渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)且特別是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是從穿過發(fā)動(dòng)機(jī)到多個(gè)渦輪葉片的燃燒氣體的流獲得能量的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)已用于陸地和海上運(yùn)轉(zhuǎn)和功率產(chǎn)生，但最常用于航空應(yīng)用，例如，飛行器，包括直升機(jī)。在飛行器中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用于飛行器的推進(jìn)。在陸地應(yīng)用中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于功率產(chǎn)生。

用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成在高溫下操作以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，所以某些發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件(諸如高壓渦輪和低壓渦輪)的冷卻可能是必需的。通常，冷卻通過將較冷的空氣從高壓壓縮機(jī)和/或低壓壓縮機(jī)導(dǎo)送至需要冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)。高壓渦輪中的溫度為大約1000℃到2000℃，且來自壓縮機(jī)的冷卻空氣為大約500℃到700℃。盡管壓縮機(jī)空氣為高溫的，但其相對(duì)于渦輪空氣較冷，且可用于冷卻渦輪。

用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冷卻空氣通過一個(gè)或多個(gè)膜孔傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的熱表面。離開膜孔的空氣越過發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的熱表面擴(kuò)散，冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，且產(chǎn)生熱空氣與發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件表面之間的屏障。典型的膜孔沿經(jīng)歷高速湍流熱空氣流的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件輸送冷卻空氣，其中冷卻空氣與熱空氣快速混合。因此，額外的孔膜可為保持冷卻空氣屏障適當(dāng)?shù)乩鋮s發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件所必需的，增加了成本，降低了結(jié)構(gòu)完整性和構(gòu)件壽命，且降低了發(fā)動(dòng)機(jī)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，一種用于生成熱燃燒氣體的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件包括壁，其使熱燃燒氣體與冷卻流體流分開且具有熱表面和冷卻表面，熱表面具有面向熱燃燒氣流的主平面且冷卻表面面向冷卻流體流。在主平面下方形成在熱表面中的凹部至少部分地由梯級(jí)和從梯級(jí)向下游且朝主平面向上延伸的斜面限定。至少一個(gè)膜孔具有設(shè)在冷卻表面中的入口、設(shè)在梯級(jí)上的出口，以及連接入口和出口的通路。

另一方面，一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，生成熱燃燒氣流的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壁，其將熱燃燒氣流與冷卻流體流分開且具有熱表面和冷卻表面，熱表面具有面向熱燃燒氣流的主平面且冷卻表面面向冷卻流體流。仿形部分在主平面下方形成在熱表面中，且具有限定面的梯級(jí)以及從梯級(jí)朝主平面向上且向下游延伸的斜面，以及連接面和斜面的底部。多個(gè)膜孔具有設(shè)在冷卻表面上的入口和設(shè)在斜面上游的仿形部分上的主平面下方的出口，其中通路連接入口和出口，限定了中心線，其中中心線的分量平行于面。

又一方面，一種冷卻用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的方法，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件具有壁，其分開熱燃燒氣體和冷卻流體流且具有熱表面和冷卻表面，熱表面具有面向熱燃燒氣流的主平面且冷卻表面面向冷卻流體流，該方法包括生成流到位于主平面和熱燃燒氣流下方的凹部中的冷卻流體流。

技術(shù)方案1. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)生成熱燃燒氣流，包括：

壁，其使所述熱燃燒氣流與冷卻流體流分開且具有熱表面和冷卻表面，所述熱表面具有面向所述熱燃燒氣流的主平面且所述冷卻表面面向所述冷卻流體流；

凹部，其在所述主平面下方形成在所述熱表面中，且至少部分地由梯級(jí)和從所述梯級(jí)向下游延伸且朝所述主平面向上延伸的斜面限定；以及

至少一個(gè)膜孔，其具有設(shè)在所述冷卻表面上的入口、設(shè)在所述梯級(jí)上的出口，以及連接所述入口和所述出口的通路。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述斜面具有沿所述熱燃燒氣流方向的預(yù)定截面輪廓。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述截面輪廓為線性或曲線中的至少一者。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述出口設(shè)在所述梯級(jí)的距離內(nèi)，其中所述梯級(jí)的距離包括所述梯級(jí)高度的兩倍。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述斜面從所述主平面下方往回延伸直到至少所述主平面。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述熱表面限定熱表面局部平面，且面限定面局部平面，其形成與所述熱表面局部平面的交叉線，且所述膜孔的中心線到所述熱表面局部平面上的投影限定相對(duì)于所述交叉線的第一銳角。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述第一銳角小于90度。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述中心線到平行于所述熱燃燒氣流的平面上的投影形成相對(duì)于所述熱表面局部平面的第二銳角。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述第二銳角小于50度。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件還包括形成所述凹部的仿形部分，且所述至少一個(gè)膜孔包括多個(gè)膜孔，其沿所述面間隔開，且具有對(duì)應(yīng)的第一銳角和第二銳角。

