(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（４０、４００）内で使用するための、鏡面光学反射体でもある高温スプラッシュプレート（６０４）を提供する。【解決手段】  高温反射体の薄い層（５１６）が、スプラッシュプレート（６０４）の表面に付着される。この構成部品は、典型的には高温金属構成部品を覆う断熱皮膜（５１４）を含み、この断熱皮膜により構成部品が高温度で作動することが可能になる。放射熱をガス流路内に適切に反射することができる表面（５１５）を形成するために、断熱皮膜は、研磨されなくてはならない。次に高温反射体の薄い層は、表面（５１５）の粗さを増大させることなく研磨された表面に反射体（５１６）を適切に密着させることができる方法により、研磨された断熱皮膜（５１４）上に付着される。この表面は、放射熱をタービンの方向に高温ガス流路内へ反射して戻す。【選択図】      図８
2004211703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの燃焼器に使用するための、鏡面反射表面を有するスプラッシュプレートであって、
高温燃焼ガス状流体からの熱に曝される基体材料（５０２）と、
前記燃焼流体からの放射熱に曝される前記基体の表面を覆う所定の厚さを有する鏡面反射皮膜（５１６）と、を含み、
前記鏡面反射皮膜（５１６）は、約２．５４マイクロメータ（１００マイクロインチ）
よりも大きくない付着粗さを有し、かつ該鏡面反射皮膜（５１６）の表面が入射する放射熱線の少なくとも約８０％をその表面から遠のくように高温流路内のガスに反射するような高温性能を有する、
ことを特徴とするスプラッシュプレート。
【請求項２】
前記鏡面反射皮膜が、１．２７マイクロメータ（５０マイクロインチ）又はそれより滑らかな付着粗さを有することを特徴とする、請求項１に記載のスプラッシュプレート。
【請求項３】
前記基体材料（５０２）と前記鏡面反射皮膜（５１６）との間にセラミック材料（５１４）を更に含み、前記セラミック材料（５１４）が、前記基体材料（５０２）を覆う断熱層を形成し、前記基体（５０２）と反対側に位置しかつ前記鏡面反射皮膜（５１６）に隣接する、前記セラミック材料（５１４）の表面（５１５）が、約２．５４マイクロメータ（１００マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面粗さを有することを特徴とする、請求項１に記載のスプラッシュプレート。
【請求項４】
前記基体（５０２）と反対側に位置しかつ前記鏡面反射皮膜（５１６）に隣接する、前記セラミック材料（５１４）の表面（５１５）が、約０．８１マイクロメータ（３２マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面粗さを有することを特徴とする、請求項３に記載のスプラッシュプレート。
【請求項５】
前記鏡面反射皮膜（５１６）が、白金、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、パラジウム、及びこれらの組合せから成る材料の群から選ばれることを特徴とする、請求項３に記載のスプラッシュプレート。
【請求項６】
前記皮膜（５１６）が、約１ミクロンよりも大きくない所定の厚さに付着されることを特徴とする、請求項３に記載のスプラッシュプレート。
【請求項７】
前記燃焼流体の温度が約１２６０°Ｃ（２３００°Ｆ）である場合に、温度性能が約３８°Ｃ（１００°Ｆ）改善されることを特徴とする、請求項３に記載のスプラッシュプレート。
【請求項８】
前記基体材料（５０２）が、ニッケル基超合金、鉄基超合金、コバルト基超合金、及びこれらの組合せから成る群から選ばれた高温超合金であることを特徴とする、請求項３に記載のスプラッシュプレート。
【請求項９】
ガスタービンエンジンの燃焼器に使用するための、鏡面反射表面を有するスプラッシュプレートを製造する方法であって、
高温燃焼ガス状流体に隣接して配置された、基体材料（５０２）を含むスプラッシュプレート（６０４）を準備する段階と、
前記基体の表面上にセラミック断熱皮膜システムを付着させる段階と、
