が
内部キャビティと交差する位置に設けられる。内外の圧
力が一定又は少なくとも設計者の制御の範囲を越えてい
るものと仮定すれば、エーロフォイルの内部より通ずる
全ての冷却流体通路及びオリフィスの計量領域の全体が
エーロフォイルよりの冷却流体の全流量を制御する。設
計者は、エーロフォイルの全ての領域がエーロフォイル
の材料の能力、最大応力、及び寿命の要件の点から考慮
しなければならない点により決定される臨界設計温度限
界以下に維持されるよう、通路の大きさ、通路間の間
隔、通路の形状及び方向を特定しなければならない。

理想的にはエーロフォイルの表面の100％を冷却空気の
膜にて覆うことが望ましいが、通路出口より流出する空
気は一般にガス流に垂直な通路出口の寸法よりも広くは
ないか又は殆ど広くはない冷却膜の帯を形成する。冷却
流体通路の数、大きさ、及び間隔に対する制限により、
保護膜の間に隙間が生じ、また膜冷却の有効性が低い領
域が生じ、これにより局部的なホットスポットが発生す
る。エーロフォイルのホットスポットはエンジンの運転
温度を制限する一つの因子である。

米国特許3,527,543号に於ては、或る与えられた通路よ
りの冷却流体が境界層内により一層良好に留まるよう、
断面円形の末広テーパ状の通路が使用されている。また
通路は、長手方向に又は或る程度ガス流方向へ向けて延
在する平面内に於ては、冷却流体が通路より流出して下
流側方向へ移動する際に冷却流体を長手方向に拡散させ
るよう配向されていることが好ましい。かかる構造に拘
らず、煙流による可視化試験及びエンジンのハードウェ
アの検査により楕円形の通路開口（米国特許第3,527,54
3号）よりの冷却流体膜の長手方向の幅は、冷却流体が
エーロフォイルの表面に放出された後には、精々一つの
通路出口の短軸の長さ程度にしか長手方向に膨張しない
ことが解った。かかる事実及び通路間の長手方向の間隔
が直径の３〜６倍であることにより、エーロフォイルの
表面には長手方向に互いに隔置された通路の間の領域及
びその下流側の領域にその列の通路よりの冷却流体を受
けない部分が生じる。米国特許第3,527,543号に記載さ
れた円錐形の傾斜された通路によっても、精々70％以下
のカバー率（隣接する通路開口の中心間距離のうち冷却
流体により覆われる部分のパーセンテージ）しか得られ
ない。

冷却流体通路より流出する空気の速度は、通路出口に於
けるガス流の圧力に対する通路入口に於ける空気の圧力
の比に依存している。一般にこの圧力比が高くなればな
る程出口速度が高くなる。出口速度が高すぎると、冷却
空気がガス流中を貫流し、有効な膜冷却を行うことなく
ガス流により持去られる。逆に圧力比が小さすぎると、
冷却流体通路内へガス流が侵入し、エーロフォイルの冷
却が局部的に完全に行われなくなる。エーロフォイルの
冷却が完全に行われなくなると一般に有害な結果が生
じ、そのため一般に安全のための余裕が設けられる。こ
の安全の余裕のための余分の圧力により設計は高い圧力
比にならざるを得ない。高い圧力比の余裕は膜冷却構造
の一つの好ましい特徴である。前述の米国特許第3,527,
543号に記載されている如く通路をテーパ状とすること
によって冷却空気の流れを拡散させることはかかる余裕
を与える点で有益なものであるが、この米国特許に記載
されている如く拡散角度を小さくすると（最大12°の角
度）、圧力比に対する膜冷却構造の感受性を低減するた
めに最も好ましいと考えられている値に出口速度を低減
するためには、通路が長くなり、従ってエーロフォイル
の壁の厚さが大きくなる。これと同一の制限が米国特許
第4,197,443号に記載された台形状の拡散通路に於ても
存在する。この米国特許に記載された二つの互いに垂直
な平面内に於ける最大の拡散角度は、テーパ状の壁より
冷却流体が剥離することがなく、また冷却流体がそれが
通路より高温のガス流中へ流出する際に通路を完全に充
填することを確保すべく、それぞれ７°及び14°に設定
されている。拡散角度にはかかる制限があるので、エー
ロフォイルの壁を厚くし、またエーロフォイル内の通路
をスパン方向へ傾斜させることによってのみ幅の広い通
路出口を形成し、また通路間の長手方向の間隔を小さく
することができる。拡散角度が大きいことは好ましいこ
とではあるが、従来技術によってはこのことを達成する
ことはできない。