技術(shù)方案11. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)生成熱燃燒氣流，包括：

壁，其使所述熱燃燒氣流與冷卻流體流分開且具有熱表面和冷卻表面，所述熱表面具有面向所述熱燃燒氣流的主平面且所述冷卻表面面向所述冷卻流體流；

仿形部分，其在所述主平面下方形成在所述熱表面中，且具有限定面的梯級(jí)以及從所述梯級(jí)朝所述主平面向上和向下游延伸的斜面，以及連接所述面和所述斜面的底部；以及

多個(gè)膜孔，其具有設(shè)在所述冷卻表面上的入口、設(shè)在所述斜面上游的仿形部分上的主平面下方的出口、連接所述入口和所述出口且限定中心線的通路，其中所述中心線的分量平行于所述面。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述熱表面限定熱表面局部平面，且所述面限定面局部平面，其形成與所述熱表面局部平面的交叉線，且所述中心線到所述熱表面局部平面上的投影限定流分量，其形成相對(duì)于所述交叉線的第一銳角。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述第一銳角小于90度。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述中心線到平行于所述熱燃燒氣流的平面上的投影形成相對(duì)于所述熱表面局部平面的第二銳角。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述第二銳角小于50度。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其中，所述出口中的一個(gè)設(shè)在所述面、所述面的接合部或底部中的至少一者上。

技術(shù)方案17. 一種冷卻用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件具有壁，其使熱燃燒氣流與冷卻流體流分開且具有熱表面和冷卻表面，所述熱表面具有面向所述熱燃燒氣流的主平面且所述冷卻表面面向所述冷卻流體流，所述方法包括：

生成流到位于所述主平面和所述熱燃燒氣流下方的凹部中的冷卻流體的流。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其中，生成流到所述凹部中的所述冷卻流體的流限定沿初始方向的縱軸線，其中所述冷卻流體流入所述凹部中，使得所述冷卻流體初始地大致橫向于所述熱燃燒氣流沿所述凹部移動(dòng)。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其中，所述縱軸線到所述熱表面的局部平面上的投影限定銳角。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其中，生成流到所述凹部中的所述冷卻流體的流包括生成流到所述凹部中的冷卻流體流。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出了用于包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性截面圖。

圖2示出了圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器和高壓渦輪的側(cè)剖視圖，示出了額外的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

圖3示出了根據(jù)第一實(shí)施例的具有包括帶多個(gè)膜孔的梯級(jí)的仿形部分的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的一部分的透視圖。

圖4示出了圖3的限定縱軸線的通路的局部放大頂視圖。

圖5示出了限定第一銳角的投射到熱表面局部平面上的圖4的縱軸線的局部放大圖。

圖6示出了中心線到限定得平行于熱空氣流的平面上的投影，限定相對(duì)于熱表面局部平面的第二銳角。

圖7示出了圖3的第一實(shí)施例的透視圖，示出了離開膜孔的冷卻空氣流。

圖8示出了圖7的透視圖，具有向斜面上移動(dòng)且在下游熱表面上移動(dòng)的冷卻空氣流。

圖9示出了圖3的第一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中冷卻空氣流在熱空氣流下方移動(dòng)。

圖10示出了仿形部分內(nèi)的渦流熱空氣流的側(cè)視圖，相比于圖9沒有圖9的膜孔。

圖11示出了根據(jù)第二實(shí)施例的具有包括帶多個(gè)膜孔的曲線梯級(jí)的仿形部分的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的透視圖。

零件清單

10 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

12 縱軸線(中心線)

14 前

16 后

18 風(fēng)扇區(qū)段

20 風(fēng)扇

22 壓縮機(jī)區(qū)段

24 低壓(LP)壓縮機(jī)

26 高壓(HP)壓縮機(jī)

28 燃燒區(qū)段

30 燃燒器

32 渦輪區(qū)段

34 HP渦輪

36 LP渦輪

38 排氣區(qū)段

40 風(fēng)扇殼

42 風(fēng)扇葉片

44 核心

46 核心殼

48 HP軸/HP轉(zhuǎn)軸

50 LP軸/LP轉(zhuǎn)軸

52 壓縮機(jī)級(jí)

54 壓縮機(jī)級(jí)

56 壓縮機(jī)葉片

58 壓縮機(jī)葉片

60 壓縮機(jī)導(dǎo)葉(噴嘴)

62 壓縮機(jī)導(dǎo)葉(噴嘴)

64 渦輪級(jí)

66 渦輪級(jí)

68 渦輪葉片

70 渦輪葉片

72 渦輪導(dǎo)葉

74 渦輪導(dǎo)葉

76 偏轉(zhuǎn)器

78 燃燒器襯套

80 護(hù)罩組件

C 冷卻流體流

H 熱燃燒氣體

P 主平面

90 發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件

92 壁

94 熱表面

94a 上游熱表面

94b 下游熱表面

96 冷卻表面

100 膜孔

102 入口

104 出口

106 通路

108 計(jì)量區(qū)段

110 擴(kuò)散區(qū)段

112 仿形部分

116 梯級(jí)

