WO2020246494A1 - フィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼 - Google Patents

フィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼 Download PDF

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WO2020246494A1
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straight pipe
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cooling hole
pipe portion
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伶 池原
秀 藤本
大北　洋治
世志 久保
均 服部
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株式会社Ihi
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    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

Definitions

  • This disclosure relates to a film cooling structure and turbine blades for a gas turbine engine.
  • the turbine of a gas turbine engine is equipped with turbine blades that make up stationary blades and moving blades. Turbine blades are exposed to combustion gas from the combustor. In order to prevent thermal damage due to this combustion gas, a large number of film cooling holes are formed on the blade surface of the turbine blade (see Patent Documents 1 and 2).
  • combustion temperature As the combustion temperature rises, further improvement in cooling efficiency of turbine blades is required.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a film cooling structure capable of improving cooling efficiency and turbine blades for a gas turbine engine.
  • the first aspect of the present disclosure is a film cooling structure, which includes an outer surface and an inner surface, a wall portion extending from the front to the rear, an inlet opening to the inner surface, and an outlet opening to the outer surface. Is provided with a cooling hole that penetrates the wall portion in a state of being inclined so as to be located behind the inlet, and the cooling hole communicates with the straight pipe portion having the inlet and the straight pipe portion.
  • the diffuser portion includes a diffuser portion having the outlet, and the diffuser portion includes a curved surface, a curved surface which is curved rearward and forms a semicircular flow path cross section larger than the straight pipe portion together with the flat surface, and a flow path cross section.
  • a first section whose area increases as it approaches the outlet, and an extension from the first section toward the outlet of the cooling hole, and the area of the flow path cross section increases at a smaller rate of increase than the first section.
  • the straight pipe portion located inside the diffuser portion and along the plane of the projection surface is at least twice the length of the diffuser portion along the direction orthogonal to the plane of the projection surface. The gist is that it has.
  • the diffuser portion may include a third section located between the straight pipe portion and the first section.
  • the third section may extend between the straight pipe portion and the first section with a cross section having the same shape as the cross section of the portion closest to the straight pipe portion in the first section.
  • the plane of the diffuser portion may be offset forward in the projection plane with respect to the inner peripheral surface of the straight pipe portion.
  • the curved surface of the diffuser portion may include a first recess extending to the outlet of the cooling hole.
  • the first recesses may be located on both sides of the straight pipe portion in a direction along the plane of the diffuser portion on the projection surface.
  • the curved surface of the diffuser portion may include a second recess extending to the outlet of the cooling hole.
  • the second recess may be located at the rearmost position on the projection surface.
  • the second aspect of the present disclosure is a turbine blade for a gas turbine engine, and the gist is that the film cooling structure according to the first aspect of the present disclosure is provided.
  • FIG. 1 is a top view of a cooling hole according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the film cooling structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of the cooling medium in the cooling hole according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a top view of the cooling hole according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of the cooling medium in the cooling hole according to the second embodiment.
  • FIG. 8A and 8B are views (projection views) showing an example of the projection surface of the cooling hole according to the third embodiment
  • FIG. 8A is a view showing the first example
  • FIG. 8B is the second view.
  • FIG. 9A and 9B are cross-sectional views of the film cooling structure according to the third embodiment
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of the first example
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the second example.
  • FIG. 10 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a turbine blade (static blade) according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the film cooling structure according to the present embodiment is provided in a structure exposed to a high temperature heat medium (for example, combustion gas).
  • the structure is, for example, a turbine blade (moving blade and stationary blade) of a gas turbine engine (not shown), a combustor liner, a nozzle of a rocket engine, and the like.
  • a large number of cooling holes are formed in the wall portion of the structure.
  • the cooling medium CG for example, air flowing out of the cooling hole forms a heat insulating layer on the wall portion and protects the structure from the heat medium.
  • the upstream side in the flow direction of the heat medium HG is defined as “forward”
  • the downstream side in the flow direction of the heat medium HG is defined as “rear”.
  • FIG. 1 is a top view of a cooling hole 30 in the film cooling structure 10 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the film cooling structure 10 according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole 30 orthogonal to the extending direction of the cooling hole 30.
  • This projection drawing shows the relative positions of the straight pipe portion 33 and the diffuser portion 34 described later, and the cross section of each flow path (in other words, the contour).
  • the “projection plane” shall be interpreted as the projection plane of the cooling hole 30 orthogonal to the extension direction (in other words, the central axis P) of the cooling hole 30.
  • the film cooling structure 10 includes a wall portion 20 and a cooling hole 30.
  • the wall portion 20 has an inner surface 21 and an outer surface 22, and extends from the front to the rear.
  • the outer surface 22 is exposed to a heat medium, and the inner surface 21 faces the cooling medium CG.
  • a known heat-resistant alloy can be applied to the material of the wall portion 20.
  • the cooling hole 30 includes an inlet 31 that opens to the inner surface 21 and an outlet 32 that opens to the outer surface 22.
  • the cooling hole 30 penetrates the wall portion 20 in a state of being inclined so that the outlet 32 is located behind the inlet 31.
  • the cooling hole 30 extends from the inner surface 21 to the outer surface 22 at an angle inclined in the flow direction of the heat medium HG with respect to the thickness direction TD of the wall portion 20.
  • the cooling medium CG flows in from the inlet 31 and flows out from the outlet 32.
  • the cooling hole 30 includes a straight pipe portion 33 and a diffuser portion 34.
  • the straight pipe portion 33 has an inlet 31 of the cooling hole 30 and extends along the central axis P from the inlet 31 to the connecting portion 35 with the diffuser portion 34.
  • the stretching direction of the central axis P is also the stretching direction of the entire cooling hole 30.
  • the inner peripheral surface 36 of the straight pipe portion 33 defines a flow path cross section (cross section) 33A.
  • the shape of the flow path cross section 33A is constant over the extending direction of the straight pipe portion 33. As shown in FIG. 3, the shape of the flow path cross section 33A is, for example, a circle centered on the central axis P. However, the flow path cross section 33A of the straight pipe portion 33 may be an ellipse or a polygon such as a triangle or a rectangle.
  • the diffuser portion 34 also extends along the central axis P.
  • the diffuser portion 34 communicates (connects) with the straight pipe portion 33 and has an outlet 32 of the cooling hole 30. That is, the diffuser portion 34 extends along the central axis P from the connecting portion 35 with the straight pipe portion 33 to the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the diffuser portion 34 includes a flat surface 37 and a curved surface 38 as its inner peripheral surface.
