本發(fā)明大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更具體而言，涉及其中的膜冷卻。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓并且在燃燒器中與燃料混合用于生成熱燃燒氣體。能量在高壓渦輪(HPT)(其向壓縮機(jī)供能)中和在低壓渦輪(LPT)(其向渦扇飛行器發(fā)動機(jī)應(yīng)用中的風(fēng)扇供能，或者向用于船舶和工業(yè)應(yīng)用的外部軸供能)中從氣體抽取。

背景技術(shù)：

發(fā)動機(jī)效率關(guān)于燃燒氣體的溫度提高。然而，燃燒氣體沿著它們的流動路徑加熱各種構(gòu)件，這進(jìn)而需要其冷卻以實(shí)現(xiàn)長的發(fā)動機(jī)壽命。典型地，熱氣體路徑構(gòu)件通過將空氣從壓縮機(jī)放出而冷卻。由于放出的空氣不用在燃燒過程中，故該冷卻過程降低發(fā)動機(jī)效率。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)冷卻技術(shù)為成熟的，并且包括用于各種熱氣體路徑構(gòu)件中的冷卻回路和特征的各種方面的許多專利。例如，燃燒器包括徑向外襯套和徑向內(nèi)襯套，它們需要在操作期間冷卻。渦輪噴嘴包括支承在外帶與內(nèi)帶之間的中空導(dǎo)葉，其也需要冷卻。渦輪轉(zhuǎn)子葉片為中空的，并且典型地包括其中的冷卻回路，其中葉片由渦輪護(hù)罩包繞，該渦輪護(hù)罩也需要冷卻。熱燃燒氣體排放穿過排氣部，該排氣部也可有襯套，并且被適合地冷卻。

在所有這些示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)構(gòu)件中，高強(qiáng)度超級合金金屬的薄金屬壁典型地用于增強(qiáng)的耐久性，同時最小化對其冷卻的需要。各種冷卻回路和特征定制用于發(fā)動機(jī)中的它們的對應(yīng)環(huán)境中的這些單獨(dú)構(gòu)件。此外，所有這些構(gòu)件典型地包括共同排的膜冷卻孔。

典型的膜冷卻孔為圓柱形開孔，該圓柱形開孔以淺角傾斜穿過加熱的壁，用于沿著壁的外表面排放冷卻空氣的膜，以提供相對于在操作期間在其之上流動的熱燃燒氣體的熱絕緣。膜在壁外表面之上以淺角排放，以最小化其不合乎需要的吹出的可能性，該不合乎需要的吹出將引起流分離和膜冷卻效力的損失。

膜性能由有效覆蓋指示。如果擴(kuò)散器在擴(kuò)展中太激進(jìn)，則其導(dǎo)致流停滯和在擴(kuò)散器的出口處的一定程度的噴射。該噴射為不利的，因?yàn)槠錅p少膜的有效覆蓋并且引入使膜退化的二次混合。側(cè)部擴(kuò)散角和長度支配出口處的擴(kuò)散器的物理覆蓋。置后擴(kuò)散角支配膜如何從覆蓋的擴(kuò)散部分過渡至主流流動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的構(gòu)件，其包括暴露于熱空氣流的熱側(cè)、暴露于冷卻空氣流的冷側(cè)，以及在冷側(cè)與熱側(cè)之間延伸的膜孔通路，其中入口位于冷側(cè)上，而出口位于熱側(cè)上。側(cè)部擴(kuò)散長度由側(cè)部擴(kuò)散部分的開始部與出口之間的長度限定。置后長度由置后擴(kuò)散部分的開始部與出口之間的長度限定。在實(shí)施例中，側(cè)部擴(kuò)散長度大于置后擴(kuò)散長度。

在本發(fā)明的另一個方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的具有冷側(cè)和熱側(cè)的構(gòu)件的膜孔通路，其具有冷側(cè)上的入口、熱側(cè)上的出口、側(cè)部擴(kuò)散部分以及置后擴(kuò)散部分，其中側(cè)部擴(kuò)散部分在置后擴(kuò)散部分上游并且與置后擴(kuò)散部分間隔。