118 底壁

120 面

122 交叉線

124 接合部

128 面局部平面

130 熱表面局部平面

R 直角線性輪廓

132 底壁平面

134 斜面

136 斜面局部平面

θ 傾斜角

140 縱軸線

142 交叉線

144 第一銳角

146 縱軸線的投影

150 平面

152 中心線的投影

154 第二銳角

190 發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件

192 壁

194 熱表面

194a 上游熱表面

194b 下游熱表面

196 冷卻表面

200 膜孔

202 入口

204 出口

206 通路

208 計(jì)量區(qū)段

210 擴(kuò)散區(qū)段

212 仿形部分

216 梯級(jí)

220 面

228 面局部平面

230 熱表面局部平面

234 斜面

240 縱軸線

242 交叉線

244 第一銳角

246 縱軸線的投影

250 第一拐折軸線

252 第二拐折軸線。

具體實(shí)施方式

本公開內(nèi)容涉及特別是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的膜冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。為了說明的目的，將相對(duì)于飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)描述本主題。然而，將理解的是，本主題并未如此受限，且可在非飛行器應(yīng)用中具有一般適用性，諸如其它移動(dòng)應(yīng)用和非移動(dòng)工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用。

如本文使用的用語(yǔ)"軸向"或"軸向地"是指沿發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線的維度。連同"軸向"或"軸向地"使用的用語(yǔ)"前"或"上游"是指朝發(fā)動(dòng)機(jī)入口的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)入口。連同"軸向"或"軸向地"使用的用語(yǔ)"后"或"下游"是指相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)中心線朝發(fā)動(dòng)機(jī)的后部或出口的方向。

如本文使用的用語(yǔ)"徑向"或"徑向地"是指發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)外周之間延伸的維度。以其自身或結(jié)合用語(yǔ)"徑向"或"徑向地"使用的用語(yǔ)"近側(cè)"或"向近側(cè)"是指沿朝中心縱軸線的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近中心縱軸線。以其自身或結(jié)合用語(yǔ)"徑向"或"徑向地"使用的用語(yǔ)"遠(yuǎn)側(cè)"或"向遠(yuǎn)側(cè)"是指沿朝發(fā)動(dòng)機(jī)外周的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)外周。

所有方向表示(例如，徑向、軸向、近側(cè)、遠(yuǎn)側(cè)、上、下、向上、向下、左、右、側(cè)向、前、后、頂部、底部、上方、下方、垂直、水平、順時(shí)針、逆時(shí)針、上游、下游、向后等)僅用于識(shí)別目的，以有助于讀者的理解且不產(chǎn)生特別是關(guān)于位置、定向或使用的限制。連接關(guān)聯(lián)(例如，附接、聯(lián)接、連接和接合)寬泛地構(gòu)想出，且可包括一系列元件之間的中間部件，以及元件之間的相對(duì)移動(dòng)，除非另外指出。因此，連接關(guān)聯(lián)不一定是指兩個(gè)元件直接地連接，且與彼此成固定關(guān)系。示意性的圖僅出于圖示目的，且附于此的圖中反映的大小、位置、順序和相對(duì)尺寸可變化。

圖1為用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性截面圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有從前14向后16延伸的大體上縱向延伸的軸線或中心線12。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括(成下游串流關(guān)系)：包括風(fēng)扇20的風(fēng)扇區(qū)段18、包括增壓器或低壓(LP)壓縮機(jī)24和高壓(HP)壓縮機(jī)26的壓縮機(jī)區(qū)段22、包括燃燒器30的燃燒區(qū)段28、包括HP渦輪34和LP渦輪36的渦輪區(qū)段32，以及排氣區(qū)段38。

風(fēng)扇區(qū)段18包括包繞風(fēng)扇20的風(fēng)扇殼40。風(fēng)扇20包括圍繞中心線12沿徑向設(shè)置的多個(gè)風(fēng)扇葉片42。HP壓縮機(jī)26、燃燒器30和HP渦輪34形成發(fā)動(dòng)機(jī)10的核心44，其生成燃燒氣體。核心44由核心殼46包繞，核心殼46可與風(fēng)扇殼40聯(lián)接。

圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)10的中心線12同軸地設(shè)置的HP軸或轉(zhuǎn)軸48將HP渦輪34傳動(dòng)地連接至HP壓縮機(jī)26。圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)10的中心線12同軸地設(shè)置在較大直徑的環(huán)形HP轉(zhuǎn)軸48內(nèi)的LP軸或轉(zhuǎn)軸50將LP渦輪36傳動(dòng)地連接至LP壓縮機(jī)24和風(fēng)扇20。