  • the plane 37 is located in front of the central axis P of the straight pipe portion 33, and extends along the central axis P of the straight pipe portion 33 to the outer surface 22 of the wall portion 20.
  • the plane 37 of the diffuser portion 34 is located in front of the central axis P of the straight pipe portion 33 by the same distance as the most front portion 36a of the inner peripheral surface 36 of the straight pipe portion 33 on the projection surface. ing.
  • the plane 37 coincides with the contact surface of the curved inner peripheral surface 36.
  • the flat surface 37 has a portion connected to the inner peripheral surface 36 without having a step with the inner peripheral surface 36.
  • the curved surface 38 of the diffuser portion 34 is located behind the flat surface 37.
  • the curved surface 38 extends from the connecting portion 35 to the outer surface 22 (outlet 32 of the cooling hole 30) of the wall portion 20 while being curved rearward.
  • the curved surface 38 forms a semicircular or semi-elliptical flow path cross section (flow path cross section 34A of the diffuser portion 34) together with the flat surface 37.
  • the curved surface 38 and the flat surface 37 are connected to each other via a fillet 39.
  • the fillet 39 is a minute curved surface for smoothly connecting the curved surface 38 and the flat surface 37.
  • the diffuser portion 34 includes a first section 40 and a second section 41 extending from the first section 40 toward the outlet 32 of the cooling hole 30. As illustrated in the flow path cross section 40B, the area of the flow path cross section 40A (see FIG. 3) in the first section 40 increases as it approaches the outlet 32 of the cooling hole 30. In other words, the first section 40 of the diffuser portion 34 is formed in a flare shape toward the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the area of the flow path cross section 41A in the second section 41 is constant.
  • the second section 41 of the diffuser portion 34 extends toward the outlet 32 of the cooling hole 30 while having the same flow path cross section as the maximum flow path cross section of the first section 40.
  • the area of the flow path cross section 41A in the second section 41 may increase as it approaches the outlet 32 of the cooling hole 30 at a smaller increase rate than that of the first section 40.
  • the second section 41 may expand (expand) more slowly than the first section 40 toward the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the curved surface 38 in the first section 40 is referred to as a first curved surface 38a
  • the curved surface 38 in the second section 41 is referred to as a second curved surface 38b. That is, the inner peripheral surface of the first section 40 is composed of the first curved surface 38a and the plane 37, and the inner peripheral surface of the second section 41 is composed of the second curved surface 38b and the plane 37.
  • the distance between the flat surface 37 and the central axis P of the straight pipe portion 33 is substantially constant.
  • the distance between the first curved surface 38a and the central axis P increases as it approaches the outlet 32 of the cooling hole 30. That is, the flow path cross section 40A of the first section 40 expands rearward as it approaches the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the distance between the second curved surface 38b and the central axis P is constant, or increases at a smaller rate of increase than that of the first section 40 as it approaches the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • FIG. 3 shows the flow path cross sections 40A, 40B, and 41A as an example.
  • the flow path cross section 40A is a cross section of the first section 40 at a position closest to the straight pipe portion 33 in the first section 40, and is also a flow path cross section of the connecting portion 35.
  • the flow path cross section 41A is a cross section of the second section 41.
  • the flow path cross section 40B shown by the dotted line is a cross section of the first section 40 at an arbitrary position between the connecting portion 35 and the second section 41.
  • the entire straight pipe portion 33 is located inside the diffuser portion 34. That is, the flow path cross section 34A of the diffuser portion 34 is larger than the flow path cross section 33A of the straight pipe portion 33. Therefore, the inner peripheral surface 36 of the straight pipe portion 33 and the inner peripheral surface (flat surface 37 and curved surface 38) of the diffuser portion 34 form a stepped surface 35a at the connecting portion 35 of the straight pipe portion 33 and the diffuser portion 34. That is, the inner peripheral surface (at least the curved surface 38) of the diffuser portion 34 is connected to the inner peripheral surface 36 of the straight pipe portion 33 via the stepped surface 35a (see FIG. 1).
  • the stepped surface 35a is stretched in a direction intersecting the stretching direction of the cooling hole 30. That is, the stepped surface 35a may be extended from the edge of the straight pipe portion 33 in a direction orthogonal to the extending direction of the cooling hole 30, or may be extended in a direction inclined with respect to the extending direction of the cooling hole 30. ..
  • the direction along the plane 37 on the projection plane shown in FIG. 3 is defined as the width direction WD.
  • the direction orthogonal to the direction along the plane 37 on the projection plane is defined as the depth direction (height direction) DD.
  • the length (width) of the diffuser portion 34 in the width direction WD has a value more than twice the length (depth, height) of the diffuser portion 34 in the depth direction DD.
  • the width Lw1 of the flow path cross section 40A is set to a value that is at least twice the depth (height) Ld1 of the flow path cross section 40A.
  • the width Lw2 of the flow path cross section 41A is also set to a value more than twice the depth (height) Ld2 of the flow path cross section 40A.
  • the cross-sectional shape of the diffuser portion 34 at other locations has the same dimensional relationship. That is, the flow path cross section 34A of the diffuser portion 34 has a semicircular shape that is stretched in the direction along the plane 37 (that is, the width direction WD).
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of the cooling medium CG in the cooling hole 30 according to the first embodiment.
  • the mainstream of the cooling medium CG is shown by a solid line.
  • the mainstream of the cooling medium CG flows from the straight pipe portion 33 to the diffuser portion 34.
  • the flow path of the cooling hole 30 extending from the inlet 31 expands rearward at the connection portion 35. Due to the expansion of the flow path, the mainstream of the cooling medium CG is separated from the curved surface 38 and flows toward the outlet 32 of the cooling hole 30 while maintaining the state.
  • the secondary flow 50 of the cooling medium CG generated by the above-mentioned peeling flows in the same direction as the mainstream in the space close to the mainstream of the cooling medium CG, and flows in the opposite direction to the mainstream in the space far from the mainstream of the cooling medium CG. That is, the secondary flow 50 forms the vortex (secondary vortex) 51 shown in FIG.
  • the secondary flow 50 generally flows in the direction from the plane 37 to the second curved surface 38b in the second section 41.
  • the second curved surface 38b is extended with an inclination angle smaller than that of the first curved surface 38a with respect to the extending direction of the cooling hole 30. Therefore, as compared with the case where the first curved surface 38a extends to the outlet 32 of the cooling hole 30, more secondary flow 50 can be deflected to the straight pipe portion 33.
