JPS62165502A - エ−ロフオイルの冷却される壁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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紅で外面へ冷却空
気を導くことにより、エーロフオ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二一口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た
け長い距離に亙す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オイルの
表面となす角度及び通路の開口に於てエーロフオイルの
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。膜冷却の何効性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１ヌに於
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　−Ｔｒ　）　／　（Ｔｇ　−Ｔｃ　
）テある。

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たけ
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
とがエーロフオ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
フオイルの設計者は成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オイルを冷却し
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
る冷却流体のごは、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。Ｊ’２￥領域は典型的には通
路か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、エーロフオイルの内部より通
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＆Ｑを制御する
。設計者は、エーロフオイルの全ての領域がエーロフオ
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オイルの表面の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ラトスホントが発生
する。エーロフオ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、成る与えられ
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か使用されてい
る。また通路は、長手方向に又は成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、格円形の通路開口（米国特許
第３，５２７，５４３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か解った。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
、エーロフオ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。一般にこの圧力比か高くなればな
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、
宵効な膜冷却を行うことなくガス流により持上られる。

逆に圧力比が小さすぎると、冷却流体通路内へガス流か
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。エーロフオ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
めの余硲が設けられる。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バ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て有
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、またエーロフオイル内の通路を
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
ることかできる。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。

特願昭５５−１１４８０６号の第２図及び第３図（本願
に於てそれぞれ第１５図及び第１６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
エーロフオ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オイルの表面に到
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か解った。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オ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、エツチングされ
たウェハの積層体よりなるエーロフォイルが記載されて
いる。完成した二ニ口フォイルは、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平方向
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（ｉ’ｉｆれの構造も上述の特願昭５５−１１４
８０６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、１
９５６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（Ｆｌｉｇｂｔ　ａｎｄ　Ａ
ｉｒｃｒａｒｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ）　Ｊ　Ｎ　ｏ　。

２４６０、Ｖｏｌ、６９　（２９２〜２９５頁）かあり
、これらはリーディングエツ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
連通ずるようエーロフオ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足か非常に大きくな
らざるを得ない。

米国特許第４．３０３．３７４号には、エーロフオイル
のトレーリングエツ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
グエツジ内の；隻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
ツク・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）より出
版された「アトパンシーズ・イン・ヒート・トランスフ
ｙ　−（Ａｄｖａｎｃｅｓ　Ｉｎ　ｌ１ｅａｔ　Ｔｒａ
ｎｓｒｅｒ　）　Ｊ（ティ・エフ・アーヴイン・ジュニ
ア（Ｔ、Ｆ、１ｒｖｌｎｅ、Ｊｒ、）及びジェイ・ピー
・ハートネット（Ｊ、Ｐ。

ＩＩ　ａ　ｒ　ｔ　ｎ　ｅ　ｔ　ｔ　）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・ジエイ・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（ＦｉｌｆｆｌＣｏｏｌｉｎｇ）　Ｊ
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内部に位置す
る底面と高温のガスが隣接して流れる市に位置する出口
とを有する細長い溝を含んでおり、少なくとも一つの計
量通路が壁の反対側に設けられた冷却流体の源より溝ま
で延在し、溝の底面近傍に於て溝の一方の面と鋭角にて
交差し、これにより計量通路より流出した冷却流体が溝
の反対側の面に衝突し、これにより冷却流体が実質的に
溝全体を充填するようになっており、溝は高温のガスが
隣接して流れる壁の面に近接して冷却流体の膜を形成す
るよう配向されている。

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のエーロフォイル
の薄い壁を冷却するのに特に適している。エーロフオイ
ルの壁は内部に冷却流体コンパートメントを郭定してお
り、該コンパートメント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。溝は基本的には互いに
近接して隔置された一対の壁を含んでおり、これらの壁
は互いに平行又は作かに末広状をなしていてよい。

溝は冷却されるべき壁を完全には貫通して延在していな
い。溝はエーロフオイルのスパン方向に細長いことが好
ましい。一つ又はそれ以上の計量通路が冷却流体コンパ
ートメントより溝まで延在し、溝の底面近傍に於て溝と
交差している。計量通路は溝へ流入する冷却流体の流量
を制御する比較的小さい断面積の部分を有している。