LP壓縮機(jī)24和HP壓縮機(jī)26分別包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)52、54，其中一組壓縮機(jī)葉片56、58相對(duì)于對(duì)應(yīng)的一組靜止壓縮機(jī)導(dǎo)葉60、62(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以壓縮或加壓穿過級(jí)的流體流。在單個(gè)壓縮機(jī)級(jí)52、54中，多個(gè)壓縮機(jī)葉片56、58可設(shè)置成環(huán)，且可相對(duì)于中心線12從葉片平臺(tái)到葉片末梢沿徑向向外延伸，同時(shí)對(duì)應(yīng)的靜止壓縮機(jī)導(dǎo)葉60、62定位在旋轉(zhuǎn)葉片56、58下游且在其附近。要注意的是，圖1中所示的葉片、導(dǎo)葉和壓縮機(jī)級(jí)的數(shù)目?jī)H為了示范性目的選擇，且其它數(shù)目是可能的。

HP渦輪34和LP渦輪36分別包括多個(gè)渦輪級(jí)64、66，其中一組渦輪葉片68、70相對(duì)于對(duì)應(yīng)一組靜止渦輪導(dǎo)葉72、74(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以從穿過級(jí)的流體流獲得能量。在單個(gè)渦輪級(jí)64、66中，多個(gè)渦輪葉片68、70可設(shè)置成環(huán)，且可相對(duì)于中心線12從葉片平臺(tái)到葉片末梢沿徑向向外延伸，而對(duì)應(yīng)的靜止渦輪導(dǎo)葉72、74定位在旋轉(zhuǎn)葉片68、70上游且在其附近。要注意的是，圖1中所示的葉片、導(dǎo)葉和渦輪級(jí)的數(shù)目?jī)H為了示范性目的選擇，且其它數(shù)目是可能的。

在操作中，旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇20將環(huán)境空氣供應(yīng)至LP壓縮機(jī)24，LP壓縮機(jī)然后將加壓的環(huán)境空氣供應(yīng)至HP壓縮機(jī)26，HP壓縮機(jī)進(jìn)一步加壓環(huán)境空氣。來自HP壓縮機(jī)26的加壓空氣在燃燒器30中與燃料混合且點(diǎn)燃，從而生成燃燒氣體。一些功由HP渦輪34從這些氣體獲得，HP渦輪驅(qū)動(dòng)HP壓縮機(jī)26。燃燒氣體排放到LP渦輪36中，LP渦輪獲得額外功來驅(qū)動(dòng)LP壓縮機(jī)24，且排出氣體最終經(jīng)由排氣區(qū)段38從發(fā)動(dòng)機(jī)10排放。LP渦輪36的驅(qū)動(dòng)會(huì)驅(qū)動(dòng)LP轉(zhuǎn)軸50使風(fēng)扇20和LP壓縮機(jī)24旋轉(zhuǎn)。

由風(fēng)扇20供應(yīng)的環(huán)境空氣中的一些可旁通發(fā)動(dòng)機(jī)核心44，且用于發(fā)動(dòng)機(jī)10的部分(尤其是熱部分)的冷卻，且/或用于對(duì)飛行器的其它方面冷卻或供能。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的背景下，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部分一般在燃燒器30下游，尤其是渦輪區(qū)段32，其中HP渦輪34為最熱部分，因?yàn)槠湔迷谌紵齾^(qū)段28的下游。其它冷卻流體的源可為但不限于從LP壓縮機(jī)24或HP壓縮機(jī)26排放的流體。

圖2為來自圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒器30和HP渦輪34的側(cè)剖視圖。燃燒器30包括偏轉(zhuǎn)器76和燃燒器襯套78。形成噴嘴的成組靜止渦輪導(dǎo)葉72在軸向方向上鄰近渦輪34的渦輪葉片68。噴嘴使燃燒氣體轉(zhuǎn)動(dòng)，以便渦輪34可獲取最大量的能量。當(dāng)熱燃燒氣體H沿導(dǎo)葉72的外部經(jīng)過時(shí)，冷卻流體流C穿過導(dǎo)葉72來冷卻導(dǎo)葉72。護(hù)罩組件80鄰近旋轉(zhuǎn)葉片68以降低渦輪34中的流動(dòng)損失。類似的護(hù)罩組件也可與LP渦輪36、LP壓縮機(jī)24或HP壓縮機(jī)26相關(guān)聯(lián)。

發(fā)動(dòng)機(jī)10中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件具有膜冷卻的壁，其中可使用本文進(jìn)一步公開的各種膜孔實(shí)施例。具有膜冷卻的壁的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的一些非限制性示例可包括圖1-圖2中所述的葉片68、70、導(dǎo)葉或噴嘴72、74、燃燒器偏轉(zhuǎn)器76、燃燒器襯套78或護(hù)罩組件80。其中使用膜冷卻的其它非限制性示例包括渦輪過渡導(dǎo)管和排氣噴嘴。