  • the secondary flow 50 toward the straight pipe portion 33 flows along the first curved surface 38a, and the main flow of the cooling medium CG narrows in the DD direction and spreads in the WF direction.
  • the film cooling air spreads in the width direction to improve the film cooling efficiency, and the cooling medium CG does not significantly accelerate or decelerate, so that the speed difference between the accelerated cooling medium CG and the mainstream of the heat medium is reduced. ..
  • another vortex (secondary vortex) 52 is also generated in the diffuser portion 34 due to the expansion of the cross section of the flow path in the diffuser portion 34 and the separation of the mainstream of the cooling medium CG.
  • the vortex 52 is generated in the vicinity of the connecting portion 35 and on both sides of the straight pipe portion 33 in the width direction WD.
  • the vortex 52 rotates around an axis parallel to the extending direction of the cooling hole 30, which causes aerodynamic loss.
  • the secondary flow 50 forming the vortex 51 flows in the direction from the curved surface 38 of the diffuser portion 34 toward the plane 37 in the vicinity of the connecting portion 35.
  • the secondary flow 50 attenuates the vortex 52 traveling to the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the mainstream of the cooling medium CG is dispersed (expanded) in the width direction of the cooling hole 30 as it is compressed by the secondary flow 50. Further, the vortex 52, which causes aerodynamic loss, is attenuated as it advances to the outlet 32. Therefore, according to the film cooling structure of the present embodiment, a wide range of film cooling can be performed while suppressing aerodynamic loss. That is, the cooling efficiency by the cooling medium CG can be improved.
  • FIG. 5 is a top view of the cooling hole 30 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole 30 according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of the cooling medium CG in the cooling hole 30 according to the second embodiment.
  • the diffuser portion 34 according to the second embodiment includes a third section 42 located between the straight pipe portion 33 and the first section 40.
  • the inner peripheral surface of the third section 42 is composed of a third curved surface 38c which is a part of the curved surface 38 and a plane 37.
  • Other configurations in the second embodiment are the same as in the first embodiment.
  • the third section 42 extends between the straight pipe portion 33 and the first section 40 with a constant flow path cross section 42A.
  • the flow path cross section 42A has the same shape as the flow path cross section 40A at the position closest to the straight pipe portion 33 in the first section 40. Further, by forming the third section 42, the stepped surface 35a described above is formed between the straight pipe portion 33 and the third section 42.
  • a vortex 52 that causes aerodynamic loss is generated in the vicinity of the connecting portion 35.
  • the vortex 52 is mainly generated in the third section 42 and proceeds toward the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the secondary flow 50 forming the vortex 51 flows toward the third section 42 in the vicinity of the first curved surface 38a in the first section 40, and then flows in the direction from the first curved surface 38a toward the plane 37.
  • the secondary flow 50 flowing toward the plane 37 merges (collides) with the vortex 52, hinders its progress, and attenuates it.
  • the formation of the third section 42 expands the region where the secondary flow 50 attenuates the vortex 52. Further, the region where the mainstream of the cooling medium CG is compressed by the secondary flow 50 is also expanded. Therefore, the acceleration of the mainstream of the cooling medium CG can be promoted, and the aerodynamic loss can be further suppressed.
  • the aspect ratio of the diffuser unit 34 is defined.
  • the aspect ratio is a value obtained by dividing the length (width) of the diffuser portion 34 in the width direction WD by the length (depth, height) of the diffuser portion 34 in the depth direction DD.
  • the aspect ratio (Lw3 / Ld3) of the third section 42 may be larger than the aspect ratios (Lw1 / Ld1 and Lw2 / Ld2) of the first section 40 and the second section 41. That is, the third section 42 may have a flatter shape in the width direction than the first section 40 and the second section 41.
  • FIG. 8 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole 30 according to the third embodiment
  • FIG. 8 (a) is a view showing the first example
  • FIG. 8 (b) is the first.
  • 9A and 9B are cross-sectional views of the film cooling structure 10 according to the third embodiment
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of the first example
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the second example.
  • 9 (a) and 9 (b) also show the flow of the cooling medium CG in the cooling hole 30.
  • the diffuser portion 34 shown in FIG. 8A is a modification of the first embodiment, and includes a first section 40 and a second section 41. Further, the diffuser portion 34 shown in FIG. 8B is a modification of the second embodiment, and includes the first section 40, the second section 41, and the third section 42.
  • the plane 37 of the diffuser portion 34 according to the third embodiment is offset forward from the inner peripheral surface 36 of the straight pipe portion 33 on the projection surface of the cooling hole 30. Therefore, a stepped surface 35a is interposed between the flat surface 37 and the inner peripheral surface 36.
  • the other configurations in the third embodiment are the same as the configurations in the first and second embodiments.
  • the secondary flow 50 forming the vortex 51 flows toward the straight pipe portion 33 along the first curved surface 38a. Further, the secondary flow 50 compresses the main flow of the cooling medium CG in and around the connection portion 35.
  • the plane 37 of the third embodiment is offset forward from the straight pipe portion 33. Therefore, the mainstream of the cooling medium CG is compressed forward by the secondary flow 50. As a result, the mainstream acceleration of the cooling medium CG and the dispersion of the WD in the width direction are promoted.
  • FIG. 10 is a view (projection drawing) showing an example of the projection surface of the cooling hole 30 according to the fourth embodiment.
  • at least one of the first recess 43 and the second recess 44 is provided on the second curved surface 38b of the second section 41.
  • the other configurations in the fourth embodiment are the same as the configurations in the first to third embodiments.
  • FIG. 10 shows only the straight pipe portion 33 and the second section 41.
  • the first recess 43 is located on each side of the straight pipe portion 33 in the direction along the plane 37 of the diffuser portion 34 on the projection surface (that is, in the width direction WD).
  • the first recess 43 is curved in a direction away from the central axis P with a radius of curvature sufficiently smaller than that of the second curved surface 38b, and extends to the outlet 32 of the cooling hole 30.
  • the flat surface 37 of the diffuser portion 34 may be inclined so as to expand toward the front side toward the outlet 32, or the front side of the diffuser portion 34 may be a curved surface extending toward the front side.
  • the plane 37 may be inclined or curved with respect to the central axis P so that the closer to the exit 32, the farther away from the central axis P.
  • the angle formed by the inclined surface or the curved surface (contact surface) and the outer surface 22 (outlet 32) increases as it approaches the outlet 32.
