(57)【要約】      （修正有）【課題】フィレット最適化したタービン翼形部を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン用の動翼は、根元及び先端壁１２０を含む、圧力側９８及び吸引側１００を有する翼形部を備える。圧力側９８及び吸引側１００は、先端壁１２０を超えて延在して先端チャネルを画成し、複数の内部コーナー１３８及び外部コーナー１３８を画成する。コーナー１３８は、フィレット１４０を有し、圧力側９８、吸引側１００、又は、先端壁１２０に対する厚さよりも大きい厚さを有する。フィルム孔１３２は、フィレット１４０におけるフィルム孔１３２の長さが増加され、フィルム孔１３２に対して増加した長さ対直径比が定められ、フィルム孔１３２を通るフィルム冷却が改善される様、フィレット１４０を通って延在し得る。【選択図】図５
2017115862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（10）用の動翼（68）であって、
圧力側（98）及び吸引側（100）を定める外壁を有する翼形部（78）であって、前記外壁が前縁（102）から後縁（104）まで翼弦方向に延在し、根元（82）から先端（80）まで翼長方向に延在する、翼形部と、
前記外壁の前記圧力側（98）及び前記吸引側（100）にわたり、前記外壁と交差して少なくとも一つのコーナー（138）を形成する先端壁（120）であって、前記外壁が前記コーナー（138）において第一の厚さ（152）を有し、前記先端壁（120）が前記コーナー（138）において第二の厚さ（154）を有する、先端壁と、
前記先端壁（120）に沿って一部分が位置し、前記先端壁（120）及び前記外壁によって少なくとも部分的画成される、冷却通路（130）と、
前記コーナー（138）に位置し、前記第一の厚さ及び前記第二の厚さ（152, 154） の大きい方よりも少なくとも１．５倍大きい有効半径（158）を有するフィレット（1４０）と、
前記フィレット（140）を通って延在し、前記冷却通路（130）を前記翼形部（78）の外部と流体結合させる少なくとも一つのフィルム孔（132）とを備える動翼。
【請求項２】
前記少なくとも一つのフィルム孔（132）は、前記圧力側（98）及び前記吸引側（100）の少なくとも一方を通って延在する、請求項１記載の動翼（68）。
【請求項３】
先端壁（120）は先端チャネル（121）を有し、前記少なくとも一つのフィルム孔（132）は前記先端チャネル（121）まで延在する、請求項１記載の動翼（68）。
【請求項４】
前記外壁内に配置される先端シェルフ（126）を更に備え、前記外壁は前記先端壁（120）を超えて延在し、前記先端シェルフ（126）において外部コーナー（138）を画成し、前記先端壁（120）において内部コーナー（138）を画成し、前記外部コーナー及び前記内部コーナーのいずれか一方が前記コーナー（138）を画成する、請求項３記載の動翼（68）。
【請求項５】
前記フィレット（140）は、前記外部コーナー（138）及び前記内部コーナー（138）の両方に位置し、前記少なくとも一つのフィルム孔（132）が両方のフィレット（140）を通り抜ける、請求項４記載の動翼（68）。
【請求項６】
前記コーナー（138）は前記先端壁（120）に沿って翼弦方向に延在し、前記フィレット（140）は前記コーナー（138）に沿って翼弦方向に延在し、前記少なくとも一つのフィルム孔（132）は多数のフィルム孔（132）を有する、請求項１記載の動翼（68）。
【請求項７】
前記有効半径（158）は、前記第一の厚さ（152及び前記第二の厚さ（154）の大きい方よりも少なくとも２．０倍大きい、請求項１記載の動翼（68）。
【請求項８】
前記有効半径（158）は、前記第一の厚さ（152）及び前記第二の厚さ（154）の大きい方よりも少なくとも４．０倍大きい、請求項１記載の動翼（68）。
【請求項９】
前記有効半径（158）は、前記第一の厚さ（152）及び前記第二の厚さ（154）の大きい方よりも１０．０倍未満大きい、請求項８記載の動翼（68）。
【請求項１０】
前記コーナー（138）によって形成される角（128）を更に有し、前記角（128）は前記有効半径（158）を定める、請求項９記載の動翼（68）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン翼形部に対するフィレット最適化に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、特にガスまたは燃焼タービンエンジンは、動翼および静翼対を含む圧縮機段から、燃焼器を介して、その次の複数のタービン翼への一連であるエンジンを通り抜ける燃焼されたガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および航海上の移動ならびに電力生成に用いられてきたが、ヘリコプターを含む飛行機などの航空上の利用に通常最もよく用いられている。飛行機分野では、ガスタービンエンジンは、航空機の駆動に用いられる。