各計量通路はそれが溝の壁の一方と交差し、溝の反対側
の壁に対し鋭角にて冷却流体の流れを導き、これにより
溝の壁に対し乱流による衝突冷却を行い、また溝内に冷
却流体を拡散させるよう配向されている。溝の壁は４０
°又はそれ以下、最も好ましくは３０°又はそれ以下の
比較的小さい角度にてエーロフオイルの高１品の外面と
交差し、これにより溝より高温ガス流の方向へ冷却流体
を導き、これにより冷却流体が溝の下流側のかなりの距
離に亙りエーロフオイルの外面上の境界層中に留まるよ
うになっていることが好ましい。かくして冷却流体はエ
ーロフオイルの表面と高温のガスとの間に熱衝壁を形成
する。

一つの溝当りの計量通路の数は溝の長さ、溝の出口の断
面積、及び計量通路の断面積次第である。

溝の大きさ及び方向、計量通路の大きさ及び計量通路の
間の間隔は、溝の出口より十分な距離に亙り高温の壁に
付着する連続的な膜として冷却流体が溝より流出するよ
う選定される。またできるだけ少量の冷却流体を使用し
てできるだけ広い面積の表面を冷却し得るよう種々のパ
ラメータが選定される。

また本発明はブレードのプラットフォームを冷却するた
めにも使用されてよい。この場合には、プラットフォー
ムに溝が形成され、溝はガス流に曝されるプラットフォ
ームの表面に出口を釘している。計量通路はプラットフ
ォームの下方の冷却流体コンパートメントより溝の一方
の面に交差するよう延在している。冷却流体は溝の他方
の面に衝突し、溝より流出してプラットフォームの表面
に膜を形成する。

以下の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、ガスタービンエン
ジンのタービン組立体の一部が簡略化された斜視図とし
て第１図に示されている。組立体１０は複数個のブレー
ド１４が固定的に取付けられたディスク１２を含んでい
る。この実施例に於ては、各ブレード１４は中空のエー
ロフォイル１６を含んでおり、該エーロフオイルはそれ
と一体をなすルート１８よりスパン方向、即ち長手方向
に延在している。エーロフオイル１６のベース部にはこ
れと一体をなすプラットフォーム２０が設けられている
。エーロフォイルはプラットフォームに対し実質的に垂
直に延在している。この実施例に於ては、ルート１８は
通常のもみの水彩をなしており、ディスク１２のリム部
に設けられた対応するもみの水彩の溝２２内に］成人し
ている。サイドプレートや他の適当な手段がブレード１
４及びディスク１２の軸線方向に面する端面に当接し、
これによりブレードがディスク内に保持され、またプラ
ットフォームの下面２８とディスクのリム部３０との間
に形成されたコンパートメント２６を経て、また各ルー
ト１８の下方にて軸線方向に延在するチャンネル３２を
経てタービン段を横切って流れる冷却流体の流れが制御
されるようになっている。第１図に於ては、サイドプレ
ート３３がタービン組立体１０の下流側に配置されてい
る。

タービン組立体１０と共働するサイドプレートや他のガ
スタービンエンジンの構成要素（図示せず）が、当技術
分野に於て周知の態様にてコンパートメント２６及びチ
ャンネル３２内の冷却流体の圧力及び流量を制御するよ
うになっている。

第２図にはディスク１２より取外された状態の一つのブ
レード１４が正面図として示されている。

第２図及び第３図に最もよく示されている如く、エーロ
フォイル１４は外面３６及び内面３８を有する壁３４を
含んでいる。内面３８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４６及び４８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４０．４２．４４に分割
されている。ルート１８内に設けられた通路５０はコン
パートメント４０と連通しており、ルート１８内に設け
られた通路５２はコンパートメント４２及び４４と連通
している。工・ンジンの運転中には、通路５０及び５２
にはチャンネル３２（第１図参照）より加圧された冷却
流体が供給される。この流体は例えば圧縮機のブリード
空気であってよい。

本発明の一つの実施例によれば、エーロフオイル１６は
その壁３４の吸入側に長手方向に延在する溝５４を含ん
でいる。溝５４はエーロフオ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、このことは必須ではない
。第４図及び第５図に於て、ｌＲ５４は底面５５と、互
いに近接して隔置され互いに対向し長手方向に延在する
一対の而５６及び５８とよりなっており、面５６及び５
８はエーロフオイルの外面３６と交差して溝の長手方向
に延在する出口５９を形成している。壁３４内に設けら
れた複数個の計量通路６０が溝５４の底面５５の近傍に
於て而５６と交差し、これにより計量通路の出口６２を
形成している。各通路６０の他端はエーロフオイルの内
面３８と交差して計量通路の入口６４を形成している。