  • the second recess 44 is located at the rearmost position of the second curved surface 38b on the projection surface. Like the first recess 43, the second recess 44 also curves in a direction away from the central axis P (that is, rearward) with a radius of curvature sufficiently smaller than that of the second curved surface 38b, and extends to the outlet 32 of the cooling hole 30. ing. Both the first recess 43 and the second recess 44 may be extended from a predetermined portion in the second curved surface 38b to the outlet 32, and may be extended from the first curved surface 38a of the first section 40 to the outlet 32. You may. Further, a part of the second curved surface 38b may have a tapered surface behind the WD in the width direction of the diffuser.
  • the cooling efficiency by the cooling medium CG is improved. Can be made to.
  • the inclination or curvature (replacement with a curved surface) of the plane 37 with respect to the central axis P described above can also be applied to the first to third embodiments.
  • the fifth embodiment of the present disclosure is a turbine blade for a gas turbine engine to which the film cooling structure 10 according to any one of the first to fourth embodiments is applied.
  • the stationary blade 60 as the turbine blade constitutes a turbine (not shown) of a gas turbine engine (not shown) together with a moving blade (not shown).
  • the film cooling structure 10 may be applied to a moving blade which is a turbine blade like the stationary blade 60.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of the stationary blade 60.
  • the stationary blade 60 includes a blade body 61, a band portion 62, and a cooling hole 30.
  • the blade body 61 is arranged on the downstream side of the combustor (not shown) that discharges the combustion gas as the heat medium HG described above, and is arranged in the flow path of the combustion gas.
  • the wing body 61 has a front edge 61a, a trailing edge 61b, a positive pressure surface (ventral side) 61c, and a negative pressure surface (dorsal side) 61d.
  • the combustion gas as the heat medium HG flows in the direction from the front edge 61a to the trailing edge 61b along the positive pressure surface 61c and the negative pressure surface 61d.
  • the blade body 61 has an internal space (cavity, cooling flow path, not shown) into which cooling air as a cooling medium CG is introduced.
  • the cooling air is drawn from, for example, a compressor (not shown).
  • the band portion 62 is provided so as to sandwich the blade body 61 in the span direction SD, and functions as a part of the flow path wall (end wall, platform, shroud) of the combustion gas. These band portions 62 are integrated with the tip of the blade body 61 and the hub.
  • the film cooling structure 10 is applied to at least one of the positive pressure surface 61c and the negative pressure surface 61d of the blade body 61. That is, at least one of the positive pressure surface 61c and the negative pressure surface 61d of the blade body 61 functions as the wall portion 20 of the film cooling structure 10, and a plurality of cooling holes 30 are formed therein.
  • the film cooling structure 10 is provided on the positive pressure surface 61c will be described.
  • the cooling hole 30 penetrates the positive pressure surface 61c in a state of being inclined so that the outlet 32 is located closer to the trailing edge 61b than the inlet 31. Further, the flat surface 37 of the diffuser portion 34 extends in the extending direction of the cooling hole 30 and in the span direction SD of the blade body 61.