【０００３】
航空機用のガスタービンエンジンは、エンジン効率を最大化するために高温で作動するよう設計されるため、高圧タービンや低圧タービン等の幾つかのエンジン部品を冷却することが有益となる。典型的には、冷却は、高圧および／または低圧圧縮機から冷却を必要とするエンジン部品に冷却用空気をダクトで送ることによって達成される。高圧タービンにおける温度は約１０００°Ｃ乃至２０００°Ｃであり、圧縮機からの冷却用空気の温度は約５００°Ｃ乃至７００°Ｃである。圧縮機の空気は高温であるが、タービンの空気と比べるとより低いため、タービンを冷却するために使用することができる。
【０００４】
現代のタービン動翼、並びに、翼又はノズルは、一般的に、動翼の異なる部分を冷却するために動翼を通るよう冷却用空気を経路決定するための一つ以上の内部冷却回路を含み、動翼の前縁、後縁、及び、先端等の動翼の異なる部分を冷却するための専用の冷却回路を含み得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５６８８１０４号
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、ガスタービンエンジン用の動翼は、圧力側及び吸引側を定める外壁を有する翼形部を有し、外壁は前縁から後縁まで翼弦方向に延在し、根元から先端まで翼長方向に延在する。動翼は、更に、外壁の圧力側及び吸引側にわたり、外壁と交差して少なくとも一つのコーナーを形成する先端チャネルを有し、外壁はコーナーにおいて第一の厚さを有し、先端チャネルは前記コーナーにおいて第二の厚さを有する。動翼は、更に、先端チャネルに沿って位置する部分を有し、先端チャネル及び外壁によって少なくとも部分的に画成される冷却通路を含み、コーナーは冷却通路のコーナーを画成する。更に、動翼は、第一の厚さ及び第二の厚さの大きい方よりも少なくとも１．５倍大きい有効半径を有するコーナーに位置するフィレット、及び、フィレットを通って延在し、冷却通路を翼形部の外部と流体結合させる少なくとも一つのフィルム孔を有する。
【０００７】
別の態様では、ガスタービンエンジンの動翼にフィルム孔を形成する方法であって、先端チャネル及び外壁の交差によって形成される冷却通路のコーナーのフィレットを通るようフィルム孔を形成することを含み、このときフィレットは、先端チャネル及び外壁の厚さの大きい方よりも少なくとも１．５倍大きい有効半径を有する。
【０００８】
別の態様では、ガスタービンエンジ用の動翼は、先端チャネルとコーナーを画成する外壁を交差させることで少なくとも部分的に形成される内部冷却通路を有する翼形部を含み、交差する先端チャネルと外壁の厚い方の厚さの少なくとも１．５倍の有効半径を有するフィレット、及び、フィレット及び先端チャネルと外壁の少なくとも一方を通って延在する少なくとも一つのフィルム孔を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図面は、以下のとおりである。
【図１】図１は、航空機用のガスタービンエンジンの概略的な断面図である。
【図２】図２は、冷却用空気用入口通路を含む、図１のエンジンのタービン動翼であるエンジン部品の斜視図である。
【図３】図３は、図２の翼形部の断面図である。
【図４】図４は、先端チャネル及び先端シェルフを示す図２の翼形部の先端の斜視図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｃは、フィレットを先端チャネルに配置することによる増加したフィルム孔の長さを示す図４の断面Ｖで切断した断面図である。
【図６】図６は、翼形部の先端に外部フィレットが設けられた、増加したフィルム孔の長さを示す概略図である。
【図７】図７Ａ乃至図７Ｃは、先端チャネルに隣接して翼形部の内部にフィレットを置くことによる増加したフィルム孔長さを示す図４の断面ＶＩＩの断面図である。
【図８】図８Ａ乃至図８Ｃは、フィルム孔を有する内部フィレットが側壁まで延在した、増加したフィルム孔の長さを示す図４の断面ＶＩＩＩの断面図である。
【図９】図９Ａ乃至図９Ｃは、内部フィレットが内部蛇行回路内に配置された、増加したフィルム孔の長さを示す図４の断面ＶＩＩＩの断面図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、フィルム孔を有する内部フィレットが先端シェルフまで延在した、増加したフィルム孔の長さを示す図４の断面ＩＸの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