在本發(fā)明的另一個方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于具有冷側(cè)和熱側(cè)的構(gòu)件的膜孔通路，其具有冷側(cè)上的入口、熱側(cè)上的出口、側(cè)部擴(kuò)散部分以及置后擴(kuò)散部分，其中側(cè)部擴(kuò)散部分在置后擴(kuò)散部分上游并且與置后擴(kuò)散部分間隔，并且置后擴(kuò)散部分限定小于膜孔的計量區(qū)段的直徑的4倍的置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案1. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的構(gòu)件，其包括：

熱側(cè)，其暴露于熱空氣流；

冷側(cè)，其暴露于冷卻空氣流；

膜孔通路，其在所述冷側(cè)與所述熱側(cè)之間延伸，具有所述冷側(cè)上的入口和所述熱側(cè)上的出口，所述膜孔通路限定直徑，所述膜孔通路還限定側(cè)部擴(kuò)散部分和置后擴(kuò)散部分，所述側(cè)部擴(kuò)散部分限定在所述側(cè)部擴(kuò)散部分的開始部與所述出口之間的側(cè)部擴(kuò)散長度，所述置后擴(kuò)散部分限定在所述置后擴(kuò)散部分的開始部與所述出口之間的置后長度，其中所述側(cè)部擴(kuò)散長度大于所述置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述側(cè)部擴(kuò)散部分在所述置后擴(kuò)散部分上游并且與所述置后擴(kuò)散部分間隔。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述側(cè)部擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定側(cè)部擴(kuò)散角α，并且所述側(cè)部擴(kuò)散角小于12.5度。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案3所述的構(gòu)件，其特征在于，所述置后擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定置后擴(kuò)散角β，并且所述置后擴(kuò)散角小于12度。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的構(gòu)件，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度小于4倍的所述直徑。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的構(gòu)件，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度等于或小于零。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的構(gòu)件，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度小于4倍的所述直徑，而所述側(cè)部擴(kuò)散長度小于35倍的所述直徑。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的構(gòu)件，其特征在于，所述膜孔通路具有小于0.48英寸的直徑。

技術(shù)方案9. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的具有冷側(cè)和熱側(cè)的構(gòu)件的膜孔通路，其具有所述冷側(cè)上的入口、所述熱側(cè)上的出口、側(cè)部擴(kuò)散部分以及置后擴(kuò)散部分，其中所述側(cè)部擴(kuò)散部分在所述置后擴(kuò)散部分上游并且與所述置后擴(kuò)散部分間隔。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的膜孔通路，其特征在于，所述側(cè)部擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定側(cè)部擴(kuò)散角α，并且所述側(cè)部擴(kuò)散角小于12.5度。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的膜孔通路，其特征在于，所述置后擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定置后擴(kuò)散角β，并且所述置后擴(kuò)散角小于12度。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的膜孔通路，其特征在于，所述側(cè)部擴(kuò)散部分限定側(cè)部擴(kuò)散長度，所述置后擴(kuò)散部分限定置后擴(kuò)散長度，并且側(cè)部擴(kuò)散長度大于所述置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的膜孔通路，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度小于4倍的所述直徑。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的膜孔通路，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度為零。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的膜孔通路，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度小于4倍的所述直徑，而所述側(cè)部擴(kuò)散長度小于35倍的所述直徑。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的膜孔通路，其特征在于，所述膜孔通路具有小于0.48英寸的直徑。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的膜孔通路，其特征在于，所述膜孔具有以下幾何形狀：

a) 所述側(cè)部擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定側(cè)部擴(kuò)散角α，并且所述側(cè)部擴(kuò)散角小于12.5度，

b) 所述置后擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定置后擴(kuò)散角β，并且所述置后擴(kuò)散角小于12度，并且