  • the mainstream of combustion gas flows in the direction from the front edge 61a to the trailing edge 61b.
  • the cooling air introduced into the blade body 61 flows in from the inlet 31 of the cooling hole 30 and flows out from the outlet 32.
  • the cooling air flowing out from the outlet 32 flows downstream while merging with the mainstream of the combustion gas.
  • the cooling air is expanded in the span direction SD. Therefore, the cooling range on the positive pressure surface 61c can be expanded in the span direction SD.
  • the cooling air is accelerated until it flows out from the outlet 32.
  • the speed difference between the mainstream of the cooling air and the mainstream of the combustion gas is reduced, and the aerodynamic loss can be suppressed. That is, it is possible to provide a turbine blade capable of performing a wide range of film cooling while suppressing aerodynamic loss.

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Abstract

フィルム冷却構造は、壁部２０と、出口３２が入口３１よりも後方に位置するように傾斜した冷却孔３０とを備える。冷却孔３０は、直管部３３とディフューザ部３４を含む。ディフューザ部３４は、平面３７と、後方に湾曲し、平面３７と共に直管部３３よりも大きい半円状または半楕円状の流路断面を形成する曲面３８と、流路断面の面積が冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加する第１セクション４０と、第１セクション４０から冷却孔３０の出口３２に向けて延伸すると共に、流路断面の面積が第１セクション４０よりも小さな増加率で冷却孔の出口に近づくにつれて増加する又は流路断面の面積が一定の第２セクション４１とを含む。ディフューザ部３４の幅は、ディフューザ部３４の深さの２倍以上の値を有する。

Description

フィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼
　本開示はフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼に関する。
　ガスタービンエンジンのタービンは、静翼及び動翼を構成するタービン翼を備えている。タービン翼は燃焼器からの燃焼ガスに晒される。この燃焼ガスによる熱的損傷を防止するため、タービン翼の翼面には多数のフィルム冷却孔が形成されている（特許文献１及び２参照）。
特許第５６００４４９号明細書 特開２０１３－１２４６１２号公報
　ガスタービンエンジンの効率を向上させるためには、燃焼ガスの温度（燃焼温度）を高めることが重要である。この燃焼温度の上昇に伴って、タービン翼の冷却効率の更なる向上が求められている。
　本開示は上述の事情を鑑みてなされたものあり、冷却効率を向上させることが可能なフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼の提供を目的とする。
　本開示の第１の態様はフィルム冷却構造であって、外面及び内面を有すると共に、前方から後方に延伸する壁部と、前記内面に開口する入口及び前記外面に開口する出口を含み、前記出口が前記入口よりも後方に位置するように傾斜した状態で前記壁部を貫通する冷却孔とを備え、前記冷却孔は、前記入口を有する直管部、及び、前記直管部に連通すると共に前記出口を有するディフューザ部を含み、前記ディフューザ部は、平面と、後方に湾曲し、前記平面と共に前記直管部よりも大きい半円状の流路断面を形成する曲面と、前記流路断面の面積が前記出口に近づくにつれて増加する第１セクションと、前記第１セクションから前記冷却孔の前記出口に向けて延伸すると共に、前記流路断面の面積が前記第１セクションよりも小さな増加率で前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する又は前記流路断面の面積が一定の第２セクションとを含み、前記冷却孔の延伸方向と直交する前記冷却孔の投影面において、前記直管部は前記ディフューザ部の内側に位置し、前記投影面における前記平面に沿った前記ディフューザ部の長さは、前記投影面における前記平面と直交する方向に沿った前記ディフューザ部の長さの２倍以上の値を有する、ことを要旨とする。
　前記ディフューザ部は、前記直管部と前記第１セクションとの間に位置する第３セクションを含んでもよく、
　前記第３セクションは、前記第１セクションにおいて前記直管部に最も近い箇所の断面と同形の断面をもって、前記直管部と前記第１セクションとの間を延伸してもよい。
　前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の前記内周面よりも前方にオフセットしてもよい。
　前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の前記内周面のうち最も前方に位置する部分と同じ距離だけ、前記直管部の中心軸よりも前方に位置してもよい。
　前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第１の凹部を含んでもよく、
　前記第１の凹部は、前記投影面における前記ディフューザ部の前記平面に沿う方向において、前記直管部を挟んだ両側のそれぞれに位置してもよい。
　前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第２の凹部を含んでもよく、
　前記第２の凹部は、前記投影面において、最も後方に位置してもよい。
　本開示の第２の態様はガスタービンエンジン用タービン翼であって、本開示の第１の態様に係るフィルム冷却構造を備えることを要旨とする。
　本開示によれば、冷却効率を向上させることが可能なフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼を提供することができる。
図１は、本開示の第１実施形態に係る冷却孔の上面図である。 図２は、第１実施形態に係るフィルム冷却構造の断面図である。 図３は、第１実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。 図４は、第１実施形態に係る冷却孔における冷却媒体の流れを示す図である。 図５は、本開示の第２実施形態に係る冷却孔の上面図である。 図６は、第２実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。 図７は、第２実施形態に係る冷却孔における冷却媒体の流れを示す図である。 図８は、第３実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）であり、図８（ａ）はその第１例を示す図、図８（ｂ）はその第２例を示す図である。 図９は、第３実施形態に係るフィルム冷却構造の断面図であり、図９（ａ）は第１例の断面図、図９（ｂ）は第２例の断面図である。 図１０は、本開示の第４実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。 図１１は、本開示の第４実施形態に係るタービン翼（静翼）の概略構成を示す斜視図である。