通路６０は溝５４の長さに沿って長手方向に互いに隔置
されており、コンパートメント４２より溝内へ計量され
た流量の冷却流体を供給する。図示の実施例に於ては、
通路６０は円形の断面を有しているが、断面形状は本発
明にとって重要ではない。

、通路６０は、壁の衝突冷却を行い、また溝内にて冷却
流体を拡散させるべく、出口６２より溝の反対側の而５
８に対し鋭角にて冷却流体を導く方向に設けられている
ことが好ましい。図示の好ま璧い実施例に於ては、通路
６０は９０６の角度にて面５８に対し冷却流体を導くよ
うになっている。

この角度は６０°以下であることか好ましい。この角度
が９０°以下の範囲に於ては、溝の出口へ向けてではな
く、溝の底面５５へ向けて冷却流体を導くことが好まし
い。

本明細書に於て、下流側方向とはエーロフオイルの外面
上を流れる高温のガス、即ち作動媒体ガスの流れ方向で
ある。この方向が図に於て矢印３５により示されている
。溝５４は、それより流出する冷却流体の主たる速度成
分が下流側方向であるよう配向されている。このことに
より溝の而５６及び５８は第４図に於て記号θｌ及びθ
２により示された比較的小さい角度にてエーロフオイル
の外面３６と交差することが必要である。これらの角度
は約４０°以下、特に３０°以下であることが好ましい
。図示の実施例に於ては、面５６及び５８は溝の底面５
５より計量通路６０の出口６２を伜かにすぎる位置まで
平行に延在している。

更に面５６は好ましくは５〜１０°の小さい角度αにて
面５８より離れる方向へ末広状をなしている。このこと
により更に冷却流体が拡散され、それを溝の出口より下
流側に於てエーロフォイルの表面により一層近付けて導
くことが補助される。

ｌ苗５４及び通路６０は任意の好適な手段により形成さ
れてよい。これらを形成するための最も好ましい手段は
、プレート１４を製造するための方法、ブレードを構成
する何科、溝や通路の大きさ、特に計量通路６０の大き
さく用途によっては直径０、　０１０ｉｎｃｈ　（０，
２５ｍ＋ｎ）の程度の小さい値であることが必要とされ
る）の如き幾つかの因子次第である。ブレードが一片の
鋳物である場合には、直径の非常に小さい計量通路を鋳
造によって形成することは困難でありまた高価である。

ブレードが鋳造によって形成された後にかかる通路を形
成するだめの一つの方法が第６図に示されている。溝５
４はブレードを鋳造する際にエーロフオイルに鋳造によ
って形成されてよく、或いは鋳造されたエーロフオイル
に対し機械加工、例えば放電加工（ＥＤＭ）や他の適当
な方法により形成されてよい。適当な大きさの計量通路
６０は例えばレーザ穿孔、放電加工、又は他の適当な方
法によりエーロフォイルの外部より壁３４の厚さを貫通
して完全に機械加工され得る。計量通路が形成された後
に、小径の棒体よりなるプラグ６６が通路のうち溝の而
５８よりも前方の部分内の所定の位置にろう付け、溶接
、又は他の方法により固定される。或いはまた、通路を
外面に於て閉ざすために表面溶接が使用されれてもよい
。更にエーロフオイルの外面に対しセラミックの熱障壁
被覆を適用することも通路を塞ぐのに十分である。

前述の如く、計量通路６０の最適の数は溝のスパン方向
の長さ、計量通路の出口断面積に対する溝の出口断面積
の比等によって異なる。極端な場合の一例として、第２
図のエーロフオイル１６はそれぞれスパン方向の長さが
比較的短い一列の溝６８を含んでいる。谷溝６８は互い
に近接して隔置され長手方向に延在し互いに対向する一
対の面７０及び７２を含んている。図示の実施例に於て
は、而７０及び７２は溝の底面７４より出口アロまて互
いに平行である。谷溝６８には、９０６の角度にて而７
０と交差しこれにより計−通路の出口８０を形成する一
つの８１量通路７８により冷却流体が供給される。計量
通路の入口８１はキャビティ４０と連通している。また
この実施例に於ては、谷溝６８の互いに対向する端壁８
３は角度βの２倍に等しい角度にて互いに離れる方向へ
末広状をなしている。角度βは０〜４０″の範囲の任意
の角度であってよい。