c) 其中所述側(cè)部擴(kuò)散部分限定側(cè)部擴(kuò)散長度，所述置后擴(kuò)散部分限定置后擴(kuò)散長度，并且側(cè)部擴(kuò)散長度大于所述置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案18. 一種用于具有冷側(cè)和熱側(cè)的構(gòu)件的膜孔通路，其具有所述冷側(cè)上的入口、所述熱側(cè)上的出口、側(cè)部擴(kuò)散部分以及置后擴(kuò)散部分，其中所述側(cè)部擴(kuò)散部分在所述置后擴(kuò)散部分上游并且與所述置后擴(kuò)散部分間隔，并且所述置后擴(kuò)散部分限定小于4倍的所述直徑的置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案18所述的膜孔通路，其特征在于，所述膜孔具有以下幾何形狀：

a) 所述側(cè)部擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定側(cè)部擴(kuò)散角α，并且所述側(cè)部擴(kuò)散角小于12度，

b) 所述置后擴(kuò)散部分關(guān)于用于所述膜孔通路的中心線限定置后擴(kuò)散角β，并且所述置后擴(kuò)散角小于12.5度，并且

c) 其中所述側(cè)部擴(kuò)散部分限定側(cè)部擴(kuò)散長度，所述置后擴(kuò)散部分限定置后擴(kuò)散長度，并且側(cè)部擴(kuò)散長度大于所述置后擴(kuò)散長度。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的膜孔通路，其特征在于，所述置后擴(kuò)散長度小于4倍的所述直徑，而所述側(cè)部擴(kuò)散長度小于35倍的所述直徑。

附圖說明

在附圖中：

圖1為用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意性截面圖；

圖2為來自圖1的發(fā)動機(jī)的燃燒器和高壓渦輪的側(cè)視截面圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的穿過來自圖1的發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)構(gòu)件的膜孔的截面圖；

圖4為膜孔的俯視圖；

圖5為與圖4和圖6堆疊的圖3；

圖6為膜孔的仰視圖；

圖7為膜孔的仰視透視圖。

部件列表

10發(fā)動機(jī)

12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低壓壓縮機(jī)

26高壓壓縮機(jī)

28燃燒區(qū)段

30燃燒器

32渦輪區(qū)段

34高壓渦輪

36低壓渦輪

38排氣區(qū)段

40風(fēng)扇殼體

42風(fēng)扇葉片

44芯部

46芯部殼體

48高壓軸/轉(zhuǎn)軸

50低壓軸/轉(zhuǎn)軸

51轉(zhuǎn)子

52壓縮機(jī)級

53盤

54壓縮機(jī)級

56旋轉(zhuǎn)葉片

58旋轉(zhuǎn)葉片

60導(dǎo)葉

62導(dǎo)葉

63出口導(dǎo)葉

64渦輪級

66渦輪級

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

77燃燒器襯套

78護(hù)罩組件

80發(fā)動機(jī)構(gòu)件

82基底

84熱側(cè)

86冷側(cè)

88內(nèi)部腔

90膜孔

92入口

94出口

96通路

98計量區(qū)段

100擴(kuò)散區(qū)段

102中心線

104上游邊緣

106下游邊緣

108上游方向

110下游方向

112側(cè)部擴(kuò)散部分

114開始部

116置后擴(kuò)散部分

118第二次開始部

α側(cè)部擴(kuò)散角

β置后擴(kuò)散角

L_α側(cè)部擴(kuò)散長度

L_β置后擴(kuò)散長度

C冷卻空氣流

H熱空氣流

D計量直徑。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的描述的實(shí)施例涉及膜冷卻的發(fā)動機(jī)構(gòu)件(特別是在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中)。出于圖示的目的，本發(fā)明的方面將關(guān)于飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)描述。然而，將理解的是，本發(fā)明并未如此受限，并且可在非飛行器應(yīng)用(如，其它移動應(yīng)用以及非移動工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用)中具有普遍適用性。

圖1為用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意性截面圖。發(fā)動機(jī)10具有從前14延伸至后16的大體上沿縱向延伸的軸線或中心線12。發(fā)動機(jī)10包括成下游串流關(guān)系的包括風(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)扇殼體40。風(fēng)扇20包括繞著中心線12沿徑向設(shè)置的多個風(fēng)扇葉片42。