記載される本発明の実施形態は、タービンエンジンにおける空気の流れを経路決定することに関する機器、方法および他の装置を対象にする。説明を目的として、本発明は航空機のガスタービンエンジンに関して記載することとする。しかしながら、この発明は、それに制限されず、例えば他の移動体への応用および非移動体への工業的、商業的かつ居住的応用等、航空機以外の応用での一般的適用性を有しうることは理解されるであろう。
【００１１】
ここで、説明を目的として、本発明がタービンエンジンのタービン動翼用の翼形部に関して説明されることが更に理解されるであろう。しかしながら、本発明がタービン動翼に制限されず、非制限的な例として、圧縮機の動翼、タービン又は圧縮器の静翼、ファンの動翼、又は、ストラット等の任意の翼形部構造を有し得ることが理解されるであろう。更に、フィレット最適化は、非制限的な例として、バンド、燃焼器組立体、又は、プラットホーム等、フィルム孔又は表面フィルム冷却を利用する追加的なエンジン部品に用いられる。
【００１２】
本願で使用されるように、「前方」又は「上流」といった用語は、エンジン入口、又は、別の部品と比べてエンジン入口に比較的近い部品に向かう方向に移動することを意味する。「前方」又は「上流」と関連して使用される「後方」又は「下流」といった用語は、エンジン中心線に対してエンジンの後部又は出口に向かう方向を意味する。
【００１３】
更に、本願で使用するように、「半径の」又は「半径方向の」といった用語は、エンジンの中心長手軸とエンジン外周との間の寸法を意味する。
【００１４】
全ての方向の参照（例えば、半径の、軸方向の、近位の、遠位の、上部、下部、上方、下方、左、右、横方向、前、後、頂上、底、上側、下側、垂直方向、水平方向、時計回り、反時計回り、上流、下流、後方等）は、読み手の本発明の理解を補助するよう識別目的のためのみに使用され、特に、位置、配向、又は、本発明の使用に関して制限を設けるものではない。連結参照（例えば、取付、結合、連結、及び、接合）は、広義に解釈されるべきであり、特に記載しない限り、素子群間の中間部材や素子間の相対移動を含み得る。このように、連結参照は、二つの素子が直接的に連結され、互いと固定される関係であることを必ずしも暗示するものではない。例示的な図面は、説明のみを目的として提供され、添付の図面に反映される寸法、位置、順番、及び、相対的なサイズは変えられ得る。
【００１５】
本願で使用されるように、「フィレット」といった用語は、二枚の交差壁の接合部によって形成されるコーナーに「充填」される材料を説明するために使用されることが更に理解されるであろう。更に、交差壁が一体でもよく、別個の交差素子を備える必要がないことも理解されるであろう。同様にして、フィレットは、交差壁と一体でもよい。フィレットが交差壁と一体である場合、フィレットとコーナーとの間には明白な境界がない。このような場合、フィレットは、壁が交差して仮想コーナーを形成するまで壁の厚さを実質的に延ばすことで識別され得る。
【００１６】
図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概して長手方向に延びる軸線または前方１４から後方１６へ延びる中心線１２を有する。エンジン１０は、下流への直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２および排気セクション３８を含む。
【００１７】
ファンセクション１８は、ファン２０を包囲するファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２回りに放射状に配置される複数のファン動翼４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成する。コア４４は、ファンケーシング４０と一体となることが可能であるコアケーシング４６によって包囲される。
【００１８】
エンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６と駆動的に連結する。より大きい直径の環状のＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＬＰシャフトまたはスプール５０は、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０と駆動的に連結する。スプール４８、５０のいずれかまたは双方に搭載されて、ともに回転するエンジン１０の部分を、個別にまたはまとめて回転子５１と称する。