前記基体表面を覆う前記セラミック皮膜（５１４）の、該基体表面と反対側に位置する表面（５１５）を機械的に加工して、約１．２７マイクロメータ（５０マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面仕上げを得る段階と、
前記セラミック皮膜（５１４）の表面（５１５）上に鏡面反射皮膜（５１６）を付着させる段階と、を含み、
皮膜（５１６）を付着させる前記段階が、約１．２７マイクロメータ（５０マイクロインチ）又はそれより滑らかな皮膜表面仕上げ（５１７）を形成し、前記セラミック皮膜（５１４）と反対側に位置する、前記鏡面反射皮膜（５１６）の外表面が、エンジン（１０）内の高温燃焼ガス状流体に曝される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記セラミック皮膜（５１４）の表面（５１５）を機械的に加工する前記段階が、約０．８１マイクロメータ（３２マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面仕上げを得る段階を更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記セラミック皮膜（５１４）の表面（５１５）を機械的に加工する前記段階が、該表面（５１５）を研磨する段階を更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記研磨する段階が、手作業により研磨する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記研磨する段階が、ラッピングする段階を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記機械的に加工する段階が、タンブリングする段階を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記セラミック皮膜（５１４）の表面（５１５）上に所定の厚さに前記鏡面反射皮膜（５１６）を付着させる前記段階が、該皮膜（５１６）を約１ミクロンよりも大きくない厚さに付着させる段階を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記鏡面反射皮膜（５１６）を約１ミクロンよりも大きくない厚さに付着させる前記段階が、白金、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、パラジウム、及びこれらの組合せから成る材料の群から選ばれた該皮膜（５１６）を付着させる段階を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記鏡面反射皮膜（５１６）が、化学蒸着法、物理蒸着法、液相浸潤法又はスパッタリングのいずれか一つにより付着されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記鏡面反射皮膜（５１６）を研磨して、約０．８１マイクロメータ（３２マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面仕上げ（５１７）を達成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にガスタービンエンジン燃焼器に関し、より具体的には、燃焼器装置内の一体形のスプラッシュプレートと、燃焼により発生される光学的放射に起因した温度を低下させることにより該スプラッシュプレートを冷却することとに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービンエンジンの圧縮機部分において、大気は大気圧の１０〜２５倍まで加圧され、この過程で４２７〜６７７°Ｃ（８００〜１２５０°Ｆ）まで断熱的に加熱される。この加熱されかつ加圧された空気は、燃焼器内に導かれ、該燃焼器において燃料と混合される。燃料が点火され、燃焼過程によりガスは１６５０°Ｃ（３０００°Ｆ）を超える非常に高い温度まで加熱される。この高温ガスはタービンを通って流れ、該タービンにおいて回転タービンホイールが、エネルギーを取り出してエンジンのファン及び圧縮機を駆動し、また高温ガスは排気システムを通って流れ、該排気システムにおいてガスが、航空機を推進させる推力を供給する。航空機用エンジンの作動効率を改善するために、燃焼温度が高められてきた。燃焼温度が高くなるにつれて、燃焼器の熱劣化を防止するための方策が講じられなくてはならないことは言うまでもない。