HP壓縮機(jī)26、燃燒器30以及HP渦輪34形成生成燃燒氣體的發(fā)動機(jī)10的芯部44。芯部44由可與風(fēng)扇殼體40聯(lián)接的芯部殼體46包繞。

繞著發(fā)動機(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傳動地連接于HP壓縮機(jī)26。繞著發(fā)動機(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傳動地連接于LP壓縮機(jī)24和風(fēng)扇20。

LP壓縮機(jī)24和HP壓縮機(jī)26分別包括多個壓縮機(jī)級52,54，其中一組壓縮機(jī)葉片56,58關(guān)于對應(yīng)的一組靜止壓縮機(jī)導(dǎo)葉60,62(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以壓縮穿過級的流體流或使其加壓。在單個壓縮機(jī)級52,54中，多個壓縮機(jī)葉片56,58可以以環(huán)提供，并且可關(guān)于中心線12從葉片平臺沿徑向向外延伸至葉片末端，同時對應(yīng)的靜止壓縮機(jī)導(dǎo)葉60,62定位在旋轉(zhuǎn)葉片56,58下游并且鄰近于其。注意的是，圖1中示出的葉片、導(dǎo)葉和壓縮機(jī)級的數(shù)量僅出于說明性目的選擇，并且其它數(shù)量為可能的。

HP渦輪34和LP渦輪36分別包括多個渦輪級64,66，其中一組渦輪葉片68,70關(guān)于對應(yīng)的一組靜止渦輪導(dǎo)葉72,74(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以從穿過級的流體流抽取能量。在單個渦輪級64,66中，多個渦輪葉片68,70可以以環(huán)提供，并且可關(guān)于中心線12從葉片平臺沿徑向向外延伸至葉片末端，同時對應(yīng)的靜止渦輪導(dǎo)葉72,74定位在旋轉(zhuǎn)葉片68,70上游并且鄰近于其。注意的是，圖1中示出的葉片、導(dǎo)葉和渦輪級的數(shù)量僅出于說明性目的選擇，并且其它數(shù)量為可能的。

在操作中，旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇20將周圍空氣供應(yīng)至LP壓縮機(jī)24，LP壓縮機(jī)24接著將加壓的周圍空氣供應(yīng)至HP壓縮機(jī)26，HP壓縮機(jī)26進(jìn)一步使周圍空氣加壓。來自HP壓縮機(jī)26的加壓空氣在燃燒器30中與燃料混合并且點(diǎn)燃，由此生成燃燒氣體。一些功由HP渦輪34從這些氣體抽取，HP渦輪34驅(qū)動HP壓縮機(jī)26。燃燒氣體排放到LP渦輪36中，LP渦輪36抽取附加的功以驅(qū)動LP壓縮機(jī)24，并且排出氣體最終經(jīng)由排氣區(qū)段38從發(fā)動機(jī)10排放。LP渦輪36的驅(qū)動驅(qū)動了LP轉(zhuǎn)軸50以使風(fēng)扇20和LP壓縮機(jī)24旋轉(zhuǎn)。

由風(fēng)扇20供應(yīng)的周圍空氣中的一些可繞過發(fā)動機(jī)芯部44并且用于發(fā)動機(jī)10的部分，尤其是熱部分的冷卻，并且/或者用于冷卻飛行器的其它方面或向其供能。在渦輪發(fā)動機(jī)的背景下，發(fā)動機(jī)的熱部分通常在燃燒器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)镠P渦輪34直接在燃燒區(qū)段28下游。其它冷卻流體源可為但不限于從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)動機(jī)10的燃燒器30和HP渦輪34的側(cè)視截面圖。燃燒器30包括偏轉(zhuǎn)器76和燃燒器襯套77。成組徑向間隔的靜止渦輪導(dǎo)葉72沿軸向方向鄰近于渦輪34的渦輪葉片68，其中相鄰的導(dǎo)葉72形成其間的噴嘴。噴嘴使燃燒氣體轉(zhuǎn)向以更好地流動到旋轉(zhuǎn)葉片中，以使最大能量可由渦輪34抽取。冷卻空氣流C穿過導(dǎo)葉72以在熱空氣流H沿著導(dǎo)葉72的外部經(jīng)過時使導(dǎo)葉72冷卻。護(hù)罩組件78鄰近于旋轉(zhuǎn)葉片68以最小化渦輪34中的流損失。類似的護(hù)罩組件還可與LP渦輪36、LP壓縮機(jī)24或HP壓縮機(jī)26相關(guān)聯(lián)。