特開昭55−114806号の第２図及び第３図（本願に於てそ
れぞれ第13図及び第14図として再現されている）には、
長手方向に延在する列として設けられた直線円筒状の通
路であってエーロフォイルの外面に形成された長手方向
に延在する溝に通ずる通路を有する中空のエーロフォイ
ルが記載されている。この出願に於ては、隣接する通路
よりの冷却流体の流れが互いに混ざり合い、冷却流体が
溝より流出してエーロフォイルの表面に到達する時点ま
でに溝の全長に亙り均一な厚さの冷却流体の膜を形成す
ることが記載されているが、本願発明者等が行った試験
によれば、円筒形通路よりの冷却流体は実質的に一定の
幅（実質的に通路の直径に等しい）の帯として下流側へ
移動することが解った。冷却流体の互いに隣接する帯が
混ざり合うことにより生じる拡散は遥かに下流側に於て
生じるので、その点に於ける膜冷却の有効性は多くのエ
ーロフォイルの構造に必要とされる有効性よりも遥かに
低い。

米国特許第3,515,499号には、エッチングされたウエハ
の積層体よりなるエーロフォイルが記載されている。完
成したエーロフォイルは、その外面に冷却空気の膜を形
成するよう冷却空気を放出する共通の長手方向に延在す
る溝まで内部キャビティより延在する複数個の長手方向
に隔置された通路を有する幾つかの領域を含んでいる。
この米国特許の第１図に於て、各通路はその入口よりそ
れが溝と交差する最小断面積の領域まで先細状をなして
いる。またこの米国特許の第９図の他の一つの実施例に
於ては、通路は小さい一定の大きさを有し、かなり幅の
広い溝に通じている。これら何れの構造も上述の特開昭
55−114806号について説明した欠点と同一の欠点を有し
ており、冷却流体はそれがメインガス流中へ流入する前
に溝を均一には充填せず、溝の下流側に於ける膜のカバ
ー率は100％よりもかなり低い値である。

エーロフォイルの外面を膜冷却することに関する他の刊
行物としては、米国特許第2,149,510号、同第2,220,420
号、同第2,489,683号、1956年３月16日に出版された
「フライト・アンド・エアクラフト・エンジニア（Flig
ht and Aircraft Engineer）」No.2460、Vol.69（292〜
295頁）があり、これらはリーディングエッジ又はエー
ロフォイルの圧力側面及び吸入側面を冷却するために長
手方向に延在する溝を使用することを開示している。こ
れらの刊行物に記載された溝は内部キャビティと直接連
通するようエーロフォイルの壁を完全に貫通して延在し
ている。これらの溝は構造的強度の観点からは好ましく
なく、またこれらの溝によれば流量が非常に大きくなら
ざるを得ない。

米国特許第4,303,374号には、エーロフォイルのトレー
リングエッジの切下げられた露呈面を冷却するための構
造が記載されている。この構造にはトレーリングエッジ
内の複数個の長手方向に隔置された末広通路が含まれて
いる。隣接する通路はそれらの出口端部に於て互いに近
接しており、切下げられた面上に冷却空気の連続的な膜
を形成する。

1971年にアメリカ合衆国ニューヨーク州のアカデミック
・プレス（Academic Press）より出版された「アドバン
シーズ・イン・ヒート・トランスファー（Advances in
Heat Transfer）」（ティ・エフ・アーヴィン・ジュニ
ア（T.F.Irvine,Jr.）及びジェイ・ピー・ハートネット
（J.P.Hartnett）編集）の第７巻の321〜379頁には、膜
冷却の技術の概略を示すリチャード・ジェイ・ゴールド
スタイン（Richard J.Goldstein）により著わされた
「フィルム・クーリング（Film Cooling）」と題する記
事が記載されている。この記事には、冷却されるべき壁
を完全に貫通して延在する種々の形状の細長い溝、及び
壁を貫通して延在する円形断面の通路が記載されてい
る。