【０００３】
航空機用エンジンなどのガスタービンエンジン内で使用される燃焼器は、典型的には薄壁材料で作られる。在来形の燃焼器は、５つの個別部品で構成された組立体である。燃焼器の火炎側は、典型的にはライナ及びドームに対する熱伝達率を減少させる断熱皮膜で被覆される。燃焼器のための枠体は、燃焼器ドームである。典型的には金属薄板部品である内側及び外側カウルと内側及び外側ライナとは、ドームの内径及び外径において該ドームにボルト止めされる。内側及び外側ライナは、典型的には個々の機械鍛造品から、互いに熔接されて作られる。燃焼器ドームは、金型成形された金属薄板部品で作られた単一のスペクタクルプレートを含む。個々の渦流カップパッケージが、スペクタクルプレートにろう付けされる。渦流カップパッケージは、そのリテーナを備えた１次スワーラと、逆方向に回転する２次スワーラと、ベンチュリと、スプラッシュプレートとを含む。燃料は、燃料噴射器又は燃料ノズルを通して噴射される。渦流カップパッケージのその他の構成部品と同様に、スプラッシュプレートは、該スプラッシュプレートの下流で起こる燃料／空気混合物の燃焼によって加熱され、また燃焼器ドーム内の孔を通過して該スプラッシュプレートの背面つまり上流面に衝突する冷却空気の衝突によって冷却される。
【０００４】
ガスタービンエンジンの温度が上昇し続けると、燃焼温度は、最良の超合金材料ですらも熱劣化による寿命短縮を起こすほどに高くなる。これは、熱劣化による損傷を起こし易い、高効率高速タービンエンジン内のスプラッシュプレートのために使用される超合金においても当てはまる。燃焼温度が上昇した時、衝突冷却と断熱皮膜とは、熱劣化なしに構成部品の寿命を維持するのに十分な冷却を行うには適切でなくなってきた。耐熱劣化を改善するために様々な試みが為され、それらが少しずつ改良をもたらしてきた。これらの改良には、「スプレイ・アンド・ベイク」皮膜と呼ばれる高温反射体が含まれる。これらの反射体は、白金塗料を含み、化学蒸着法により付着される白金層が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）上に蒸着される。スプラッシュプレートによって熱を吸収させ、該スプラッシュプレートを通して伝熱させ、その後対流によって該スプラッシュプレートの背面（つまり上流面）から熱を取り除くのではなく、これらの反射体は、反射させることによってスプラッシュプレートから熱を遠ざけるように機能する。この熱は、理想的には下流に向かってエンジンのタービン部分内へ流入する燃焼ガス流内へ反射して戻される。しかしながら、これらの「スプレイ・アンド・ベイク」皮膜は、温度が１１８０°Ｆ（２１５０°Ｆ）に達すると有効でなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高温ガス流路内の構成部品の温度性能を改善するために、多層誘電体のような反射体を使用することができる。そのような誘電体ミラーは、反射させようとする放射熱線の約１／４波長の厚さに蒸着された高屈折率及び低屈折率の透明固体の多層で構成される。しかしながら、これらのミラーによって達成されるコスト対利点により、Commercial Engine Operations(ＣＥＯ)においてはこれらのミラーの使用は否定的である。必要なのは、放射熱を燃焼ガス流内に反射して戻すことによって薄いスプラッシュプレートの冷却を助ける反射体として機能し得るコスト効果のある皮膜である。この皮膜は、構成部品の重量を実質的に増大させないように十分に薄く、しかもスプラッシュプレートによって吸収される放射熱を減少させて、スプラッシュプレートの取換えを必要とする熱劣化による劣化を招くことなく、燃焼器の期待耐用寿命以上にスプラッシュプレートを作動可能にするようなものでなくてはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼器セクション内のスプラッシュプレートに付着される鏡面光学反射体である。この鏡面光学反射体は、臨界位置においてスプラッシュプレートに付着される。