發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)構(gòu)件中的一個或更多個包括膜冷卻基底，其中可提供本文中進(jìn)一步公開的實(shí)施例的膜冷卻孔或膜孔。具有膜冷卻基底的發(fā)動機(jī)構(gòu)件的一些非限制性實(shí)例可包括圖1-2中描述的葉片68,70、導(dǎo)葉或噴嘴72,74、燃燒器偏轉(zhuǎn)器76、燃燒器襯套77或護(hù)罩組件78。其中使用膜冷卻的其它非限制性實(shí)例包括渦輪過渡導(dǎo)管和排氣噴嘴。

圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)動機(jī)構(gòu)件80的一部分的示意性截面圖。發(fā)動機(jī)構(gòu)件80可為來自圖1的發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)構(gòu)件，并且可設(shè)置在由箭頭H表示的熱氣體流中?？晒?yīng)由箭頭C表示的冷卻空氣流以使發(fā)動機(jī)構(gòu)件冷卻。如上面關(guān)于圖1-2論述的，在渦輪發(fā)動機(jī)的背景下，冷卻空氣可為繞過發(fā)動機(jī)芯部44的由風(fēng)扇20供應(yīng)的周圍空氣、來自LP壓縮機(jī)24的空氣，或來自HP壓縮機(jī)26的空氣。

發(fā)動機(jī)構(gòu)件80包括基底82，其具有為面向熱空氣流H的熱側(cè)84的第一表面，以及為面向冷卻流體C的冷側(cè)86的第二表面。基底82可形成發(fā)動機(jī)構(gòu)件80的壁；壁可為發(fā)動機(jī)構(gòu)件80的外部壁或內(nèi)部壁。第一發(fā)動機(jī)構(gòu)件80可限定包括冷側(cè)86的至少一個內(nèi)部腔88。熱側(cè)84可為發(fā)動機(jī)構(gòu)件80的外部表面。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的情況下，熱側(cè)84可暴露于具有在1000℃到2000℃的范圍中的溫度的氣體。用于基底82的適合的材料包括但不限于鋼、如鈦的難熔金屬，或基于鎳、鈷或鐵的超級合金，以及陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。超級合金可包括以等軸、定向凝固且單晶的結(jié)構(gòu)的那些。

發(fā)動機(jī)構(gòu)件80還包括延伸穿過基底82的一個或更多個(多個)膜孔90，其提供發(fā)動機(jī)構(gòu)件80的內(nèi)部腔與熱側(cè)84之間的流體連通。在操作期間，冷卻空氣流C供應(yīng)至內(nèi)部腔88并且從膜孔90離開，以在熱側(cè)84上產(chǎn)生冷卻空氣的薄層或膜，保護(hù)其免受熱空氣流H。雖然在圖3中示出僅一個膜孔90，但理解的是，發(fā)動機(jī)構(gòu)件80可設(shè)有多個膜孔90，其以任何期望的構(gòu)造布置在發(fā)動機(jī)構(gòu)件80上。

注意的是，在本文中論述的實(shí)施例中的任一個中，盡管基底82示出為大體上平面的，但理解的是，基底82可對于許多發(fā)動機(jī)構(gòu)件80而言為彎曲的。然而，基底82的彎曲可相比于膜孔90的大小為輕微的，并且因此出于論述和圖示的目的，基底82示出為平面的。無論基底82對膜孔90而言為局部平面的還是局部彎曲的，熱側(cè)84和冷側(cè)86可如本文中所示平行于彼此，或者可位于非平行平面中。