発明の開示 本発明の目的は、高温のガス流が隣接して流れる壁を冷
却するための改良された手段を提供することである。

本発明によれば、冷却されるべき壁はその第一の側に於
ては冷却流体を導き、その第二の側に於ては高温ガスが
流れるよう構成されており、また冷却されるべき壁はそ
の内部に形成され第一の方向に延在する軸線を有する円
筒形の拡散チャンネルと、壁の冷却流体の側より延在し
チャンネルの円筒面と交差し計算された量の冷却流体を
チャンネルへ導入するよう構成された計量通路と、第一
の方向に細長い溝であって、円筒形チャンネルと実質的
にその全長に亙り交差して入口を形成し、壁の第二の側
の表面と交差して出口を形成している溝とを含み、計量
通路は円筒形チャンネル内へ冷却流体を導き冷却流体に
対し旋回運動を付与するよう配向されており、溝はチャ
ンネルの出口より壁の第二の側の表面上へ膜として冷却
流体を導くよう配向されている。

円筒形チャンネルはディフューザ及びスワーラとして作
用し、冷却流体が計量通路より流出する際にその流れに
乱流を発生させる。冷却流体は溝の入口を経てチャンネ
ルより流出し、拡散して溝全体を充填し、しかる後溝の
出口より流出して壁の表面上に於て溝の全長に亙り延在
する連続的な膜となる。旋回運動及び乱流によりチャン
ネル内に於て冷却流体が拡散され、従って旋回運動及び
乱流は冷却流体が溝全体を充填し、これにより冷却の有
効性をできるだけ向上させるべく溝の全長に亙り延在す
る連続的な冷却流体の膜を形成することを補助する機構
であると考えられる。

本発明は、ガスタービンエンジンのタービンセクション
に使用されるエーロフォイルの如き中空エーロフォイル
の壁を冷却するのに特に適している。エーロフォイルの
壁はエンジン内の何れかの領域より加圧された冷却流体
を受ける冷却流体コンパートメントを内部に郭定してい
る。溝は基本的には互いに近接して隔置された一対の壁
面を含んでおり、これらの壁面は溝の入口より出口まで
平行であってよく、また溝の入口近傍に於ては平行であ
りそれより下流側に於ては出口まで末広状をなしていて
もよい。溝はエーロフォイルのスパン方向に細長く形成
されていることが好ましい。円筒形チャンネルへ冷却流
体を供給する計量通路の数は溝の長さ（円筒形チャンネ
ルの長さと実質的に等しい）次第である。計量通路はチ
ャンネルの表面に対し実質的に接線方向に、即ち流体に
対しチャンネルの軸線の周りの旋回運動を付与するよう
な態様にて冷却流体をチャンネル内へ導くよう配向され
ていることが好ましい。溝の壁面は比較的小さい角度に
てエーロフォイルの高温の外面と交差しており、これに
より溝よりエーロフォイルの表面上へ高温ガスの流れ方
向に冷却流体を導き、これにより冷却流体がエーロフォ
イルの外面上の境界層中に留まり溝の出口より下流側へ
かなりの距離に亙りその状態を維持するようになってい
る。かくして冷却流体はエーロフォイルの表面と高温の
ガスとの間に熱衝壁を形成する。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 本発明の一つの例示的実施例として、符号10にて全体的
に示された第１図のタービンブレードについて説明す
る。第１図及び第２図に於て、ブレード10は中空のエー
ロフォイル12を含んでおり、該エーロフォイルはそれと
一体をなすルート14よりスパン方向、即ち長手方向に延
在している。エーロフォイル12のベース部にはプラット
フォーム16が設けられている。エーロフォイル12は外面
20及び内面22を有する壁18を含んでいる。内面22は長手
方向に延在する内部キャビティを郭定しており、該キャ
ビティは長手方向に延在するリブ30及び32により互いに
隣接し長手方向に延在する複数個のコンパートメント2
4、26、28に分割されている。ルート14内に設けられた
通路34及び36はコンパートメント24、26、28と連通して
いる。ブレード10がガスタービンエンジンのタービンセ
クションの如きその所期の環境に於て作動される場合に
は、圧縮機のブリード空気の如き適当な供給源よりの加
圧された冷却流体が通路34及び36内へ供給され、これに
よりコンパートメント24、26、28内が加圧される。