本発明の皮膜を必要とする臨界位置を決定するために、標準的な光線追跡（Ray-tracing）プログラムを使用することができる。スプラッシュプレートの各部分は、隣接するエンジン構成部品からの反射の結果として放射熱を受ける可能性がある。スプラッシュプレートは複雑な形状を有するであろうが、臨界位置とは、火炎からスプラッシュプレート上に入射する放射エネルギーを、その他のいずれのハードウエア構成部品上にも集束させることなくガス流路内へ反射して戻すことができるように鏡面光学反射体が付着される位置のことである。かくして、放射熱はガス流により運ばれて、エンジンのタービン部分内へ送られる。従って、後方のタービン内へ流入するガスのエネルギーが増大して、タービンがより多くの仕事をすることを可能にし、それによってエンジンの効率を増大させる。
【０００７】
スプラッシュプレートは、該スプラッシュプレートの一部分が幾分かの遮蔽を行う弓形構造体であるから、その一部分のみが外向きに延びて、流路内を流れるガスに曝されるようになる。しかしながら、この部分は、流路内を流れる燃焼ガスから放射熱を受けるが、入射する放射熱エネルギーを吸収しかつこれを熱伝達又は対流冷却によって移動させるのではなく、該入射する放射熱エネルギーをガス流路内へ反射して戻して、スプラッシュプレート又はこれに代わるものの温度を低下させてその温度性能を増大させ、エンジン性能が改善されるにつれて生じる一層高い温度にすらスプラッシュプレートを曝すことを可能にするように構成されることができる。
【０００８】
スプラッシュプレートは、流路内を流れる高温ガスに曝され、放射波のような入射波が、燃焼器の他の部分上に反射されることなくノズルのタービン部分に向かうガス流路内へ反射されるように、プラッシュプレートからタービンノズルの方向へ反射されるような輪郭を有する部分を含む。この部分は、反射材料で被覆されるべきである。この反射波の形状又は輪郭は、理想的にはスプラッシュプレートからタービンノズルに向かう反射見通し線である。この反射経路見通し線をもたらす輪郭を持ち得ないスプラッシュプレートの隣接部分は、被覆されるべきではなく、その理由は、スプラッシュプレートのこれらの部分からの反射は、燃焼器のその他の部分上に向けられるので、光線追跡プログラムによりこれらの反射を受けることになる構成部品を正確に予測して、それらの構成部品もまた本発明に従って被覆されるようにすることができなければ、燃焼器のそれらの部分に望ましくない加熱を生じることになるからである。
【０００９】
その形状又は輪郭を持つように形成された後、スプラッシュプレートは、先ず始めに従来技術の方法に従って、断熱皮膜システムで被覆される。断熱皮膜システムは、典型的には構成部品に対するセラミック上層皮膜の付着を改善するための第１のボンドコートを含む。次に、典型的にはイットリウム安定化ジルコニアであるセラミック上層皮膜が、スプラッシュプレート内に形成されたいずれの冷却孔も閉塞しないような方法で、スプラッシュプレートに付着される。次に、反射皮膜を付着させようとする被覆されたスプラッシュプレートの部分が研磨されて、非常に微細に（光学的に鏡面状に）仕上げられる。この微細仕上げは、付着された断熱皮膜の表面仕上げが入射する放射熱線を意図した以外の方向へ拡散させることがないようにするために、行われる。被覆されたスプラッシュプレート表面における僅かな変化でさえも、放射熱線の幾分かを、燃焼器下流端に配置されたタービンノズルの方へ向けないで、隣接する燃焼器構成部品上のような望ましくない方向へ向けるおそれがある。
【００１０】
次に、高温反射体の薄い層が、反射体として機能することになるスプラッシュプレート部分に付着される。研磨作業時に研磨され滑らかにされたスプラッシュプレートの隣接部分は、反射材料が不用意に付着されないようにマスクすることができる。反射材料の薄い層は、断熱皮膜に対して該反射材料を十分に接着させるような方法によって付着される。
【００１１】