膜孔90可具有設(shè)在基底82的冷側(cè)86上的入口92、包括設(shè)在熱側(cè)84上的出口94的出口區(qū)域，以及連接入口92和出口94的膜孔通路96。膜孔通路96可包括用于計量冷卻空氣流C的質(zhì)量流率的計量區(qū)段98，以及擴(kuò)散區(qū)段100，其中冷卻流體C膨脹成在熱側(cè)84上形成較寬且較慢的冷卻膜。計量區(qū)段98可為具有最小的截面區(qū)域的膜孔通路96的一部分，該最小的截面區(qū)域垂直于穿過膜孔通路96的冷卻空氣流C的方向。計量區(qū)段98可為膜孔通路96在其處具有最小截面區(qū)域的分立位置，或膜孔通路96的長形區(qū)段。擴(kuò)散區(qū)段100關(guān)于穿過膜孔通路96的冷卻空氣流C的方向在計量區(qū)段98下游。擴(kuò)散區(qū)段100可與計量區(qū)段98串流連通。計量區(qū)段98可設(shè)在入口92處或附近，而擴(kuò)散區(qū)段100可限定在出口94處或附近。在大多數(shù)實(shí)施中，擴(kuò)散區(qū)段100限定出口94。

穿過膜孔通路96的冷卻空氣流C沿著膜孔通路96的縱軸線(在本文中也稱為中心線102)，其穿過計量區(qū)段98的截面區(qū)域的幾何中心。膜孔90可沿穿過膜孔通路96的冷卻空氣流C的下游方向傾斜，使得中心線102不正交于熱側(cè)84和冷側(cè)86。作為備選，膜孔90可具有中心線102，中心線102在中心線102穿過其的基底82的局部區(qū)域中正交于熱側(cè)84和冷側(cè)86中的一個或兩者。在其它實(shí)施例中，膜孔90的中心線102可不沿?zé)峥諝饬鱄的方向定向，使得冷卻空氣流C的向量不同于熱空氣流H的向量。例如，具有復(fù)合角的膜孔限定冷卻流向量，其不僅在截面中而且在觀看熱側(cè)84的自上而下的視圖中不同于熱空氣流向量。

在圖3的實(shí)施例中，D為由膜孔90的計量區(qū)段98限定的計量直徑。計量區(qū)段98在截面上為大體圓形的，并且具有小于0.48英寸的直徑。然而，計量區(qū)段98的特定截面形狀可對于本發(fā)明的其它實(shí)施例而言不同；例如，計量區(qū)段98的截面形狀可為矩形或橢圓形的。對于非圓形計量區(qū)段98，計量直徑D可為截面的水力直徑，其通常限定為四倍截面面積除以截面周長。對于仍為大體圓形的非常不規(guī)則的計量區(qū)段98，如通常由沖擊激光機(jī)加工產(chǎn)生的那些，計量直徑D可為最大圓形銷的直徑，該最大圓形銷可穿過計量區(qū)段98而沒有損壞。對于還具有不規(guī)則表面的非圓形區(qū)段，計量直徑D可為適當(dāng)?shù)爻尚蔚淖畲箐N的水力直徑，該適當(dāng)?shù)爻尚蔚淖畲箐N可穿過而沒有損壞。對于在擴(kuò)散區(qū)段100之前的非直或非恒定截面長度，相同的總體定義可在最小截面區(qū)域位置處使用。

出口94包括上游邊緣104和下游邊緣106，在下游邊緣106處，膜孔通路96與基底82的熱側(cè)84相交。邊緣104,106可大體上關(guān)于熱空氣流H的方向限定，其中熱空氣流H大體上限定關(guān)于熱側(cè)84的上游方向108和下游方向110，即經(jīng)過出口94。上游邊緣104大體上面向下游方向110，而下游邊緣106大體上面向上游方向108。