後に明らかとなる理由から、エーロフォイル12は翼弦方
向に延在する複数個のウエハ38にて形成されている。各
ウエハはエーロフォイル形の外部形状を有しており、複
数個のウエハが互いに積層され且互いに接合されると、
それらが全ての所要のチャンネル及びキャビティを有す
るエーロフォイル12を形成するよう、各ウエハには孔、
切欠き、チャンネル等が形成されている。かかる型式の
ウエハにて形成されたブレードやエーロフォイルは当技
術分野に於てよく知られている。例えばかかるブレード
やエーロフォイルは米国特許第3,515,499号や本願出願
人と同一の譲受人に譲渡された米国特許第3,301,526号
に記載されている。

添付の図に於て、矢印40はエーロフォイルの表面上を流
れる高温のガスの流れ方向（即ち流線）を示している。
本発明を説明する目的で、エーロフォイルの圧力側面又
は吸入側面上を流れる高温ガスの流れ方向は下流側方向
と見做される。かくしてエーロフォイルの吸入側面又は
圧力側面の任意の点に於ては、下流側方向はエーロフォ
イルの表面に対し接線方向であり、不規則な流れが発生
されるエーロフォイルの先端やプラットフォーム16に近
いエーロフォイルのベース部を除き、下流側方向はエー
ロフォイルのスパン方向に対し実質的に垂直である。

本発明によれば、エーロフォイル12はその壁18の吸入側
に長手方向に延在する溝42を含んでいる。溝42はエーロ
フォイルのスパン方向の実質的に全長に亙り延在してい
るが、本発明の他の一つの実施例に関する後の説明より
明らかとなる如く、このことは必須ではない。第３図乃
至第５図に示されている如く、溝42は互いに平行に互い
に近接して隔置され且互いに対向する状態にて長手方向
に延在する一対の面44及び46を含んでおり、これらの面
はエーロフォイルの外面20と交差して溝の長手方向に延
在する出口48を形成している。また壁18には円筒形のチ
ャンネル50が形成されており、該チャンネルは溝42の長
手方向に平行な軸線52を有しており、溝42と実質的に同
一の長さを有している。壁44及び46はチャンネル50の面
54と交差し、これにより溝の入口56を形成している。複
数個の円筒形（又は他の適当な断面形状）の計量通路58
がチャンネル50の長手方向に沿って互いに隔置されてい
る。各計量通路58はエーロフォイルの内面22と交差して
複数個の入口60を郭定しており、またチャンネル50の面
54と交差して計量通路の出口62を形成している。かくし
て通路58は冷却流体コンパートメント26とチャンネル50
とを流体的に連通接続している。

第５図の分解斜視図に於て、二つの互いに隣接するウエ
ハはそれらに形成された溝42の一部及びチャンネル50の
対応する一部を有しており、これらの部分は各ウエハの
全厚に亙り延在している。各計量通路58の半分の部分が
互いに隣接するウエハの互いに対向する面に形成されて
おり、これによりこれらのウエハが互いに接合されると
完全な計量通路が形成されるようになっている。互いに
隣接するウエハの全ての界面に計量通路58が存在する必
要はないが、説明の目的で第４図に於ては互いに隣接す
るウエハの全ての界面に計量通路が示されている。

第３図に最もよく示されている如く、計量通路58はチャ
ンネル50の面54に対し実質的に接線方向へ冷却流体をコ
ンパートメント26よりチャンネル内へ導き、これにより
冷却流体に対しチャンネルの軸線52の周りの旋回運動を
付与するよう配向されている。冷却流体が計量通路58よ
り流出すると、その冷却流体は拡散する。何故ならば、
チャンネル50の容積は冷却流体をチャンネル内へ導く全
ての計量通路58の合計の容積よりも何倍も大きいからで
ある。冷却流体が拡散しながら旋回することにより、冷
却流体が接触するチャンネル50の表面積が増大されるこ
とによって熱伝達性が改善される。