【００１９】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６は複数の圧縮機段５２、５４をそれぞれ含み、圧縮機段において、圧縮機動翼５８の集合は、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れを圧縮または加圧する。１つの圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機動翼５６、５８は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２が、動翼５６、５８にその下流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼および圧縮機段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。ある圧縮機段の動翼５６、５８は、ディスク５３に搭載可能であり、それは、その所有のディスクを有する各段を伴うＨＰおよびＬＰスプール４８、５０のうちの対応するひとつに搭載される。静翼６０、６２は、回転子５１回りの円周方向配置のコアケーシング４６に搭載される。
【００２０】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６は複数のタービン段６４、６６をそれぞれ含み、そこでタービン動翼６８、７０の集合は、対応する静的なタービン静翼７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れからエネルギーを抽出する。１つのタービン段６４、６６において、多数のタービン動翼６８、７０は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットホームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的なタービン静翼７２、７４が、動翼６８、７０の上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼およびタービン段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。
【００２１】
作動において、回転ファン２０は、ＬＰ圧縮機２４へ周辺空気を供給し、その後周辺空気をさらに加圧するＨＰ圧縮機２６へ加圧された周辺空気を供給する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０において燃料と混合して点火され、それによって燃焼ガスを生成する。ＨＰタービン３４は、ある仕事量をこれらのガスから抽出し、ＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰ圧縮機２４を駆動し、追加の仕事量を抽出するＬＰタービン３６へ排出され、排気ガスは、最終的に、排気セクション３８を経由してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動がＬＰスプール５０を駆動し、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００２２】
ファン２０によって供給される一部の周辺空気は、エンジンコア４４を回避することが可能であり、エンジン１０の部分、特に高温部分の冷却に用いること、および／または他の態様の航空機の冷却もしくは動力に用いることが可能である。タービンエンジンとの関連で、エンジンの高温部分は、通常、燃焼器３０の下流であり、特に燃焼セクション２８の直下流であるために最高温部分となるＨＰタービン３４を伴う、タービンセクション３２である。他の冷却流体の源としては、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から排出される流体でありうる。
【００２３】
図２は、図１のエンジン１０のタービン動翼６８のうちの一つであるエンジン部品の斜視図である。タービン動翼６８は、蟻ほぞ７６及び翼形部７８を含む。翼形部７８は、先端８０から根元８２まで延在する。蟻ほぞ７６は、更に、根元８２で翼形部７８と一体化されるプラットホーム８４を含むことで、タービンの気流を半径方向に含むことが補助される。蟻ほぞ７６は、エンジン１０上にタービンの回転子ディスクが搭載されるよう構成され得る。蟻ほぞ７６は、少なくとも一つの入口通路を有し、蟻ほぞ７６を通って延在して通路出口９４において翼形部７８とそれぞれ内部流体連通される第一の入口通路８８、第二の入口通路９０、及び第三の入口通路９２が例示的に示される。蟻ほぞ７６は、入口通路８８、９０、９２が蟻ほぞ７６の本体内に収容されるよう、断面で示されることが分かるであろう。
【００２４】