圖3為示出根據(jù)第一實(shí)施例的來自圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90可設(shè)置在由箭頭H表示的熱氣流中?？晒?yīng)由箭頭C表示的冷卻流體流以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90。如上文參照?qǐng)D1-圖2所論述，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的背景下，冷卻空氣可為旁通發(fā)動(dòng)機(jī)核心44的由風(fēng)扇20供應(yīng)的環(huán)境空氣，從HP壓縮機(jī)24排放的流體，或從HP壓縮機(jī)26排放的流體。

發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90包括壁92，其具有熱表面94，包括上游熱表面94a和面向熱燃燒氣體H的下游熱表面94b，以及面向冷卻流C的冷卻表面96。包括上游熱表面94a和下游熱表面94b的熱表面94還限定主平面P。主平面P可為在熱表面94的平均表面上限定的總體平面，且大致平行于局部熱燃燒氣流H。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，熱表面94暴露于具有1000℃到2000℃或更高的范圍中的溫度的氣體。用于壁92的適合的材料包括但不限于鋼、耐火金屬(諸如鈦)，或基于鎳、鈷或鐵的超級(jí)合金，以及陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。冷卻表面96可為發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的外表面或內(nèi)表面。發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90還包括多個(gè)膜孔100，其提供了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的冷卻流體流C與熱燃燒氣體H之間的流體連通。在操作期間，冷卻流體流C通過膜孔100供應(yīng)，以產(chǎn)生熱表面94上的冷卻流體C的薄層或膜，保護(hù)其免于熱燃燒氣體H。

各個(gè)膜孔100可具有設(shè)在壁92的冷卻表面96上的入口102，設(shè)在熱表面94上的出口104，示為出口104a-104c。通路106流體地聯(lián)接入口102和出口104。冷卻流體流C通過入口102進(jìn)入膜孔100，且在沿?zé)岜砻?4的出口104處離開膜孔100之前穿過通路106。

發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90通過向熱表面94提供凹部來提供發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的熱表面94的定形或仿形，示為仿形部分112，其包含兩個(gè)或更多膜孔100的出口104。鄰近彼此的兩個(gè)或更多膜孔100使其出口區(qū)域或出口104包含在較寬的表面仿形部分112內(nèi)以使流從成組的膜孔100更平穩(wěn)地過渡，而非將出口區(qū)域定形為各個(gè)獨(dú)立的膜孔100，這可引入局部非期望的應(yīng)力增大。然而，可構(gòu)想出的是，基于每個(gè)膜孔定形出口區(qū)域。

仿形部分112可包含部分排的膜孔100或整排膜孔100的出口104，而不管該排認(rèn)作是沿徑向方向或軸向方向，或另外在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90上定向。盡管僅示出了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的一部分，但將理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90可具有多排膜孔100，其中各排均具有對(duì)應(yīng)的仿形部分112或僅排的一部分。此外，盡管仿形部分112示為直的縱向凹部，但構(gòu)想出了彎曲的仿形部分112，諸如彎曲翼型件或葉片上的實(shí)施。

包括仿形部分112的凹部設(shè)置在限定縱軸線的熱表面94中。仿形部分112包括梯級(jí)116，其具有底壁118和面120，其中面120面向下游。仿形部分112還可將熱表面94分成上游熱表面94a和下游熱表面94b，使得上游熱表面94a在仿形部分112上游，且下游熱表面94b在仿形部分112下游。

面120可限定面局部平面128，且熱表面94可限定熱表面局部平面130，面局部平面128設(shè)置成大致正交于熱表面局部平面130。面表面局部平面128和熱表面局部平面130還可相交，形成正交于熱空氣流H的方向的交叉線142。此外，底壁118可限定底壁局部平面132，其大致正交于面局部平面128，且平行于熱表面局部平面130。

膜孔100的出口104可形成在面120、底壁118或面和底壁118的接合部124中。第一出口104a完全設(shè)置在面120中。在面120和底壁118的接合部124處的第二出口104b部分地設(shè)置在面120中且部分地設(shè)置在底壁118中，其中面120與底壁118之間的接合部124限定穿過第二出口104b的中心線。作為備選，第二出口104可部分地設(shè)置在面120和底壁118內(nèi)，同時(shí)從由接合部124限定的中心線偏移。第三出口104c完全設(shè)置在底壁118中。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，一個(gè)仿形部分112內(nèi)的多個(gè)出口104將通常類似地設(shè)置，然而可構(gòu)想到出口104a-104c的任何組合。

梯級(jí)116具有由設(shè)置成與底壁118正交的面120限定的直角線性輪廓R，其中側(cè)向于仿形部分112的縱向方向的底壁118的寬度與面120的高度大致相同，但構(gòu)想出了任何高度的面120或任何寬度的底壁118。此外，由梯級(jí)116限定的直角輪廓可包括大于零度但小于一百八十度的任何角度。