在圖4-6的實(shí)施例中，圖4-6示出了由圖3的膜孔90限定的空隙，擴(kuò)散部分100還包括側(cè)部擴(kuò)散部分112和置后擴(kuò)散部分116。側(cè)部擴(kuò)散部分112相對于出口94在上游，并且與置后擴(kuò)散部分116間隔。間隔意味著兩個擴(kuò)散部分在膜孔通路96內(nèi)在不同點(diǎn)處開始，其中側(cè)部擴(kuò)散部分112在置后擴(kuò)散部分116上游108開始。側(cè)部擴(kuò)散部分112在計量區(qū)段98結(jié)束的地方開始，限定側(cè)部擴(kuò)散部分112的開始部114，并且在出口94處結(jié)束。

側(cè)部擴(kuò)散部分112還限定從開始部114平行于中心線102延伸至上游邊緣104的側(cè)部擴(kuò)散長度L_α。側(cè)部擴(kuò)散部分112還限定了側(cè)部擴(kuò)散角α，其以從中心線102測量且終止在出口94處的淺角從開始部114擴(kuò)展。在一些實(shí)施例中，側(cè)部擴(kuò)散角α小于12.5度。

置后擴(kuò)散部分116于在側(cè)部擴(kuò)散部分112的開始部114下游但在出口94上游的點(diǎn)處開始。置后擴(kuò)散部分在出口94處結(jié)束。置后擴(kuò)散部分116還限定從第二開始部118平行于中心線102延伸至上游邊緣104的置后擴(kuò)散長度L_β，其中上游邊緣定位在第二開始部118下游。側(cè)部擴(kuò)散長度L_α大于置后長度L_β并且小于35倍的直徑D。在一些實(shí)施例中，置后長度L_β小于四倍的直徑D或?yàn)榱?，并且更具體而言小于3。在一些另外的實(shí)施例中，置后長度L_β可小于零，如從第二開始部118至上游邊緣104測量的，其中上游邊緣104定位在第二開始部118上游，具有高達(dá)-0.5D的長度。

置后擴(kuò)散部分116還限定置后擴(kuò)散角β，其以從中心線102測量且終止在下游邊緣106處的淺角從第二開始部118朝向冷側(cè)86擴(kuò)展。在一些實(shí)施例中，置后擴(kuò)散角β小于12度。

在這些實(shí)施例中，在側(cè)部擴(kuò)散角α與置后擴(kuò)散角β之間的有意間隔對于類似擴(kuò)散面積比而言導(dǎo)致較深的插入深度和覆蓋。這實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的擴(kuò)散以獲得由有效覆蓋指示的改進(jìn)的膜性能所需的覆蓋。

典型的膜孔使側(cè)部擴(kuò)散角和置后擴(kuò)散角在相同位置處耦合。這限制了膜孔可由于人們利用置后獲得的高面積比而執(zhí)行的置后擴(kuò)散長度。使置后擴(kuò)散角與側(cè)部擴(kuò)散角分離允許更穩(wěn)定的擴(kuò)散，其中長的側(cè)部擴(kuò)散長度導(dǎo)致更多的覆蓋。包括在側(cè)部擴(kuò)散角之后的置后擴(kuò)散角允許膜在遇到自由流流動之前過渡到有效減小的表面角。

使側(cè)部擴(kuò)散位置與置后擴(kuò)散位置分離對于相同的覆蓋和更穩(wěn)定的擴(kuò)散而言導(dǎo)致較低的面積比。這還由于較少的腔干涉而允許較低的表面角放置。這兩者都導(dǎo)致對膜性能的顯著改進(jìn)。該較高的膜效力直接轉(zhuǎn)化成耐久性(翼上的增加的時間)或減少的冷卻流(提高的熱效率)。

提出的發(fā)明的優(yōu)越性能進(jìn)一步由膜孔的突破口(breakout)處的熱氣體與冷卻劑之間的減少的混合推動，這為L_β<L_α_alpha的直接結(jié)果。該情況允許待經(jīng)由大的L_α實(shí)現(xiàn)的膜的充分覆蓋和側(cè)向展開，同時通過具有短的L_β而在垂直于出口表面的維度上約束孔的出口。后一種情形限制孔出口處的湍流長度尺度和隨之發(fā)生的混合。

該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(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)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。