図３を参照するに、断面で示される翼形部７８は、凹状の圧力側壁９８及び凸状の吸引側壁１００を有し、これら側壁は一緒に接合され、前縁１０２及び後縁１０４と共に翼形部形状を画成する。翼形部７８は、圧力側壁９８が吸引側壁１００に追従する方向に回転する。そのため、図３に示すように、翼形部７８は、頁の上方に上向きに回転する。
【００２５】
翼形部７８は、翼形部７８の特定の部分を冷却するために設けられる一つ以上の冷却回路を形成するよう配置され得るリブ１１０によって離間される第一の通路１０６及び第二の通路１０８を例として示す、複数の内部通路を含む内部９６を有する。通路１０６、１０８は、根元から先端まで翼形部７８内で半径方向に延在され得る。通路が、特定の通路と翼形部７８の外表面との間に流体連通を提供する１つ以上のフィルム孔を有することができ、それによってフィルムに翼形部７８の外表面に沿った冷却流体を供給することは理解されるであろう。
【００２６】
図４の斜視図は、翼形部７８の先端８０を最も良く示している。圧力側壁９８及び吸引側壁１００は先端８０の上面を超えて延在し、該上面は、圧力側延長部１２２と吸引側延長部１２４との間に配置される先端壁１２０として画成される。先端壁１２０と延長部１２２、１２４との組み合わせにより、先端８０に沿って設けられる先端チャネル１２１が画成される。先端シェルフ１２６は、圧力側壁９８に位置する溝として圧力側延長部１２２において画成され得る。翼形部７８は、翼形部内に配置された一つ以上のフィルム孔１３２を更に含み、フィルム孔１３２は圧力側壁９８に例示的に示される。更に、翼形部７８は、後縁１０４においてスロットチャネル１１８として示される複数の出口アパーチャを有し得、先端出口１１６は先端８０に隣接する後縁に設けられる。代替的には、中心延長部（図示せず）は、圧力延長部１２２と吸引延長部１２４との間の先端壁１２０から延在して、先端チャネル１２１を別個の先端チャネルに分割することができる。
【００２７】
図５Ａ乃至図５Ｃをここで参照するに、図４の断面Ｖで切断した断面図は、図３の第一又は第二の通路１０６、１０８を有し得る、先端通路１３０として冷却通路を示す。図５Ａは、先端壁１２０において先端通路１３０と翼形部７８の外部との間を延在するフィルム孔１３２を有する、翼形部７８に対する従来の先端８０を示す。先端通路１３０は、対称的な或いは非対称的な断面の何れかを有し得る。フィルム孔１３２は、計測セクション及び拡散セクションをそれぞれ定める第一の部分１３４及び第二の部分１３６を有する複合フィルム孔であり得る。フィルム孔の合成角は、エンジンの中心線１２に対して軸方向の成分と半径方向の成分の両方を有するとして定められ得る。代替的には、複合フィルム孔は、翼形部７８の翼長と翼弦に対して、翼長成分と翼弦成分を有するとして定められ得る。そのため、フィルム孔１３２は略半径方向の、即ち、エンジンの中心線１２に対して直交する断面で示されているが、フィルム孔１３２がエンジンの中心線１２に対して軸方向に、又は、軸方向と半径方向の組み合わせの方向にも延在し得ることは理解されるであろう。更に、フィルム孔１３２は、非線形でもよく、円弧状のプロフィールの少なくとも一部分を定める。フィルム孔１３２は、複合されることに限定されない。フィルム孔１３２は、非制限的な例において、軸方向の、半径方向の、線形の、角度付けされた、複合された、円弧状の又はその他でもよい。そのため、フィルム孔１３２の中心線は、直線状、湾曲状、円弧状、継ぎ目のある形状又はその他でもよい。
【００２８】
複数のコーナー１３８が、先端壁１２０と圧力壁延長部１２２及び吸引壁延長部１２４との間の接合部に画成され得る。コーナー１３８は、明確な点を有する鋭いコーナーとして示されるが、それにそれほど制限されないことは理解されるであろう。例えば、コーナー１３８は、仮想コーナーが画成され得る様、僅かに丸みが付けられか、又はその他でも良い。コーナー角１２８が各コーナー１３８で定められてもよい。コーナー１３８を定める交差壁は、コーナー１３８について鋭角、直角、又は、鈍角１２８を形成するよう交差され得る。更に、コーナー１３８が二枚の壁間の接合部におけるコーナー１３８から延在する、長くなる断面距離を有する様、交差壁のうちの一つ以上の壁は角度が付けられるか円弧状に形成され得る。
【００２９】
図５Ｂを参照すると、圧力側延長部１２２及び先端壁１２０に隣接するコーナー１３８は、フィレット１４０を有する。フィレット１４０は、フィルム孔１３２の長さが延長するよう、コーナー１３８において増加した厚みを形成する。図５Ｃでは、フィレット１４０は、圧力側延長部１２２と吸引側延長部１２４のいずれか一方、又は、その双方に隣接して配置され得る。名目上、丸みが付けられたコーナーが、本願記載のフィレットに相当しないことは更に理解されるであろう。フィレット１４０は増加した厚みを形成する一方、僅かに丸みが付けられたコーナーは名目上でもよい。