　本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態に係るフィルム冷却構造は、高温の熱媒体（例えば燃焼ガス）に曝される構造体に設けられる。構造体は、例えば、ガスタービンエンジン（図示せず）のタービン翼（動翼及び静翼）、燃焼器ライナ又はロケットエンジンのノズルなどである。構造体の壁部には多数の冷却孔が形成される。冷却孔は、壁部と共にフィルム冷却構造を構成する。冷却孔から流出する冷却媒体ＣＧ（例えば空気）は、当該壁部上に断熱層を形成し、構造体を熱媒体から保護する。以下、説明の便宜上、熱媒体ＨＧの流れ方向の上流側を「前方」、熱媒体ＨＧの流れ方向の下流側を「後方」と定義する。
（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るフィルム冷却構造１０における冷却孔３０の上面図、図２は本実施形態に係るフィルム冷却構造１０の断面図である。また、図３は、冷却孔３０の延伸方向と直交する当該冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。この投影図は、後述の直管部３３及び後述のディフューザ部３４の相対位置と、それぞれの各流路断面（換言すれば輪郭）とを示している。以下、「投影面」とは、冷却孔３０の延伸方向（換言すれば中心軸Ｐ）と直交する冷却孔３０の投影面と解釈するものとする。
　図２に示すように、フィルム冷却構造１０は、壁部２０と、冷却孔３０とを備えている。壁部２０は、内面２１及び外面２２を有すると共に、前方から後方に延伸している。外面２２は熱媒体に曝され、内面２１は冷却媒体ＣＧに面する。なお、壁部２０の材料は、公知の耐熱合金を適用できる。
　冷却孔３０は、内面２１に開口する入口３１及び外面２２に開口する出口３２を含む。冷却孔３０は、出口３２が入口３１よりも後方に位置するように傾斜した状態で壁部２０を貫通している。換言すれば、冷却孔３０は、壁部２０の厚さ方向ＴＤに対して熱媒体ＨＧの流れ方向に傾斜した角度で、内面２１から外面２２まで延伸している。冷却媒体ＣＧは、入口３１から流入し、出口３２から流出する。
　図１に示すように、冷却孔３０は、直管部３３と、ディフューザ部３４とを含む。直管部３３は、冷却孔３０の入口３１を有し、中心軸Ｐに沿って当該入口３１からディフューザ部３４との接続部３５まで延伸している。なお、この中心軸Ｐの延伸方向は、冷却孔３０全体の延伸方向でもある。
　直管部３３の内周面３６は流路断面（断面）３３Ａを規定する。流路断面３３Ａの形状は、直管部３３の延伸方向に亘って一定である。図３に示すように、この流路断面３３Ａの形状は、例えば中心軸Ｐを中心とした円である。ただし、直管部３３の流路断面３３Ａは、楕円又は三角形、矩形などの多角形でもよい。
　直管部３３と同じく、ディフューザ部３４も中心軸Ｐに沿って延伸している。ディフューザ部３４は、直管部３３に連通（接続）すると共に、冷却孔３０の出口３２を有する。即ち、ディフューザ部３４は、中心軸Ｐに沿って直管部３３との接続部３５から冷却孔３０の出口３２まで延伸している。
　図３に示すように、ディフューザ部３４は、その内周面としての平面３７及び曲面３８を含んでいる。平面３７は、直管部３３の中心軸Ｐよりも前方に位置し、直管部３３の中心軸Ｐに沿って壁部２０の外面２２まで延伸している。
　ディフューザ部３４の平面３７は、投影面において、直管部３３の内周面３６のうち、最も前方に位置する部分３６ａと同じ距離だけ、直管部３３の中心軸Ｐよりも前方に位置している。例えば、直管部３３の内周面３６が前方に湾曲している場合、平面３７は、湾曲した内周面３６の接面に一致する。この場合、平面３７は、内周面３６との段差をもたずに内周面３６に接続する部分を有する。
　ディフューザ部３４の曲面３８は、平面３７よりも後方に位置している。曲面３８は、後方に湾曲しつつ、接続部３５から壁部２０の外面２２（冷却孔３０の出口３２）まで延伸している。図３に示すように、曲面３８は、平面３７と共に、半円状または半楕円状の流路断面（ディフューザ部３４の流路断面３４Ａ）を形成する。なお、曲面３８と平面３７は、フィレット３９を介して互いに接続している。フィレット３９は、曲面３８と平面３７を滑らかに接続するための微小な曲面である。
　ディフューザ部３４は、第１セクション４０と、第１セクション４０から冷却孔３０の出口３２に向けて延伸する第２セクション４１とを含む。流路断面４０Ｂで例示するように、第１セクション４０における流路断面４０Ａ（図３参照）の面積は、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加する。換言すれば、ディフューザ部３４の第１セクション４０は、冷却孔３０の出口３２に向けてフレア状に形成されている。
　第２セクション４１における流路断面４１Ａの面積は一定である。換言すれば、ディフューザ部３４の第２セクション４１は、第１セクション４０の最大流路断面と同一の流路断面を有しつつ、冷却孔３０の出口３２に向けて延伸する。
　なお、第２セクション４１における流路断面４１Ａの面積は、第１セクション４０よりも小さな増加率で冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加してもよい。換言すれば、第２セクション４１は、冷却孔３０の出口３２に向けて第１セクション４０よりも緩やかに拡張（拡大）していてもよい。
　ここで、説明の便宜上、第１セクション４０における曲面３８を第１曲面３８ａ、第２セクション４１における曲面３８を第２曲面３８ｂと称する。即ち、第１セクション４０の内周面は、第１曲面３８ａと平面３７によって構成され、第２セクション４１の内周面は、第２曲面３８ｂと平面３７によって構成される。
　図２に示すように、平面３７と直管部３３の中心軸Ｐの間隔は略一定である。一方、第１曲面３８ａと中心軸Ｐの間隔は、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加する。つまり、第１セクション４０の流路断面４０Ａは、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて、後方に向けて拡大する。また、第２曲面３８ｂと中心軸Ｐの間隔は一定、或いは、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて、第１セクション４０よりも小さな増加率で増加する。
　上述の通り、平面３７及び曲面３８（即ち、第１曲面３８ａ及び第２曲面３８ｂ）は、半円状の流路断面３４Ａを形成する。図３は、その一例としての流路断面４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａを示している。流路断面４０Ａは、第１セクション４０において直管部３３に最も近い箇所における当該第１セクション４０の断面であり、接続部３５の流路断面でもある。流路断面４１Ａは、第２セクション４１の断面である。点線で示す流路断面４０Ｂは、接続部３５と第２セクション４１との間の任意の位置における第１セクション４０の断面である。
　図３に示す投影面において、直管部３３の全体はディフューザ部３４の内側に位置する。つまり、ディフューザ部３４の流路断面３４Ａは、直管部３３の流路断面３３Ａよりも大きい。従って、直管部３３の内周面３６とディフューザ部３４の内周面（平面３７及び曲面３８）は、直管部３３とディフューザ部３４の接続部３５において、段差面３５ａを形成する。即ち、ディフューザ部３４の内周面（少なくとも曲面３８）は、直管部３３の内周面３６と、段差面３５ａ（図１参照）を介して接続している。
　段差面３５ａは、冷却孔３０の延伸方向と交差する方向に延伸する。即ち、段差面３５ａは、直管部３３の縁部から冷却孔３０の延伸方向と直交する方向に延伸してもよく、冷却孔３０の延伸方向に対して傾斜した方向に延伸してもよい。
　説明の便宜上、図３に示す投影面において平面３７に沿った方向を幅方向ＷＤとする。また、当該投影面において平面３７に沿った方向と直交する方向を深さ方向（高さ方向）ＤＤとする。本実施形態において、幅方向ＷＤにおけるディフューザ部３４の長さ（幅）は、深さ方向ＤＤにおけるディフューザ部３４の長さ（深さ、高さ）の２倍以上の値を有する。例えば、流路断面４０Ａの幅Ｌｗ１は、流路断面４０Ａの深さ（高さ）Ｌｄ１の２倍以上の値に設定される。同様に、流路断面４１Ａの幅Ｌｗ２も、流路断面４０Ａの深さ（高さ）Ｌｄ２の２倍以上の値に設定される。その他の箇所のディフューザ部３４の断面形状も、同様の寸法関係を有する。つまり、ディフューザ部３４の流路断面３４Ａは、平面３７に沿った方向（即ち幅方向ＷＤ）に引き伸ばされた半円の形状を有する。