溝42はその出口48より下流側方向へ冷却流体を導くよう
配向されている。面44及び46は約40°以下、最も好まし
くは30°以下の比較的小さい角度にてエーロフォイルの
外面20と交差していることが好ましい。このことにより
冷却流体の流れがエーロフォイルの外面に垂直な方向に
高温のガス流中を貫流することが低減される。冷却流体
が過剰に貫流すると、溝の出口48の下流側に於て冷却流
体の膜としてエーロフォイルの表面に付着するのではな
く、冷却流体がエーロフォイルの表面20よりすぐに拭い
去られてしまう。これ以降の説明の便宜の目的で、溝の
面44及び46の互いに他に対する相対的位置関係及び下流
側方向40に対する位置関係の点に鑑み、面44を下流側面
と呼び、面46を上流側面と呼ぶこととする。

チャンネル50内に於て冷却流体を旋回運動させることは
本発明の一つの重要な特徴である。従って計量通路58が
実質的に溝42の平面内に中心線を有していないことが重
要である。計量通路58及び溝42が互いに整合されると、
計量通路よりの冷却流体は直線に沿って溝42内へ流入し
てしまう。その場合には冷却流体のかなりの部分がそれ
が溝内へ流入し溝内を通過する際にも、断面円形の凝集
性の高い流れのままとなる。従ってこの場合には冷却流
体は溝の出口48の長手方向に沿う複数の位置にて狭い範
囲に冷却流体が集中した状態にて溝の出口より流出する
ことになる。計量通路58及び溝42は、冷却流体がチャン
ネル50内に於て（第３図の矢印51の方向に）旋回するだ
けでなく、それがチャンネル50内に於て強制的に大きく
方向転換せしめられて溝の入口56へ進入せしめられるよ
う円筒形のチャンネル50に対し配向されていることが最
も好ましい。旋回、方向転換、乱流のかかる組合せは、
計量通路58よりの比較的少量の冷却流体を膨張させて溝
42の比較的大きい容積を完全に充填させる点に於て有益
である。このことは、溝の出口48の下流側に於けるエー
ロフォイルの表面に形成される冷却流体の膜が溝の全長
に亙り連続的であることが必要とされる場合に重要であ
る。

第６図は本発明による冷却流体通路の他の一つの実施例
を示している。尚第６図に於て、第３図に示された部材
に対応する部材には第３図に付された符号と同一のダッ
シュ付の符号が付されている。この実施例に於ては、計
量通路はその他の一つの許容し得る配向を示すべく位置
が変化されている。また溝の面44′及び46′は溝の入口
56′より短い距離に亙り平行であるが、下流側面44′は
平行部より下流側に於ては好ましくは10°以下の小さい
角度θにて面46′より離れる方向へ延在している。この
ことにより、冷却流体が溝の出口に於て噴射される際の
下流側方向40に対する角度が低減され、このことにより
冷却流体が溝の出口より下流側に於て壁に付着すること
が補助される。

本発明の他の一つの実施例が第１図、第７図、第８図に
示されている。第１図に示されている如く、エーロフォ
イル12は長手方向に互いに隔置された一列の溝70を有し
ており、これらの溝にはコンパートメント24より冷却流
体が供給されようになっている。各溝70は円筒形のチャ
ンネル72と連通しており、チャンネル72の軸線は溝70の
スパン方向の長手方向と平行である。各チャンネル72は
一つの計量通路74と交差している。この実施例と第３図
乃至第５図に示された実施例との間の重要な差異は、溝
70がスパン方向に細長い出口76を有してはいるが、出口
のスパン方向の長さがかなり短いということである。円
筒形のチャンネル72の長さもこれに対応して短く設定さ
れている。この実施例に於ては、各溝70の長さが短いの
で、それぞれの溝に一つの計量通路74しか必要とされな
い。溝の断面積は膜冷却の有効性を最適化し得る任意の
値に設定されてよい。