仿形部分112還包括斜面134。限定斜面局部平面136的斜面134從底壁118延伸，終止于下游熱表面94b處。如圖所示的斜面134是示例性的，且可操作為從底壁118向下游延伸的傾斜平面。傾斜角θ限定在斜面局部平面136與底壁平面132之間。斜面134可設(shè)置成傾斜的，使得傾斜角θ為二十五度或更小，但可包括大于零度但小于九十度的任何傾斜角θ。此外，底壁118可除去，使得面120直接與斜面134相交，限定兩者之間的角度輪廓，諸如直角輪廓R，包括非直角的銳角，或如由面120和斜面134的設(shè)置確定的任何其它角度。

出口104的直徑略小于面120的長(zhǎng)度，然而，面120的長(zhǎng)度可達(dá)到出口104的直徑的五倍，或更大。膜孔100的直徑可為四十密耳或更小，其中一密耳等于0.001英寸，同時(shí)構(gòu)想出任何尺寸的膜孔100。在一個(gè)示例中，膜孔100的直徑為二十密耳，其中出口104的直徑也為二十密耳，而面102略大，諸如二十四密耳。入口102、通路106和出口104直徑可大于或小于四十密耳，這可由特定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、壁92的尺寸、系統(tǒng)的溫度或其中需要更多或更少冷卻空氣且可由更大或更小的膜孔100供應(yīng)的任何其它因素確定。在其它示例中，膜孔100的直徑可在出口104、入口102和通路106之中包括不同直徑。

通路106可限定用于計(jì)量冷卻流體C的質(zhì)量流率的計(jì)量區(qū)段108。計(jì)量區(qū)段可為通路106的具有最小截面面積的一部分，且可為通路106的離散位置或伸長(zhǎng)區(qū)段。如圖所示，通路具有恒定的截面面積，使得整個(gè)通路106操作為計(jì)量區(qū)段。通路106還可限定擴(kuò)散區(qū)段110，其中冷卻流體流C可膨脹以形成較寬的冷卻膜。擴(kuò)散區(qū)段110具有大于計(jì)量區(qū)段108的截面面積。計(jì)量區(qū)段108可設(shè)在入口102處或附近，而擴(kuò)散區(qū)段可限定在出口104處或附近。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，入口102通過通路106將冷卻流體流C提供至出口104。因此，通路106限定中心線作為縱軸線140，其可投射到熱表面局部平面130上。在圖5中，為縱軸線140到熱表面局部平面130上的投影的投射軸線146限定投射軸線146與交叉線142之間的第一銳角144。如可認(rèn)識(shí)到的那樣，第一銳角144可用于將冷卻流體流C以相對(duì)于通路106的縱軸線140的角度引導(dǎo)到仿形部分112中。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，上游熱表面94a可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90的形狀相對(duì)于熱燃燒氣體H設(shè)置得成角度。上游熱表面94a設(shè)置成相對(duì)于面120成小于九十度的角度，而非成直角輪廓。中心線152到平行于熱燃燒氣體H的平面150上的投影可形成相對(duì)于熱表面局部平面130的第二銳角152。熱表面94的此定向可操作成使熱燃燒氣體H在仿形部分112上偏轉(zhuǎn)，這可防止熱燃燒氣體H和冷卻流體流C的過早摻合。

在圖7中，可最佳看到進(jìn)入仿形部分112的冷卻流體流C的方向和定向。冷卻流體流C進(jìn)入入口102，且朝熱燃燒氣體H移動(dòng)穿過通路106。冷卻流體流C在出口104處以等于第一銳角144的角度離開通路106，進(jìn)入由仿形部分112限定的凹部。冷卻流體流C在仿形部分112內(nèi)傳播或擴(kuò)散，使得熱燃燒氣體H在冷卻流體流C上流動(dòng)。

第一銳角144提供冷卻流體流C進(jìn)入凹部的流的向量，使得冷卻流體流C可沿側(cè)向于熱燃燒氣體H的流動(dòng)的方向擴(kuò)散，均勻地越過熱表面94擴(kuò)散，而非產(chǎn)生增大或減小冷卻流體膜的局部區(qū)域。因此，第一銳角144有助于增大凹部?jī)?nèi)的冷卻流體流C的停留時(shí)間。允許冷卻流體流C擴(kuò)散和填充區(qū)域，且形成斜面134和下游熱表面94b上的冷卻流體C的層。因此，需要較少膜孔100來有效地覆蓋具有冷卻流體流C的熱表面94。

轉(zhuǎn)到圖8，可認(rèn)識(shí)到跟隨圖7的空氣流路徑。當(dāng)冷卻流體流C沿仿形部分112縱向地移動(dòng)時(shí)，冷卻流體流C由來自膜孔100的額外冷卻流體C的連續(xù)噴射在斜面134上逐漸上推，形成斜面134上的層和下游熱表面94b，以限定冷卻膜。