　図４は、第１実施形態に係る冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを示す図である。図中、冷却媒体ＣＧの主流を実線で示している。この図に示すように、冷却媒体ＣＧの主流は、直管部３３からディフューザ部３４に流れている。一方、入口３１から延伸する冷却孔３０の流路は、接続部３５において後方に拡大する。この流路の拡大により、冷却媒体ＣＧの主流は、曲面３８から剥離し、その状態を維持したまま冷却孔３０の出口３２に向けて流れていく。
　上述の剥離によって発生した冷却媒体ＣＧの二次流れ５０は、冷却媒体ＣＧの主流に近い空間で当該主流と同方向に流れ、冷却媒体ＣＧの主流から遠い空間で当該主流と逆方向に流れる。つまり、二次流れ５０は図４に示す渦（二次渦）５１を形成する。
　二次流れ５０は、概ね、第２セクション４１において平面３７から第２曲面３８ｂに向かう方向に流れている。一方、上述の通り、第２曲面３８ｂは、冷却孔３０の延伸方向に対して、第１曲面３８ａよりも小さな傾斜角をもって延伸している。従って、第１曲面３８ａが冷却孔３０の出口３２まで延伸している場合と比べ、より多くの二次流れ５０を直管部３３に偏向させることができる。
　直管部３３に向かう二次流れ５０は、第１曲面３８ａに沿って流れ、冷却媒体ＣＧの主流が、ＤＤ方向に狭くなり、ＷＦ方向に広がる。これによりフィルム冷却空気が幅方向に広がり、フィルム冷却効率を高めるともに、冷却媒体ＣＧが大きく加速または減速することがないので、加速された冷却媒体ＣＧと熱媒体の主流との速度差が減少する。その結果、冷却孔３０の出口３２から流出したときの冷却媒体ＣＧと熱媒体ＨＧとの混合時に生じる空力損失（圧力損失）を抑えることができる。
　ディフューザ部３４における流路断面の拡大と冷却媒体ＣＧの主流の剥離とによって、ディフューザ部３４には、上述の渦５１に加えて、別の渦（二次渦）５２も発生する。渦５２は、接続部３５の近傍、且つ、幅方向ＷＤにおいて直管部３３を挟んだ両側のそれぞれに発生する。渦５２は、冷却孔３０の延伸方向と平行な軸の周りを回転し、空力損失の要因となる。しかしながら、上述の通り、渦５１を形成する二次流れ５０は、接続部３５の近傍において、ディフューザ部３４の曲面３８から平面３７に向かう方向に流れている。この二次流れ５０は、冷却孔３０の出口３２に進行する渦５２を減衰させる。
　冷却媒体ＣＧの主流は、二次流れ５０による圧縮に伴って、冷却孔３０の幅方向に分散（拡大）する。また、空力損失の要因となる渦５２は、出口３２に進行するにつれて減衰する。従って、本実施形態のフィルム冷却構造によれば、空力損失を抑えつつ広範囲なフィルム冷却を行うことができる。即ち、冷却媒体ＣＧによる冷却効率を向上させることができる。
（第２実施形態）
　次に本開示の第２実施形態について説明する。
　図５は、第２実施形態に係る冷却孔３０の上面図である。図６は、第２実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。図７は、第２実施形態に係る冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを示す図である。図５に示すように、第２実施形態に係るディフューザ部３４は、直管部３３と第１セクション４０との間に位置する第３セクション４２を含む。第３セクション４２の内周面は、曲面３８の一部である第３曲面３８ｃと、平面３７とによって構成される。第２実施形態における他の構成は、第１実施形態と同様である。
　第３セクション４２は、一定の流路断面４２Ａをもって直管部３３と第１セクション４０との間を延伸する。この流路断面４２Ａは、第１セクション４０において直管部３３に最も近い箇所の流路断面４０Ａと同形である。また、第３セクション４２の形成によって、上述の段差面３５ａは、直管部３３と第３セクション４２との間に形成される。
　上述の通り、ディフューザ部３４において接続部３５の近傍には、空力損失の要因となる渦５２が発生する。本実施形態において、渦５２は主に第３セクション４２で発生し、冷却孔３０の出口３２に向けて進行する。一方、渦５１を形成する二次流れ５０は、第１セクション４０における第１曲面３８ａの近傍で第３セクション４２に向けて流れ、その後、第１曲面３８ａから平面３７に向かう方向に流れる。平面３７に向けて流れる二次流れ５０は渦５２と合流（衝突）し、その進行を妨げ、減衰させる。
　第３セクション４２の形成によって、二次流れ５０が渦５２を減衰させる領域が拡張する。また二次流れ５０によって冷却媒体ＣＧの主流が圧縮する領域も拡張する。従って、冷却媒体ＣＧの主流の加速を促進させ、空力損失を更に抑えることができる。
　ここで、説明の便宜上、ディフューザ部３４のアスペクト比を定義する。アスペクト比は、幅方向ＷＤにおけるディフューザ部３４の長さ（幅）を深さ方向ＤＤにおけるディフューザ部３４の長さ（深さ、高さ）で除した値である。
　図６に示すように、第３セクション４２のアスペクト比（Ｌｗ３／Ｌｄ３）は、第１セクション４０及び第２セクション４１の各アスペクト比（Ｌｗ１／Ｌｄ１及びＬｗ２／Ｌｄ２）よりも大きくてもよい。即ち、第３セクション４２は、第１セクション４０及び第２セクション４１よりも、幅方向に扁平な形状を有してもよい。
（第３実施形態）
　次に本開示の第３実施形態について説明する。
　図８は、第３実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）であり、図８（ａ）はその第１例を示す図、図８（ｂ）はその第２例を示す図である。図９は、第３実施形態に係るフィルム冷却構造１０の断面図であり、図９（ａ）は第１例の断面図、図９（ｂ）は第２例の断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを併記している。
　図８（ａ）に示すディフューザ部３４は、第１実施形態の変形例であり、第１セクション４０と第２セクション４１を含む。また、図８（ｂ）に示すディフューザ部３４は、第２実施形態の変形例であり、第１セクション４０、第２セクション４１及び第３セクション４２を含む。
　第３実施形態に係るディフューザ部３４の平面３７は、冷却孔３０の投影面において、直管部３３の内周面３６よりも前方にオフセットしている。従って、平面３７と内周面３６との間には段差面３５ａが介在する。なお、第３実施形態における他の構成は、第１及び第２実施形態の構成と同様である。
　第３実施形態においても、渦５１を形成する二次流れ５０は、直管部３３に向けて第１曲面３８ａに沿って流れる。また、この二次流れ５０は、接続部３５及びその周囲で冷却媒体ＣＧの主流を圧縮する。一方、上述の通り、第３実施形態の平面３７は、直管部３３よりも前方にオフセットしている。従って、冷却媒体ＣＧの主流は、二次流れ５０によって圧縮されつつ前方に偏向される。その結果、冷却媒体ＣＧの主流の加速と幅方向ＷＤの分散が促進される。
（第４実施形態）
　次に本開示の第４実施形態について説明する。
　図１０は、第４実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。第４実施形態では、第１の凹部４３及び第２の凹部４４のうちの少なくとも一方が、第２セクション４１の第２曲面３８ｂに設けられている。第４実施形態における他の構成は、第１～第３実施形態の構成と同様である。
　説明の便宜上、図１０は、直管部３３と第２セクション４１のみを示す。この図に示すように、第１の凹部４３は、投影面におけるディフューザ部３４の平面３７に沿う方向（即ち幅方向ＷＤ）において、直管部３３を挟んだ両側のそれぞれに位置する。第１の凹部４３は、第２曲面３８ｂよりも十分に小さな曲率半径をもって中心軸Ｐから離れる方向に湾曲し、冷却孔３０の出口３２まで延伸している。このとき、ディフューザ部３４の平面３７は、出口３２に向かうにつれ前方側に広がるよう傾斜してもよいし、ディフューザ部３４の前方側を前方側に広がる湾曲した面としてもよい。換言すれば、平面３７は、出口３２に近いほど中心軸Ｐから離れるように、中心軸Ｐに対して傾斜或いは湾曲していてもよい。この傾斜面或いは湾曲面（の接面）と外面２２（出口３２）とが成す角は、出口３２に近いほど増加することになる。