第２図乃至第８図について説明した型式の冷却流体通路
の他の一つの用途は、ブレード１４のプラットフォーム
２０（第１図参照）を冷却することである。この用途は
第１図、第９図、及び第１０図に最もよく示されている
。第２図の溝５４と同様の溝８２がプラットフォーム２
０に鋳造又は他の方法により形成されており、満８２は
プラントフオームの上面８６に細長い出口８４を有して
おり、上面８６上をエンジンの高温のメインガス流が流
れるようになっている。この実施例に於ては、プラント
フオームの下面２８は溝８２を深く形成し得るよう、そ
の溝の長さに沿って半径方向内方へ延在する突起８８を
含んている。突起８８内に設けられた複数個の４瓜連路
９０は９０°の好ましい角度にて溝の面９２と交差して
おり、これにより計量通路の出口９４を形成している。

計量通路の入口９６はプラットフォームの下方のコンパ
ートメント２６内の冷却流体と連通しており、該入口は
溝の出口８４に於けるメインガス流中の冷却空気の圧力
よりも高い圧力の冷却空気を受けるようになっている。

明瞭化の目的で、第１図に示されたブレードは大きく単
純化されている。実際のタービンのエーロフオイルは例
えば溝５４と同様の幾つかの溝と、溝６８と同様の幾つ
かの列の溝又は当技術分野に於て周知の他の形態のスパ
ン方向に延びる幾つかの列の溝とを含んでいる。これら
の溝及び通路はエーロフオイルの圧力側又は吸入側の何
れに設けられていてもよい。ブレードのプラットフォー
ムも他の位置に溝８４と同様の追加の溝を有している。

かくして図に示されたブレード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、第２図乃至第５図について説明した形状
と同様の形状を有する冷却流体通路を存する平坦な試験
プレートが、第１１図乃至第１３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）の−列の
孔（これらも平坦なプレートに形成されていた）との対
比に於て試験された。第１４図のグラフはこの試験の結
果を示している。第１４図に於て、横軸は冷却流体通路
より流出する冷却空気の質量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
下流側の位置に於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。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做されてよい。

曲線Ａは第１１図乃至第１３図に示されている如き試験
プレート２０２を貫通する一列のベースライン冷却流体
通路２００についての曲線である。

このベースライン形状は拡散角度が１０’である点を除
き、米国特許第４，１９７．４４３号に記載された冷却
流体通路と同様である。第１１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とし、平面Ａｎ＋
に於て測定された計量部２０４（第１１図参照）の断面
積をＡｍとすれば、各通路の面積比Ａｅ／Ａｍは１０．
０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
く第１２図参照）、計量部の有効直径（断面積がＡ＋＋
＋である円の直径）をｄとすれば、直径に対するピンチ
の比ｐ／ｄは６．５７であった。

本願発明者等は、これらのベースライン通路はフルに冷
却流体を流し、これにより７°の最大拡散角度を提案す
る前述の米国特許第４，１９７，４４３号の開示内容に
拘らず、通路の出口と実質的に同一の幅の冷却流体膜を
形成することを見出した。

曲線Ｂは直径に対するピッチの比Ｐ／ｄか６．５７であ
り、面積比Ａｅ／Ａｍが３．６である第１１図乃至第１
３図に示された形状と同一のベースライン形状を有する
通路についての曲線である。

曲線Ｃは平坦な試験プレートに形成され第４図及び第５
図と同様の断面形状を有する本発明による冷却流体通路
についての曲線である。第４図及び第５図に於ける角度
θｌは３０’であり、θ２は４０″であり、αは１０″
であり、面積比Ａｅ／Ａｍは１２．０であり、直径に対
するピッチのｉｔ：　ｐ　／　ｄは６．２２であった。

面積Ａｅは面５８に垂直な第４図の平面Ａｅに於て測定
された。また面積Ａｎ＋は出口６２に於ける計量通路の
断面積であった。ピッチｐは第５図に示されている如く
計２通路６０の間の間隔であった。更に直径ｄは計量通
路の出口６２の直径であった。