凹部?jī)?nèi)的冷卻流體流C防止冷卻流體流C與熱燃燒氣體H的過早混合，提高了膜冷卻的效率。斜面134提供了用于允許冷卻流體C在下游熱表面94b上分散的漸進(jìn)表面。

轉(zhuǎn)到圖9和圖10，通過比較，可認(rèn)識(shí)到通過使用仿形部分112內(nèi)的膜孔100拒絕熱燃燒氣體H流入凹部中。在圖9中，膜孔100允許冷卻流體流C進(jìn)入仿形部分112。在圖10中，相比于圖9，出于示例性目的除去膜孔100。因此，允許了熱燃燒氣體流入仿形部分112中，形成渦流狀定向。在此定向中，凹部?jī)?nèi)的熱表面溫度可快速升高到高于可接受的溫度，提供了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件破壞或失效的潛在可能。在圖9中，膜孔100定向允許冷卻流體流C越過仿形部分112擴(kuò)散。因此，冷卻流體流C貫穿仿形部分112擴(kuò)散，防止了可另外趨于在仿形部分112內(nèi)形成的熱燃燒氣體H的潛在局部區(qū)域。

圖11示出了根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件190的仿形部分212。第二實(shí)施例可大致類似于第一實(shí)施例，且類似的元件以相同參考標(biāo)號(hào)表示，其中增加了100來識(shí)別標(biāo)號(hào)。在圖11中，表面(諸如上游熱空氣表面194a、下游熱空氣表面194b以及包括面220和斜面234的仿形部分212)具有曲線過渡，其平滑地切成圓角或倒圓角。曲線過渡從上游熱表面194a到面220，從面220到斜面234，以及從斜面234到下游熱表面194b發(fā)生，消除了第一實(shí)施例的底壁118。上游熱表面194a以曲線凸形方式過渡至面220，拐至面220與斜面234之間的跨越第一拐折軸線250的凹形曲線過渡。限定在面220與上游熱表面94a之間的曲線邊緣上的半徑應(yīng)當(dāng)較小，諸如大于5密耳。如圖所示，一個(gè)或多個(gè)出口204沿面220設(shè)置，使得第一拐折軸線250(即，曲線輪廓具有用于曲線的斜率的標(biāo)志的局部變化，諸如局部最小或最大)延伸穿過出口204的中心。在其它實(shí)施例中，沿面220的出口204的位置可較高或較低，使得第一拐折軸線250偏離出口204的中心。

此外，可構(gòu)想出面220自身可為曲線的，而非由斜面234與上游熱表面194a之間的過渡限定。面220可為仿形的或波狀的，相對(duì)于仿形部分212沿側(cè)向或沿縱向仿形或成波狀，具有一個(gè)或多個(gè)拐點(diǎn)，在該處，用于曲線的斜率的局部標(biāo)志沿面220的表面在局部最小或最大處改變多次。

斜面234與下游熱表面194b之間的曲線過渡限定相對(duì)于熱燃燒氣體H的凸形表面，且還限定第二拐折軸線252，其中曲線輪廓具有用于曲線的斜率的標(biāo)志的局部變化，諸如局部最小或最大，其設(shè)置在相對(duì)于仿形部分212的縱向方向的斜面234的側(cè)向中心處。

熱表面194a、194b、面220和斜面234之間的形狀和過渡可適于使得第一拐折軸線250和第二拐折軸線252可分別沿面220和斜面234定位在任何位置。

限定面局部平面228的面220和限定熱表面局部平面230的熱空氣表面194還限定其間的交叉線242。由膜孔100的通路206的縱向方向限定的縱軸線240可投射到熱表面局部平面130上?？v軸線240的投影246限定與交叉線242的第一銳角244。

第二實(shí)施例的膜孔200以示例性方式示出，使得第一銳角244大于第一實(shí)施例(圖5-圖10)的第一銳角144。因此，冷卻流體流C以接近平行于熱燃燒氣體H的方式移動(dòng)，以更定向的方式向斜面234上移動(dòng)。盡管冷卻流體流C在第二實(shí)施例中相比于第一實(shí)施例并未沿仿形部分212沿縱向擴(kuò)散那樣遠(yuǎn)，但冷卻流體流C相比于第一實(shí)施例可在混合之前沿下游熱表面94b進(jìn)一步向下游移動(dòng)。

如可認(rèn)識(shí)到的那樣，通過第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的第一銳角144、244的比較，膜孔100、200可定向成使得通路106、206限定縱軸線140、240來沿一個(gè)方向引導(dǎo)冷卻流體流C，該方向可至少部分地確定因素，諸如仿形部分112內(nèi)的冷卻流體C的量和冷卻流體C向下游移動(dòng)的速率。應(yīng)當(dāng)理解的是，仿形部分112、212的形狀和大小也可至少部分地確定這些因素。