本発明の利点は、燃焼過程からの放射熱が、スプラッシュプレートから遠のくように、高温反射材料で被覆されたスプラッシュプレート部分から典型的にはガス流路内に反射して戻されることである。この放射熱は、スプラッシュプレートによって吸収されるのではなく、ガス流路内の流体によって吸収され、現により低温の温度で作動しているエンジンの部分内へ戻される。その結果、スプラッシュプレートはあまり高温にならず、該スプラッシュプレートは、所定の設計におけるより低温の温度で作動することができる。これとは別に、スプラッシュプレートの作動温度を上昇させることなく燃焼器の温度を一層高めることができるように、燃焼器の設計を変更することもできる。反射皮膜は、スプラッシュプレートの熱劣化速度を遅くして、その寿命を延長させる。
【００１２】
本発明のもう一つの利点は、スプラッシュプレートからの反射された放射熱が流体によって吸収され、エンジンの燃焼器部分からエンジンのタービン部分内に運ばれるので、流体流がより高い温度に加熱されることになることである。この温度上昇は、流体流内の使用可能なエネルギーがそれだけ大きくなるということであって、エンジン効率を増大させることになる。
【００１３】
本発明の更に別の利点は、エンジンを現在よりも高い温度で作動させることができるから、エンジンをより高い効率で作動させることが可能になることである。
【００１４】
本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の原理を実例によって示した添付図面に関連してなされる、好ましい実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、典型的な高バイパス比ターボファンエンジン１０の断面図である。そのようなエンジンの動作を以下に簡単に説明する。空気が、ファン２０を通ってエンジン１０に入り、複数の圧縮段を含む圧縮機セクション３０内に流れる。加圧された空気は、エンジンの後部へ送られる。空気の一部は、その１つだけが図示されている燃焼器４０へ送られ、一部の空気は、下流における構成部品の冷却及び機内加圧などの他の目的のために使用される。燃焼器４０において、加圧空気は、燃料と混合され点火される。高温の燃焼ガスは、複数のタービン段を含むタービンセクション５０に向けて下流に流れる。タービンセクション５０によってエネルギーが抽出されて、エンジンコア６０を介して圧縮機段３０とファン２０とを駆動する。タービンセクション５０を通過した高温ガスは、エンジン１０の排気部７０から排出され、航空機を前方へ推進させる推力を発生する。
【００１６】
図２は、図１の高バイパス比ターボファンエンジン１０内に見ることができるような典型的な燃焼器４００を示している。燃焼器４００は、ドーム４０２と、内側ライナ４０４と、外側ライナ４１４と、内側カウル４０６と、外側カウル４１６とを含む。ここで使用する内側及び外側という用語は、エンジンの中心線に対する構成部品の位置を意味し、内側の構成部品は、エンジンの中心線に対してより近くに置かれている。内側ライナ４０４と内側カウル４０６とは、内側ボルト継手４０８によりドーム４０２にボルト止めされ、外側ライナ４１４と外側カウル４１６とは、外側ボルト継手４１８によりドーム４０２にボルト止めされる。圧縮機段３０からの加圧空気は、デフューザ４２６を通して燃焼器４００内に導入される。空気は、燃料供給マニフォルド４２２を介して燃料ノズル４２０により導入された燃料と混合される。燃料／空気混合物は、スワーラ４４０により渦流を与えられる。燃料／空気混合物は、点火器４２４により点火される。燃焼過程がいったん始まると、これは自続するが、万一燃焼過程が中断（これはフレームアウトと呼ばれることもある）した場合には、点火器４２４を使用して燃焼過程を再開始させることができる。燃焼器は、該燃焼器４００の後方すなわち下流端において内側支持部４３８と外側支持部４４８とにより、また該燃焼器４００の前方つまり上流端においてボルト支持部２５０により、所定の位置に保持される。
【００１７】
図３は、高バイパス比ターボファンエンジン１０内に見ることができるような典型的な燃焼器４００の燃焼器ドーム４０２の断面図である。燃焼器ドーム４０２は、スプラッシュプレート６０４に取り付けられたスペクタクルプレート６０２を含む。これらのプレート６０２、６０４は、通常、ろう付けにより取り付けられるが、それらを取り付けるために、公知の機械的手段を含むその他の方法も使用できる。燃料ノズル４２０は、燃料をドーム４０２内に導入するように１次スワーラ６０６と２次スワーラ６０８との間で延びており、該ドーム４０２において、燃料は空気と混合されることができる。加圧空気は、燃料ノズル４２０とドーム内側カウル６１２及びドーム外側カウル６１４との間に形成された通路６２０内に導入され、１次スワーラ６０６と、２次スワーラ６０８と、スプラッシュプレート６０４と２次スワーラ６０８との間に形成されたベンチュリ６１０とを通って流れる。ドーム内側カウル６１２及びドーム外側カウル６１４は、スペクタクルプレート６０２に対するボルト継手６１６によりドームに取り付けられる。