第８図に示されている如く、各溝70、チャンネル72、及
び計量通路74の互いに対向する半分の部分が互いに隣接
するウエハ38の互いに当接し互いに接合される表面に形
成されており、これにより互いに隣接するウエハが接合
されると、溝70、チャンネル72、通路74の対応する半分
の部分が互いに整合されてコンパートメント24よりエー
ロフォイルの外面20まで延在する完全な冷却流体通路を
形成するようになっている。

明瞭化の目的で、第１図及び第２図に示されたエーロフ
ォイル12は大きく簡略化されている。実際のタービンエ
ーロフォイルは溝48と同様の幾つかの溝と、溝70と同様
の幾つかの列の溝又は当技術分野に於てよく知られた他
の形状のスパン方向に延在する幾つかの列の冷却流体通
路を含んでいる。本発明の溝及び冷却流体通路を含むこ
れらの溝や冷却流体通路はエーロフォイルの圧力側又は
吸入側の何に設けられてもよい。かくして図に示された
エーロフォイルは本発明を説明するためのものであり、
本発明の範囲を限定するものではない。

比較の目的で、本発明による冷却流体通路を有する平坦
なプレートが、第９図乃至第11図に示された形状（これ
以降「ベースライン」（基準）形状と呼ぶ）を有する冷
却流体通路（これらも平坦なプレートに形成されてい
た）との比較に於て試験された。第９図乃至第11図の通
路は拡散角度が10°である点を除き米国特許第4,197,44
3号に記載された形状の孔と同様である。第12図のグラ
フはこの試験の結果を示している。第12図に於て、横軸
は冷却流体通路より流出する冷却空気の出力流量に直接
関係する数に対する冷却流体通路の出口よりの距離ｘ
（出口を越えて流れるメインガス流の方向）の比である
無次元のパラメータＰである。また縦軸は冷却流体通路
の出口より距離ｘ下流側の位置における上述の如く定義
される膜冷却の有効性Ｅの測定値である。可能な最大の
冷却の有効性は1.0である。これらの試験についての曲
線上の各点は、ベースライン形状の孔200の列の全長に
亙り又は溝の全長に亙り測定された複数の温度の平均値
である。Ｐは通路の出口よりの距離に直接関係してお
り、また出口より下流側方向への距離がこれらの試験に
於ける唯一の変量であるので、Ｐは通路の出口より下流
側方向への距離の指標と見倣されてよい。

曲線Ａは第９図乃至第11図に示されている如く試験プレ
ート202を貫通する一列のベースライン形状の孔200につ
いての曲線である。第９図に於て平面Aeに於て測定され
た通路の出口の断面積をAe（出口面積）とし、平面Amに
於て測定された計量部204（第９図参照）の断面積をAm
（計量面積）とすれば、各通路の面積比Ae/Amは3.6であ
った。また互いに隣接する計量部204の中心間距離をｐ
とし（第10図参照）、計量部の有効直径（断面積がAmで
ある円の直径）をｄとすれば、直径に対するピッチの比
p/dは6.58であった。

曲線Ｂは長さが約17inch（432mm）であり、幅が1.6inch
（41mm）であり、厚さが0.75inch（19mm）である平坦な
試験プレートに形成された本発明の冷却流体通路につい
ての曲線である（プレートの厚さは冷却されるべき壁の
厚さに対応している）。円筒形のチャンネル及びチャン
ネルに交差する溝はプレートの実質的に全長に亙り約1
6.3inch（414mm）延在していた。円筒形のチャンネルの
軸線に垂直な断面に於ては、プレートは第６図に示され
ている如き形態をなしていた。角度αは90°であり、角
度θは10°であり、角度γ′は20°であり、面積比Ae/A
mは8.2であり、直径に対するピッチの比p/dは5.48であ
った。断面積Aeは面46′に垂直な第６図の平面Aeに於て
測定された。また断面積Amは第６図の平面Amに於て測定
された計量通路58′の断面積の合計であった。ピッチｐ
は隣接する計量通路58′の中心間距離であり、直径ｄは
計量通路の有効直径、即ち計量通路と同一の断面積を有
する円の直径であった。この試験に於ては、計量通路は
断面円形であり、約0.16inch（4mm）の有効直径を有し
ていた。円筒形のチャンネルの軸線52′と出口平面Aeと
の間の距離ｓは約0.45inch（11mm）であった。