【００３０】
ここで図６を参照するに、図示するフィレット１４０は例示的であり、フィレット１４０が交差壁の接合部においてコーナー１３８を充填し、増加した厚みを形成する材料であることは理解されるであろう。図６に示す幾何学的形状は例示として理解されるべきであり、本発明を制限するものとして解釈されてはならない。代替的には、フィレット１４０は、フィレット１４０を画成する離散した円弧状の又は線形の表面を有する複合フィレットとして形成さられ得る。
【００３１】
長さＬは、フィルム孔１３２の入口１６０と出口１６２との間の長さとして定められ、直径Ｄは、フィルム孔１３２の断面幅として定められ得る。長さは、中心線が翼形部の表面と交差するフィルム孔１３２の中心を通る入口１６０と出口１６２との間の距離として定められ得る。このように、フィルム孔１３２は、長さ対直径比Ｌ／Ｄによって定められ得る。フィルム孔１３２は第二の部分１３６において増加する断面積を有するものとして示されるが、フィルム孔１３２が一貫した直径Ｄと断面積を有してもよいことは理解されるであろう。代替的には、フィルム孔１３２の中心線は、非制限的な例として、直線状、湾曲状、円弧状、継ぎ目のある形状、及び、その他の好適な形状でもよい。
【００３２】
吸引側壁１００と吸引側壁延長部１２４は、壁に対する幅として定められる厚さ１５２を有し得る。同様に、先端壁１２０は、厚さ１５４を有し得る。フィレット１４０の増加した厚みは、フィレット１４０における延長部１２０、１２４がそれぞれの壁１２０、１２４の厚さ１５２、１５４よりも大きい増加した厚みを有する様、破線で示すように、壁１２０、１２４の仮想延長部に対して定められ得る。フィレット１４０が追加的な材料を有する必要はないが、壁１２０、１２４の少なくとも一方と一体であり、フィレット１４０に隣接し、破線で示される壁１２０、１２４の仮想延長部に対する厚さを定めてもよいことは理解されるであろう。更に、壁の仮想延長部が説明目的のために提供され、壁１２０、１２４の厚さに対するフィレット１４０の厚さを視覚的に比較する手段を読み手に提供し、フィレット１４０に隣接するこのような壁の延長部が必要でないことは理解されるであろう。
【００３３】
フィレット１４０は、有効半径１５８がフィレット１４０と円弧面１５０の中心点１５６との間で定められる様、円形の面または円弧面１５０の少なくとも一部分を定め得る。フィレット１４０は、破線で示されるコーナー１３８と円弧面１５０との間に延びる厚さを有する。フィレット１４０は、有効半径１５８が第一又は第二の厚さ１５２、１５４の大きい方よりも少なくとも１．５倍大きくなるよう成形されている。代替的には、フィレット１４０の形状及びサイズは、フィルム孔１３２の長さを増加するよう構成される。フィルム孔１３２の長さＬが増加すると、フィルム孔１３２に対するＬ／Ｄ比の値が大きくなる。更に、コーナー１３８によって形成される角１２８（図５Ａ）により増加した又は減少した有効半径１５８が得られる。例えば、図示されるように、フィレット処理されたコーナー１３８は直角であり、厚さ１５２、１５４のうちの大きい方よりも約２．０から２．５倍の有効半径１５８が得られる。角１２８が鋭角または鈍角である別のコーナー１３８では、例えば、フィレット１４０は図示する例示的な実施形態よりも大きい又は小さい有効半径を定め得る。このように、フィレット１４０は、厚さ１５２、１５４の１．５乃至１０．０倍以上の有効半径を定め得る。しかしながら、フィレット１４０によって定められる厚さが交差壁１２０、１２４の角１２８によって定められることに制限されないことは理解されるであろう。
【００３４】
厚さ１５２、１５４は、先端壁１２０及び吸引側壁延長部１２４を参照して示されるが、図示する翼形部７８内の先端通路１３０のそれぞれの幾何学的形状が例示的であり、図示する幾何学的形状、寸法、比率、又は、位置に翼形部７８を限定するものではないことは理解されるであろう。フィレット１４０は、翼形部７８の先端８０における追加的な場所で定められてもよく、図７乃至図１０に示す例において十分に説明される。
【００３５】
フィレット１４０によって定められる円形状が例示的であることが更に理解されるであろう。フィレット１４０は、フィレット１４０が円形状を定めるように成形される必要はない。フィレット１４０は、半径又は局所半径が有効半径１５８を定め得るよう、任意の円弧形状又は円弧状のセグメントを有し得る。フィレット１４０は、弧のセグメントまたはフィレット１４０の少なくとも一部分が、局所半径が有効半径１５８を含むよう定める様に、非円形の弧であり得る。代替的には、フィレット１４０は、合成曲率半径を有する複合フィレットとして定められ得、離散した円弧状の又は線形の表面がフィレット１４０を定める。フィレット１４０によって定められる合成曲率半径が利用される場合、平均的な全半径が有効半径１５８を決定するために使用され得る。更に、フィレット１４０は、フィルム孔の入口又は出口の成形、並びに、非線形の幾何学的形状に適応される。このように、出口成形は、標準的な丸い入口又は出口以外の任意の形状として理解されるべきである。