曲線りは、溝の面５６及び５８がその底面より出口まで
平行である（即ち角度αが０″である）本発明による冷
却流体通路についての曲線である。

この試験に於ては、θ２は４０″であり、直径に対する
ピッチの比は６．５７であり、面積比は４゜０であった
。

曲線Ａ及びＣにより示された試験は湾曲した風洞内に於
て行われたが、曲線Ｂ及びＤにより示された試験は平面
状の風洞内に於て行われた。本発明によれば、２０単位
の距離及び８０単位の距離に於てそれぞれ曲線Ｂ（ベー
スライン）と曲線Ｄ（本発明）との間の間隔である０、
２３及び０゜０８だけ膜冷却の有効性が増大された。ま
た曲線Ａ及びＣにより示された形状については、本発明
によれば、２０．６０．２００、及び８００単位の距離
に於て、それぞれ０．１１．０，０７．０゜０３．０．
０２だけ膜冷却の有効性が増大された。

かくして通路の出口に於ける冷却流体の温度が１２００
下（６４９℃）であり、メインガス流の温度が２６００
下（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見て冷却流体膜の温度が約２８
下（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踵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図はガスタービンエンジンのタービン組立体の一部
を示す斜視図である。 第２図は第１図に示されたタービン組立体の中空のブレ
ードをその一部を破断して示す正面図である。 第３図は第２図の線３−３に沿う断面図である。 第４図は本発明の一つの実施例に従って形成された冷却
流体通路を示す第３図の線４−４により示された部分の
拡大部分断面図である。 第５図は第４図の線５−５に沿う部分断面図である。 第６図は第５図の線６−６に沿う部分断面図である。 第７図は本発明による冷却流体通路の他の一つの実施例
を示す第３図の線７−７により示された部分の拡大部分
断面図である。 第８図は第７図の線８−８に沿う拡大部分断面図である
。 第９図はエーロフォイルのプラットフォームの冷却に使
用される本発明による冷却流体通路を示す第１図の線９
−９に沿う拡大部分断面図である。 第１０図は第９図の線１０−１０に沿う拡大部分断面図
である。 第１１図乃至第１３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１４図は本発明の冷却流体通路の形状の膜冷却の有効
性を第１１図乃至第１３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１５図及び第１６図はそれぞれ特願昭５５−１１４８
０６号の第２図及び第３図を再現する図である。 １０・・・タービン組立体、１２・・・ディスク、１４
・・・ブレード、１６・・・エーロフオイル、１８・・
ルート、２０・・・プラットフォーム、２２・・・溝、
２６・・・コンパートメント、２８・・・下面、３０・
・・リム部。 ３２・・・チャンネル、３３・・・サイドプレート、３
４・・・壁、３６・・・外面、３８・・・内面、４０１
，４２．４４・・・コンパートメント、４６．４８・・
・リブ、５０．５２・・・通路、５４・・・溝、５５・
・・底面、５６．５８・・・面、５９・・・出口、６０
・・・計量通路、６２・・・出口、６４・・・入口、６
６・・・プラグ、６８・・・溝、７０．７２・・・面、
７４・・・底面、７６・・・出口、７８・・・計量通路
、８１・・・入０．８２・・・溝、８４・・・出口。 ８６・・・上面、８８・・・突起、９０・・・計量通路
、９２・・・面、９４・・・出口、９６・・・人口特許
出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイ
ション 代　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　明　　石　
　昌　　毅ＦＩＧ、　１５ ＦＩＧ、　１６ （自　発） 手続補正書 昭和６２年２月４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 隣接して下流側方向へ流れる高温のガス流に曝されるよ
   う構成された外面と、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よう構成された
   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、互いに隔置され且互いに対向する
   一対の側面と底面とを含み、前記側面は前記外面と比較
   的小さい角度にて交差して細長い出口を形成する溝と、 前記壁内に形成され、前記溝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、前記計
   量通路は前記壁の前記内面と交差して前記計量通路の入
   口を形成し、前記一対の側面の一方と交差して前記計量
   通路の出口を形成しており、前記計量通路は前記一対の
   側面の他方の側面に対し冷却流体を導いて該他方の側面
   を冷却し前記溝内にて前記冷却流体を拡散させるよう配
   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。