【００１８】
通路６２０に入った冷却空気は、スペクタクルプレート６０２及びスプラッシュプレート６０４の背面に衝突して、これらの構造体内に設けられた冷却孔（図示せず）を通して反らされる。燃料／空気混合物がドーム４０２から出ると該燃料／空気混合物が燃焼される結果、これらの構成部品は非常に高温になるので、この冷却は必要である。前述したように、基材上のボンドコートと該ボンドコート上の断熱セラミック皮膜とを含む断熱皮膜を施すことにより、スプラッシュプレート６０４及びスペクタクルプレート６０２の温度性能を高めることができる。
【００１９】
典型的なドーム４０２のスプラッシュプレート６０４が、図４に概略的に示され、また図５に断面で示されている。スプラッシュプレート６０４は、該スプラッシュプレートの少なくとも一部分が、反射表面７０２と加圧空気の通過を可能にする少なくとも１つの開口７０４とを含むように設計される。スプラッシュプレートの構成は、エンジンの設計ごとで変化し、また同一のエンジン設計における燃焼器ごとにおいてさえも変化し、更にその構成は、高温の燃焼ガスがそれを通して燃焼器から放出されるタービンノズル３００に対する、該スプラッシュプレートの位置、形状、及び配向に応じて変化することは、当業者には分かるであろう。図４及び図５のスプラッシュプレートは、本発明の新規な特徴を示すために、その形状が単純化してある。しかしながら、スプラッシュプレートは、上に述べたようにより複雑な形状を採ることができる。その形状に関わらず、スプラッシュプレート６０４上に入射する放射エネルギーが該スプラッシュプレート６０４からエンジンのタービン部分へ出て行く高温ガス流内へ反射されるように、反射表面７０２は設計される。この放射エネルギーは、高温燃焼ガスが燃焼器を通過する時、この高温燃焼ガスにより吸収される。全ての放射エネルギーは、高温ガスがそこにおいてタービンノズルに入る、燃焼器の排出部に向けられるのが好ましい。反射された放射エネルギーの一部は、隣接する構成部品上に拡散される可能性があるが、このことは物理的事項として避けることはできない。しかしながら、反射エネルギーの集束部は、主としてタービンノズルに入るガス流に向けられる。
【００２０】
スプラッシュプレートを作るために使用される材料は、典型的にはニッケル、コバルト、鉄、又はそれらの組合せを基にした高温超合金である。これらの超合金の全ては、本発明にとって好適な基体材料であると考えられる。また、本明細書において総括的にセラミック材料と呼ばれるモノリシックセラミック材料及び繊維強化セラミックマトリックス複合材料も、スプラッシュプレートに使用することができる。そのようなセラミック材料は、特に本発明に含まれ、スプラッシュプレートに使用される高温超合金よりも僅かに高い温度限界値を有することができる。
【００２１】
燃料／空気混合物は、それが燃焼器ドームから出ると燃焼されて、放射熱を含む熱を発生する高温ガス状流体を形成する。対流、伝導、及び放射による熱伝達によってスプラッシュプレートに伝わる熱量及び／又は熱伝達速度を減少させる前述した冷却手段を用いた場合でも、スプラッシュプレート表面の温度は、依然として非常に高温である。本発明は、他の能動的冷却手段に加えて、放射伝熱によりスプラッシュプレートに伝達される熱量を減少させる助けをする。
【００２２】