應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到的是，第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中所示的元件是示例性的，且一些或所有元件可組合成實(shí)現(xiàn)仿形部分112。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，第一銳角144、244可用于沿相對(duì)于熱燃燒氣體H的軸向方向引導(dǎo)冷卻流體流C。第一銳角144、244可按期望改變，以使冷卻流體流C相對(duì)于仿形部分112、212沿縱向方向擴(kuò)散，或以大致平行于熱空氣流H的方式；沿縱向方向均勻地進(jìn)一步擴(kuò)散冷卻流體流C，或相應(yīng)地沿?zé)崛紵龤怏wH的方向進(jìn)一步引導(dǎo)冷卻流體流C，而不過早混合。因此，第一銳角144、244可相對(duì)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的局部部分的需要改變。

如還可認(rèn)識(shí)到的那樣，凹部減慢冷卻流體流C與熱燃燒氣體H的摻合，通常稱為混合，且減小發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的熱表面94、194上的冷卻流體C的混亂或湍流釋放。因此，離開多個(gè)膜孔100、200的冷卻流體流C可在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的熱表面94、194上均一地?cái)U(kuò)散，以均勻地冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190，而不產(chǎn)生增加或減少冷卻的區(qū)域(這可不均勻地加熱或施加應(yīng)力至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的局部區(qū)域)。

進(jìn)入仿形部分112、212的冷卻流體流C可在底壁118的整個(gè)表面和斜面134、234上均勻擴(kuò)散，允許了冷卻流體C在斜面134、234上均勻擴(kuò)散，且擴(kuò)散至下游熱表面94b、194b和發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190。此外，由于冷卻流體流C防止過早混合，膜孔100、200的效率和有效性可提高。結(jié)果，需要較少膜孔100、200來有效冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190，降低了成本且提高了結(jié)構(gòu)完整性。更進(jìn)一步，相比于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用具有較大或標(biāo)準(zhǔn)量的膜孔100、200的仿形部分112、212提高了膜冷卻的有效性，允許了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的增大的熱能力，這可提高系統(tǒng)的效率、降低燃料成本，且延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的操作壽命。

在以上實(shí)施例中，熱燃燒氣體H示為沿大體上越過發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的冷卻表面96、196的方向，其中膜孔100、200布置成大體上橫向于熱氣流H的方向的排。然而，相對(duì)于熱燃燒氣體H的主方向的其它排定向是可能的。例如，對(duì)于一些發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190，膜孔100、200可布置成具有平行于熱氣流H的定向的排。將注意的是，熱燃燒氣體H可為湍流，且由特別在相對(duì)于膜孔100、200的局部比例下的方向分量或向量構(gòu)成，但主要或大部分流動(dòng)方向可橫向于、平行于成排膜孔100、200，或其一些組合。

在任何以上實(shí)施例中，保護(hù)性涂層(諸如熱障涂層或多層保護(hù)涂層系統(tǒng))可應(yīng)用至發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件90、190的熱表面94。將理解的是，膜孔100、200和出口104、204可具有各種定向，不僅僅是附圖中所示的軸向定向。此外，凹部可與膜孔100、200的通路106、206和出口104、204的定形或仿形組合。凹部還可應(yīng)用至槽口類型的膜冷卻，在此情況下，出口104、204設(shè)在熱表面94、194上的槽口內(nèi)。

關(guān)于本文公開的主題的系統(tǒng)、方法和其它裝置的各種實(shí)施例提供了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的改善的冷卻，特別是在具有膜孔的發(fā)動(dòng)機(jī)中?？稍谒鱿到y(tǒng)的一些實(shí)施例的實(shí)施中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的熱表面可定形為包括包含多個(gè)膜孔的出口的仿形部分。常規(guī)膜孔設(shè)計(jì)使用通路，其具有圓形入口區(qū)域、計(jì)量區(qū)段和定形的出口區(qū)域以助于擴(kuò)散冷卻流體。然而，出口區(qū)域的定形已受限。通過定形膜孔以包括仿形出口區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件中的改善的冷卻性能可實(shí)現(xiàn)，這可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的較長(zhǎng)的服務(wù)壽命、提高的效率、較高溫度能力，以及提高的結(jié)構(gòu)完整性，而不增加重量至系統(tǒng)。

在描述的系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施例的實(shí)施中可實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，多個(gè)膜孔可包含在局部仿形部分內(nèi)。通常，膜孔出口的表面仿形需要圍繞或進(jìn)入各個(gè)獨(dú)立膜孔中的局部定形。通過將多個(gè)出口包含在公共輪廓內(nèi)，可滿足局部設(shè)計(jì)要求，從而預(yù)先調(diào)節(jié)冷卻流體流，重新定向冷卻流體流來提供從膜孔的更有益的分散，或消除典型的離開流分離，由此引起高湍流和/或混亂空氣流。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請(qǐng)專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。