【００３６】
図７Ａ乃至図９Ｂをここで参照するに、先端８０の近傍におけるフィレット１４０の実施の多数の実施例が示される。図７Ａ乃至図７Ｃでは、翼形部の先端通路１３０内に、フィレット１４０が配置され、図４の断面ＶＩＩが示される。従来の動翼の先端を示す図７Ａを参照するに、コーナー１３８は、先端壁１２０及び圧力側壁９８及び吸引側壁１００に隣接する翼形部７８の内部に画成され得る。図７Ｂでは、フィレット１４０は、圧力側壁９８に隣接して配置され、フィルム孔１３２によって定められるＬ／Ｄ比が増加するよう、フィルム孔１３２の増加した長さを提供する。図７Ｃは、圧力側壁９８及び吸引側壁１００の両方にフィレット１４０が隣接する例示的な追加の実施形態を示す。そのため、フィレットが圧力側壁９８、吸引側壁１００、又は、その双方に隣接して配置され得ることが理解されるであろう。
【００３７】
図８Ａ乃至図８Ｃをここで参照するに、翼形部の先端８０は、図４の断面ＶＩＩＩによって定められ、フィルム孔１３２は先端通路１３０から翼形部７８の圧力側壁９８まで延在している。図７Ａと同様に、従来の動翼の先端を示す図８Ａでは、コーナー１３８は先端壁１２０及び圧力側壁９８及び吸引側壁１００に隣接して画成される。フィルム孔１３２は、圧力側壁９８を通って延在し、先端通路１３０と翼形部７８の側部との間に流体連通を提供する。
【００３８】
図８Ｂでは、圧力側壁９８に隣接したコーナー１３８がフィレット１４０を有し、圧力側壁９８の外表面まで延在するフィルム孔１３２に対して増加したＬ／Ｄ比を提供する。図８Ｃにおいて、別の実施例では、圧力側壁９８及び吸引側壁１００それぞれにフィルム孔１３２が設けられる可能性が示される。そのため、フィルム孔１３２がフィレット１４０を通って、圧力側壁９８及び吸引側壁１００のいずれか一方、又は、双方に設けられ得ることが理解されるであろう。
【００３９】
図９Ａ乃至図９Ｃをここで参照するに、別の実施例では、フィレット１４０が内部冷却回路の蛇行セクション内に配置される様子を示す。先端通路として冷却回路の従来のターン１７０を示す図９Ａを見ると、コーナー１３８は、先端壁１２０と、翼形部７８の半径方向の翼長の長さに沿って延在する一つ以上の内部リブ１７２との間の接合部において画成され得る。図９Ｂ及び図９Ｃを参照するに、フィレット１４０は、先端壁１２０における内部リブ１７２に対して画成されるコーナーに配置されてもよい。フィレット１４０は、先端８０におけるフィルム冷却有効性を向上させるよう、フィルム孔１３２の長さを増加し、フィルム孔に対してより大きいＬ／Ｄ比を定めるよう利用されてもよい。
【００４０】
図４の断面ＩＸで切断した図１０Ａ及び図１０Ｂを参照するに、先端シェルフ１２６を含む翼形部７８の先端８０は圧力側壁９８に設けられる。図７及び図８と同様に、図１０Ａにおいて、コーナーは、先端壁１２０と圧力側壁９８及び吸引側壁１００に隣接した先端通路１３０内に配置され得る。フィルム孔１３２は、先端壁１２０に配置され、先端シェルフ１２６まで延在している。図１０Ｂにおいて、先端シェルフ１２６において圧力側壁９８に隣接するコーナー１３８はフィレット１４０を有し得、先端シェルフ１２６まで延在するフィルム孔１３２に対して増加したＬ／Ｄ比を提供する。代替的には、フィレット１４０が、翼形部の外部にあり先端チャネル１２１内に位置する、先端シェルフ１２６において先端壁１２０と圧力側延長部１２２との間に設けられ得ることも予想される。
【００４１】
先端シェルフ１２６におけるフィルム孔１３２は、成形されたフィルム孔でもよく、又は、本願記載の複合フィルム孔を有してもよい。フィルム孔１３２は、フィレット、底シェルフ表面、半径面、又は、それらの任意の組み合わせなど、先端シェルフ１２６の任意の表面に設けられ得る。更に、フィルム孔１３２は、半径方向、軸方向、接線方向、又は、それらの任意の組み合わせの任意の配向を有し得る。フィルム孔１３２は、フィレット処理された表面１４０から先端シェルフ１２６まで、又は、先端壁１２０から翼形部の内部又は外部のフィレット処理された表面１４０の一部分を通って先端シェルフ１２６まで延在し得る。フィレット１４０により、フィルム孔１３２の長さが増加し、フィルム孔１３２に対してより大きいＬ／Ｄ比が定められフィルム有効性が向上される。
【００４２】