　第２の凹部４４は、投影面において第２曲面３８ｂのうちの最も後方に位置する。第１の凹部４３と同じく、第２の凹部４４も、第２曲面３８ｂよりも十分に小さな曲率半径をもって中心軸Ｐから離れる方向（即ち後方）に湾曲し、冷却孔３０の出口３２まで延伸している。なお、第１の凹部４３及び第２の凹部４４は何れも、第２曲面３８ｂ内の所定の箇所から出口３２まで延伸してもよく、第１セクション４０の第１曲面３８ａから出口３２まで延伸してもよい。また、第２曲面３８ｂの一部がディフューザの幅方向ＷＤと後方にテーパー面を持ってもよい。
　本開示に係る解析結果によれば、上述した第１の凹部４３及び第２の凹部４４のうちの少なくとも一方を、第２曲面３８ｂに形成することによって、従って、冷却媒体ＣＧによる冷却効率を向上させることができる。
　なお、上述した中心軸Ｐに対する平面３７の傾斜又は湾曲（湾曲面への置換）は、第１～第３実施形態にも適用できる。
（第５実施形態）
　次に本開示の第５実施形態について説明する。
　本開示の第５実施形態は、第１～第４実施形態のうちの何れかに係るフィルム冷却構造１０を適用したガスタービンエンジン用タービン翼である。当該タービン翼としての静翼６０は、動翼（図示せず）と共にガスタービンエンジン（図示せず）のタービン（図示せず）を構成する。なお、フィルム冷却構造１０は、静翼６０と同様にタービン翼である動翼に適用してもよい。
　図１１は、静翼６０の概略構成を示す斜視図である。この図に示すように、静翼６０は、翼体６１と、バンド部６２と、冷却孔３０とを備えている。翼体６１は、上述の熱媒体ＨＧとしての燃焼ガスを排出する燃焼器（図示せず）の下流側に配置されており、燃焼ガスの流路に配置されている。
　翼体６１は、前縁６１ａと、後縁６１ｂと、正圧面（腹側）６１ｃと、負圧面（背側）６１ｄとを有する。熱媒体ＨＧとしての燃焼ガスは、正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄに沿って、前縁６１ａから後縁６１ｂに向かう方向に流れている。
　翼体６１は、冷却媒体ＣＧとしての冷却空気が導入される内部空間（空洞、冷却流路、図示せず）を有している。冷却空気は、例えば圧縮機（図示せず）から抽気される。バンド部６２は、スパン方向ＳＤにおいて翼体６１を挟み込むように設けられ、燃焼ガスの流路壁（エンドウォール、プラットフォーム、シュラウド）の一部として機能する。これらのバンド部６２は、翼体６１のチップとハブに一体化されている。
　本実施形態において、フィルム冷却構造１０は、翼体６１の正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄのうちの少なくとも一方に適用される。即ち、翼体６１の正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄのうちの少なくとも一方が、フィルム冷却構造１０の壁部２０として機能し、且つ、そこに複数の冷却孔３０が形成されている。以下、説明の便宜上、フィルム冷却構造１０が正圧面６１ｃに設けられている例を挙げて説明する。
　冷却孔３０は、出口３２が入口３１よりも後縁６１ｂの近くに位置するように傾斜した状態で、正圧面６１ｃを貫通している。また、ディフューザ部３４の平面３７は、冷却孔３０の延伸方向及び翼体６１のスパン方向ＳＤに延伸している。
　正圧面６１ｃにおいて、燃焼ガスの主流は前縁６１ａから後縁６１ｂに向かう方向に流れている。一方、翼体６１に導入された冷却空気は、冷却孔３０の入口３１から流入し、出口３２から流出する。出口３２から流出した冷却空気は、燃焼ガスの主流に合流しつつ下流に流れる。出口３２から流出の際、冷却空気はスパン方向ＳＤに拡大されている。従って、正圧面６１ｃ上の冷却範囲をスパン方向ＳＤに広げることができる。
　また、冷却空気は、出口３２から流出するまでに加速される。これにより、冷却空気の主流と燃焼ガスの主流との速度差が減少し、空力損失を抑えることができる。即ち、空力損失を抑えつつ広範囲なフィルム冷却を行うことが可能なタービン翼を提供することができる。
　なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

Claims (8)

  1. 　外面及び内面を有すると共に、前方から後方に延伸する壁部と、
    　前記内面に開口する入口及び前記外面に開口する出口を含み、前記出口が前記入口よりも後方に位置するように傾斜した状態で前記壁部を貫通する冷却孔と
    を備え、
    　前記冷却孔は、前記入口を有する直管部、及び、前記直管部に連通すると共に前記出口を有するディフューザ部を含み、
    　前記ディフューザ部は、
    　平面と、
    　後方に湾曲し、前記平面と共に前記直管部よりも大きい半円状または半楕円状の流路断面を形成する曲面と、
    　前記流路断面の面積が前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する第１セクションと、
    　前記第１セクションから前記冷却孔の前記出口に向けて延伸すると共に、前記流路断面の面積が前記第１セクションよりも小さな増加率で前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する又は前記流路断面の面積が一定の第２セクションと
    を含み、
    　前記冷却孔の延伸方向と直交する前記冷却孔の投影面において、前記直管部は前記ディフューザ部の内側に位置し、
    　前記投影面における前記平面に沿った前記ディフューザ部の長さは、前記投影面における前記平面と直交する方向に沿った前記ディフューザ部の長さの２倍以上の値を有する、
    フィルム冷却構造。
  2. 　前記ディフューザ部は、前記直管部と前記第１セクションとの間に位置する第３セクションを含み、
    　前記第３セクションは、前記第１セクションにおいて前記直管部に最も近い箇所の断面と同形の断面をもって、前記直管部と前記第１セクションとの間を延伸する、
    請求項１に記載のフィルム冷却構造。
  3. 　前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の内周面よりも前方にオフセットしている、
    請求項１または２に記載のフィルム冷却構造。
  4. 　前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の内周面のうち最も前方に位置する部分と同じ距離だけ、前記直管部の中心軸よりも前方に位置している、
    請求項１または２に記載のフィルム冷却構造。
  5. 　前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第１の凹部を含み、
    　前記第１の凹部は、前記投影面における前記ディフューザ部の前記平面に沿う方向において、前記直管部を挟んだ両側のそれぞれに位置する、
    請求項１から４のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。
  6. 　前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第２の凹部を含み、
    　前記第２の凹部は、前記投影面において、最も後方に位置する、
    請求項１から５のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。
  7. 　前記ディフューザ部の前記平面は、前記出口に向かうにつれ前方側に広がるよう傾斜するか、もしくは前方側に広がる湾曲した面となる、請求項１から６のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。
  8. 　請求項１から７のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造を備えるガスタービンエンジン用タービン翼。
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