本発明は、スプラッシュプレートの基体材料を保護するために使用される現存の断熱システム上に直接付着された高温鏡面光学反射体を利用する。これらの鏡面光学反射体は、スプラッシュプレート内に設けられるであろう冷却孔に悪影響を与えないような方法で、非常に薄い皮膜として付着される。前述したように、断熱皮膜を付着させるための従来型の公知の技術により形成される表面は、被覆されたたままの状態で光学反射体として機能するには余りにも粗過ぎる。本発明の鏡面光学反射体皮膜が、２．５４マイクロメータ（１００マイクロインチ）又はそれよりも大きい表面仕上げを有する従来型の断熱皮膜上に付着された場合には、タービンノズルが置かれた燃焼器排出部の方向に反射するようにスプラッシュプレートが設計されている場合でも、粗い表面は放射熱を多数の異なる方向へ散乱させることになる。触媒被覆として使用される場合のように皮膜が多孔性である場合には、放射熱は基体内に再吸収されて、その光学反射体としての目的をだめにすることもあり得る。
【００２３】
本発明の１つの実施形態においては、スプラッシュプレートは、標準的な製造方法に従って製造されるが、スプラッシュプレート６０４上に入射する放射エネルギーがスプラッシュプレート６０４からタービンノズル３００の方向へ反射されるように、少なくともその一部分が設計されるような形状を有する。スプラッシュプレート表面に付着された皮膜を示す図６を参照すると、スプラッシュプレート６０４は、高温性能を有する基体５０２を含む。上に述べたように、基体５０２は、幾つかの材料のいずれか１つとすることができる。本明細書で使用する場合、「材料」という用語には、複合材料も含まれる。しかしながら、図６に示すように、基体は、高温ニッケル基超合金である。ボンドコート５１２が、ニッケル基合金基体上に付着される。ボンドコート５１２を覆って、粗い表面仕上げの表面５１５を有するセラミック層５１４が付着される。本発明の目的において、「粗い表面仕上げ」という用語は、約２．５４マイクロメータ（１００マイクロインチ）よりも大きい表面仕上げである。基体がセラミックマトリックス複合材料のような異なる材料を含む場合には、ボンドコート５１２は省略してもよい。
【００２４】
スプラッシュプレート６０４に付着された従来型の断熱皮膜システムの表面仕上げは、製造されたままでは鏡面光学反射体として機能するためには粗過ぎる。スプラッシュプレート６０４の下流表面つまり基体を覆う断熱皮膜の露出面で覆われた表面は、高温燃焼ガスからの放射熱に曝される流体境界面を形成する典型的にはイットリア安定化ジルコニアのようなセラミック材料の表面であって、この表面は、次に図７に示すように研磨される。スプラッシュプレートは、図７に示すように、セラミック層５１４の表面５１５が約１．２７〜１．５２マイクロメータ（５０〜６０マイクロインチ）よりも大きくない表面仕上げ、好ましくは約０．８１マイクロメータ（３２マイクロインチ）又はそれより滑らかな表面仕上げをもつように、微細な紙やすりを使用して手作業で研磨される。この極度に滑らかな表面は、本発明を有効なものにするために必要な反射特性を達成するために必要である。紙やすりによる研磨に引き続いてダイヤモンド研磨媒体を使用して研磨することが必要な場合がある。生産に際しては、選択された研磨媒体が皮膜を損傷することなく要求された表面仕上げを形成する限り、研磨工程の速度を速めて処理能力を増大させるために、ダイヤモンドペーストを使用したラッピングホイール及びタンブリングのような公知の研磨技術を採用することができる。
【００２５】
次に燃焼器ライナが、隣接する燃焼器構成部品に直接ではなく、排出ノズルの方向へ放射熱を反射する材料の非常に薄い鏡面光学反射皮膜５１６で被覆される。この方向は、光線追跡プログラムを使用して決定することができる。皮膜５１６は、図８に示すように表面５１７において非常に滑らかな表面仕上げが維持されるように材料を付着させる方法によって付着される。要求される表面仕上げは、少なくとも０．８１マイクロメータ（３２マイクロインチ）、好ましくは約１０〜２０マイクロインチである。この非常に微細な表面仕上げは、他の燃焼器構成部品上への放射熱の拡散作用を最少にすることになる。この非常に薄い鏡面光学皮膜を付着させる好ましい方法は、皮膜を約１ミクロン（０．０００４インチ）の厚さに付着させる化学蒸着法（ＣＶＤ）である。この薄い皮膜を約１ミクロンの厚さに付着させるためのその他の許容できる方法としては、スパッタリング法、液相浸潤法、及び物理蒸着法が含まれる。１０〜２０マイクロインチという所望の好ましい極めて滑らかな表面仕上げを達成するためには、これらの方法ですらも幾らかの付加的な微細な（軽い）研磨作業を必要とする場合がある。しかしながら、皮膜を付着させるための全ての方法が、本発明に適した皮膜を形成するわけではない。溶射法のようなその他の方法は、これらの方法によって付着される皮膜が過度に分厚くかつ粗過ぎるから、鏡面反射のために許容できる皮膜を形成しない。