本願に記載するように、内部でも外部でもよいフィレット処理された表面が、孔が貫通する内部及び外部のフィレット半径の双方を局所的に増加することで、フィルム孔の長さ及びフィルム孔に対するＬ／Ｄ値を増加させることが理解されるであろう。Ｌ／Ｄに対する増加した値により、冷却フィルム孔の有効性が向上される。フィレットは、壁又は表面全体を厚くすることなく全体的なシステム重量を最小限に増加することができる。更に、フィレットにより、構造サポートが増加される。更に、フィレットは、フィルム孔の入口又は出口の成形、並びに、非線形の幾何学的形状に適応される。このように、出口成形は、標準的な丸い入口又は出口以外の任意の形状として理解されるべきである。追加的には、本願に記載するように、二つのフィレットはフィレットを通って延在するフィルム孔に対するＬ／Ｄ比を増加するために使用される様、任意のフィレットが互いと組み合わせて使用され得、。
【００４３】
フィルム孔は、壁表面またはフィレット表面に設けられ、フィレットの少なくとも一部分を貫通し、それにより、フィレット無しでは実現することが不可能なフィルム孔に対する増加した長さが得られる。更に、フィレットは、より大きいＬ／Ｄ値を実現するために長さを更に増加させるよう、フィレット処理された内部表面又は外部表面及び内部表面の組み合わせ等のように複合されてもよい。
【００４４】
フィレットが、増加した長さを提供し、湾曲されたフィルム孔、「Ｓカーブ」フィルム孔、並びに、有効性が向上された標準的な線形の又は複合のフィルム孔を超える他の配向といったより広い範囲のフィルム孔の可能性を提供することが更に理解されるであろう。
【００４５】
本願記載の実施形態は翼形部に関するが、フィレット処理されたコーナーがコーナーを画成する交差壁を有する追加的なエンジン部品に利用され、フィルム孔を利用しエンジン部品のこれらコーナー或いはその近傍を冷却し得ることが更に理解されるであろう。
【００４６】
記載したこの記述は、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示して、かつ、いかなる当業者に対しても、任意の装置またはシステムを作成し用いることおよび任意の統合された方法を実行することを含んだこの発明の実施をすることができるようにもする。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１０  エンジン
１２  長手軸（中心線）
１４  前方
１６  後方
１８  ファンセクション
２０  ファン
２２  圧縮機セクション
２４  低圧（ＬＰ）圧縮機
２６  高圧（ＨＰ）圧縮機
２８  燃焼セクション
３０  燃焼器
３２  タービンセクション
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気セクション
４０  ファンケーシング
４２  ファン動翼
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰシャフト／ＨＰスプール
５０  ＬＰシャフト／ＬＰスプール
５２  圧縮機段
５４  圧縮機段
５６  圧縮機動翼
５８  圧縮機動翼
６０  圧縮機静翼（ノズル）
６２  圧縮機静翼（ノズル）
６４  タービン段
６６  タービン段
６８  タービン動翼
７０  タービン動翼
７２  タービン静翼
７４  タービン静翼
７６  蟻ほぞ
７８  翼形部
８０  先端
８２  根元
８４  プラットホーム
８８  第一の入口通路
９０  第二の入口通路
９２  第三の入口通路
９２ａ  前側入り口
９２ｂ  後側入り口
９４  通路出口
９６  内部
９８  圧力側壁
１００  吸引側壁
１０２  前縁
１０４  後縁
１０６  第一の通路
１０８  第二の通路
１１０  リブ
１２０  先端壁
１２１  先端チャネル
１２２  圧力延長部
１２４  吸引延長部
１２６  先端シェルフ
１２８  角
１３０  先端通路
１３２  フィルム孔
１３４  第一の部分
１３６  第二の部分
１３８  コーナー
１４０  フィレット
１５０  円弧面
１５２  第一の厚さ
１５４  第二の厚さ
１５６  中心点
１５８  有効半径
１６０  入口
１６２  出口
１７０  ターン
１７２  リブ
【図１】
2017115862.tif 000003
【図２】
2017115862.tif 000004
【図３】
2017115862.tif 000005
【図４】
2017115862.tif 000006
【図５】
2017115862.tif 000007
【図６】
2017115862.tif 000008
【図７】
2017115862.tif 000009
【図８】
2017115862.tif 000010
【図９】
2017115862.tif 000011
【図１０】
2017115862.tif 000012
【外国語明細書】
2017115862000001.pdf