JPS62165504A - 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オ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ｆｉｘの位置に於
ける冷却流体膜の温度（Ｔｒ）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ＩｓＸ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
ーロフオ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
エーロフオイルよりの冷却流体の全流量を制御する。設
計者は、エーロフオイルの全ての領域が二一口フォイル
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、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バ状の通路が使用されてい
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円に於ては、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３，５２７，５４３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オ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７０９６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。−役にこの圧力比が高くなればな
る程出口速度か高くなる。

出口速度か高すぎると、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が
侵入し、エーロフォイルの冷却か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戊は、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
フオイルの壁を厚くし、また二−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オ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
エーロフオイルか記載されている。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か記載されているが、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オイルの構造に必要とされる可動性
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。完成したエーロフオイルは、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′する曵故個
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
れか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願昭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、１
９５６年３月１６０に出版された「フライト・アンド・
エアクラフト・エンジニア（Ｆｌｆｇｈｔ　ａｎｄ　Ａ
ｊｒｃｒａｒｔ　ＥｎｇｊｎＯＯｒ）　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オイルの圧
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
連通ずるよう二一口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
ツク・プレス（Ａｃａｄ・ｅｍｉｃ　Ｐｒｃｓｓ）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　Ｔ
ｒａｎｓｆ’ｅｒ　）　Ｊ（ティ・エフ・アーヴイン・
ジュニア（Ｔ、Ｆ、１ｒｖｉｎｅ、Ｊｒ、）及びジエイ
・ピー・ハートネット（Ｊ、Ｐ。

Ｉｔ　ａ　ｒ　Ｌ　ｎ　ｃ　ｔｔ　＝＃＝）編集）の第
７巻の３２１〜３７−９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（Ｒｉｃｈ
ａｒｄ　Ｊ、Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ　）により著わされた
「フィルム・クーリング（Ｆｉｌｍ　Ｃｏｏｌｉｎｇ）
　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か
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量された量の冷却流体を
チャンネル内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、＝
１゛２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向上へ膜とし
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、しかる後腐の
出口より流出して壁の表面」二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か拡散され、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
可動性をできるた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でクション
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
！１；−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。ｌｔ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か好ましい。

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
溝の長さく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か好ましい。溝の
壁面は比較的小さい角度にてエーロフオイルの高温の外
面と交差しており、これにより溝よりエーロフオイルの
表面上へ高温ガスの流れ方向に冷却流体を導き、これに
より冷却流体かエーロフオ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を有する璧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
■数個のコンパートメント２４．２６．２８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、エーロフオイル１２は翼弦
方向に延在する複数個のウェハ３８にて形成されている
。各ウェハはエーロフオイル形の外部形状を宵しており
、複数個のウェハか互いに積層され且互いに接合される
と、それらか全ての所要のチャンネル及びキャビティを
有するエーロフオイル１２を形成するよう、各ウェハに
は孔、切欠き、チャンネル等が形成されている。かかる
型式のウェハにて形成されたブレードやエーロフオイル
は当技術分野に於てよく知られている。例えばかかるブ
レードやエーロフオイルは米国特許第３，５１５．４９
９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はエーロフオイルの表面上を
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、不規則な流れか発
生されるエーロフォイルの先端やプラントフオーム１６
に近いエーロフォイルのベース部を除き、下ａ　側方向
はエーロフオ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、二一口フォイル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
在しているか、本発明の池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を何
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の而５４と交差し、こ
れにより溝の入口５６を形成している。１０　ＦｊＩ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はエーロフオイルの内面２２と交差
して１隻数個の入口６０を郭定しており、またチャンネ
ル５０の而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ェ
ハはそれらに形成された／Ｉ？）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
各ウェ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ェ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ェハが互いに
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。

互いに隣接するウェ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
に隣接するウェ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−通路５８の合計の容積よりも
何倍も大きいからである。冷却流体か拡散しながら旋回
することにより、冷却流体が接触するチャンネル５０の
表面積か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。而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オイルの表面に付着す
るのではなく、冷却流体がエーロフオイルの表面２０よ
りすぐに拭い去られてしまう。

ご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５
８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４
２内へ流入してしまう。その場合には冷却流体のかなり
の部分か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）旋回するたけで
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図に示された部祠
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
か変化されている。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にて而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。谷溝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アロ
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、谷溝７０の長さか
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、谷溝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
に隣接するウェハ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ニ
ノーが接合されると、溝７０、チャンネル７２、通路７
４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
オイル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何する平坦
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゜４４３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を幼性は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１夏数の２．■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
做されてよい。

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２
００についての曲線である。第９図に於て平面Ａｅに於
てＪ１１定された通路の出口の断面績をＡｃ　　（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Ａｃ／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としく第１
０図参照）、計量部の１効直径（断面積か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１７１ｎｃｈ　（４３２＋＋ｕｎ）で
あり、幅が１　、　６１ｎｃｈ　（４１ｍｍ）であり、
厚さが０．７５１ｎｃｈ　（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１６
．　３ｉｎｃｂ　（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／Ａｆｆｌは８，２であり
、直径に対するピッチの比ｐ／ｄは５．４８てあった。

断面積Ａｃは而４６′に垂直な第６図の平面ＡＯに於て
測定された。また断面積Ａｍは第６図の弔面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は計量通路の自゛効直径、即ち計量通路と同一の
断面積を符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゜１６１ｎｃｈ　（４
ｍｍ）の何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０．４５
ｉｎｃｈ　（１１ｎｕ＋）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ａ動性Ｅの改連は大きく、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
（６４９℃）であり、メインガス流の温度が２６００’
Ｆ（１４２７°Ｃ）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か約
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
るウェ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図と同様の貯量である。 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図のエーロフオイルの二つの互いに隣接す
るウェ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貯量である。 第１２図は本発明の冷却通路の形状の膜冷却の角゛幼性
を第９図乃至第１１図に示されたベースライン形状の膜
冷却の何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・・・タービンブレード、１２・・・エーロフオイ
ル、１４・・・ルート、１６・・・プラットフォーム、
１８・・・壁、２０・・・外面、２２・・・内面、２４
．２６．２８・・・コンパートメント、３０．３２・・
・リブ、３４．３６・・・通路、３８・・・ウェハ、４
２・・・溝、４４．４６・・・面、４８・・・出口、５
０・・・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、２０
４・・・計二部特許出ＬＵ１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Ｆ／Ｇ、６ ＦＩＧ、　／Ｊ ＦＩＧ、１４ （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】 下流側方向へ隣接して流れる高温のガスに曝されるよう
   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、前記下流側方向に垂直な第一の方
   向に細長い出口と入口とを有する溝であって、比較的小
   さい角度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を含む溝と、 前記壁内に形成され、前記第一の方向に延在する軸線を
   有する円筒面を郭定し、前記溝の前記側面が実質的にそ
   の全長に亙り前記円筒面と交差して前記溝の入口を郭定
   する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前記計量通路の入口を形成し前
   記拡散チャンネルの前記円筒面と交差して前記計量通路
   の出口を形成しており、前記拡散チャンネル内へ冷却流
   体を導きこれにより前記冷却流体に対し前記チャンネル
   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。