【００２６】
好ましい鏡面反射体皮膜材料は、白金であるが、パラジウム、或いは酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、及び／又はこれらの材料の組合せを含む多層誘電体ミラーも使用することができる。皮膜材料として使用される材料は、入射する放射熱線に対する高度な反射性を維持することが必須要件である。従って、酸化スケールの形成は皮膜の反射体としての有効性を損なうから、酸化スケールが形成されてはならない。また、価格を抑えるという目的もあって非常に薄い皮膜は、研磨された断熱皮膜に対して付着性が極めて強くなくてはならず、かつその厚さ故に、層状になって剥離してはならず、この剥離は、表面仕上げに悪影響を与えるおそれがある。この薄い層は、これを付着させた構成部品の重量を大きく増大させることはない。更に、この層は、表面仕上げに高度な反射性を備えた光学特性を与える薄い層として維持される。
【００２７】
その他の反射性燃焼器構成部品に対するテストは、鏡面反射層が入射する放射熱線の少なくとも約８０％を反射することができることを示した。これは、約１２６０°Ｃ（２３００°Ｆ）の流体流に隣接してセラミック皮膜は有するが鏡面反射層は有さない構成部品と比べて、流体流に隣接したセラミック皮膜の温度が約１２６０°Ｃ（２３００°Ｆ）の時に、約３８°Ｃ（１００°Ｆ）だけ構成部品の温度を低下させるのに十分な放射熱の量である。約１００時間にわたる高圧セクタテストおいてデフレクタに取り付けられた熱電対により測定された時、これらの構成部品は、本発明に記載したような皮膜を欠いた実質的に同一のデフレクタと比べて、９５°Ｆの改善を示した。当業者には分かるように、エンジンの燃焼温度が上昇するにつれて、本発明の利点も増す。最新型エンジンにおいては温度が上昇するにつれて、プランクの完全黒体放射法則（Plank's Black-Body radiation Law）に従って、放出される熱のうちで赤外線放射（ＩＲ）の割合が増している。従って、最新型タービンエンジンは、エンジンの作動温度が上昇するにつれて、本発明からより大きな利点、おそらく観察された改善よりも大きな利点を引き出すことになるであろう。
【００２８】
本発明を好ましい実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うこと及び実施形態の構成部品をこれと等価な構成部品で置き換えることが可能であることは、当業者には明らかであろう。更に、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に合わせて、本発明の教説に多くの変更を加えることも可能である。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】典型的な高バイパス比ターボファンエンジンの断面図。
【図２】高バイパス比ターボファンエンジンの典型的な燃焼器の断面図。
【図３】高バイパス比ターボファンエンジンの典型的な燃焼器の燃焼器ドームの断面図。
【図４】本発明が適用されるスプラッシュプレートの概略図。
【図５】図４のスプラッシュプレートの側面図。
【図６】セラミック皮膜を研磨する前における、付着された断熱皮膜システムを備えたスプラッシュプレートの断面図。
【図７】セラミック皮膜を研磨した後かつ鏡面反射皮膜を付着させる前における、付着された断熱皮膜システムを備えたスプラッシュプレートの断面図。
【図８】セラミックボンドコートを研磨した後かつ鏡面反射皮膜を付着させた後における、断熱皮膜システムを備えたスプラッシュプレートの断面図。
【符号の説明】
【００３０】
５０２  基体
５１２  ボンドコート
５１４  セラミック皮膜
５１５  セラミック皮膜の研磨された表面
５１６  鏡面反射皮膜
５１７  反射表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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