ベースライン形状の孔と比較した場合に於ける本発明に
より得られる膜冷却の有効性Ｅの改善は大きく、第12図
のグラフより容易に理解される。例えば、Ｐ＝20及びＰ
＝100に於ては、ベースライン形状の孔は本発明の試験
形状の場合よりも小さい約0.05の冷却の有効性を有して
いた。Ｐ＝1000に於ては、両者の差異は約0.03であっ
た。通路の出口に於ける冷却流体の温度が1200°Ｆ（64
9℃）であり、メインガス流の温度が2600°Ｆ（1427
℃）であるものと仮定すれば、冷却の有効性が0.02増大
することにより、冷却流体の質量流量が同一である場合
についてみて冷却流体膜の温度が約28°Ｆ（15.5℃）低
下する。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が組込まれた中空のタービンブレードを
その一部を破断して示す正面図である。 第２図は第１図の線２−２に沿う断面図である。 第３図は第２図の線３−３により示された領域を示す拡
大部分図である。 第４図は第３図の線４−４に沿う部分断面図である。 第５図は第１図のエーロフォイルの二つの互いに隣接す
るウエハの一部の分解斜視図であり、本発明の冷却流体
通路を示している。 第６図は本発明の冷却流体通路の他の一つの構造を示す
第３図と同様の解図である。 第７図は第２図の線７−７により示された領域を示す拡
大部分図である。 第８図は第１図のエーロフォイルの二つの互いに隣接す
るウエハの一部の分解斜視図であり、第７図の冷却流体
通路を示している。 第９図乃至第11図は本発明との比較を行うための冷却流
体通路のベースライン形状を示す解図である。 第12図は本発明の冷却通路の形状の膜冷却の有効性を第
９図乃至第11図に示されたベースライン形状の膜冷却の
有効性と比較するために使用されてよいグラフである。 第13図及び第14図はそれぞれ特開昭55−114806号の第２
図及び第３図を再現する図である。 10…タービンブレード,12…エーロフォイル,14…ルー
ト,16…プラットフォーム,18…壁,20…外面,22…内面,2
4、26、28…コンパートメント,30、32…リブ,34、36…
通路,38…ウエハ,42…溝,44、46…面,48…出口,50…チ
ャンネル,52…軸線,54…面,56…入口,58…計量通路,60
…入口,62…出口,70…溝,72…チャンネル,74…計量通
路,76…出口,200…孔,202…試験プレート,204…計量部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−172407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−114806（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−32903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−98105（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下流側へ向かう方向に流れる高温のガスに
   曝される外面と、加圧された冷却流体を受ける冷却流体
   コンパートメントの一部を郭定する内面とを有する冷却
   される壁にして、 前記壁内に形成され、前記の下流側へ向かう方向に対し
   垂直な方向に延在する細長い入口及び出口と、鋭角にて
   前記外面と交差して前記出口を形成する互いに隔置され
   且互いに対向する一対の側面とを含む溝と、 前記壁内に前記溝の延在方向と同じ方向に延在する軸線
   を有する円筒面を郭定し、該円筒面が前記溝の両側面と
   実質的にその全長に亙って交差して前記溝の入口を郭定
   するよう構成された円筒形の拡散チャンネルと、 前記壁内に形成され、前記溝内へ流入する冷却流体の流
   量を制御する少なくとも一つの計量通路であって、前記
   壁の前記内面と交差して該計量通路の入口を形成し又前
   記拡散チャンネルの前記円筒面と交差して該計量通路の
   出口を形成し、前記拡散チャンネル内へ冷却流体を導
   き、前記拡散チャンネル内にある冷却流体に前記拡散チ
   ャンネルの軸線の周りの旋回運動を付与するよう配向さ
   れた少なくとも一つの計量通路と、 を含む冷却される壁。