具有复合成角度冷却特征的构件和制造的方法
【技术领域】
[0001] 本公开大体设及燃气祸轮发动机，并且更具体地设及其中的膜冷却。
【背景技术】
[0002] 在燃气祸轮发动机中，空气在压缩机中加压并且在燃烧器中与燃料混合W用于生 成热燃烧气体。从如下构件中的气体提取能量；高压祸轮（HPT)，其驱动压缩机；和低压祸 轮（LPT)，其驱动祸轮风扇航空发动机应用中的风扇，或者驱动航海和产业应用的外部轴。
[0003] 发动机效率与燃烧气体的温度一起增长。但是，燃烧气体加热沿着它们的流路的 各种构件，该又要求它们的冷却来获得长得可接受的发动机寿命。典型地，热气体路径构件 由来自压缩机的放出空气冷却。该冷却过程降低了发动机效率，因为放出的空气在燃烧工 序中未得到使用。
[0004] 燃气祸轮发动机冷却技术是成熟的，并且包括用于冷却回路和各种热气体路径构 件中的特征的各种方面的许多专利。例如，燃烧器包括径向外衬套和内衬套，它们在操作 期间要求冷却。祸轮喷嘴包括支撑在外带与内带之间的中空静叶，其也要求冷却。祸轮转 子叶片是中空的，并且典型地包括其中的冷却回路，其中，叶片由也要求冷却的祸轮围带围 绕。热燃烧气体通过排气装置排放，该排气装置也可为有衬里的并且适当地冷却的。
[0005] 在所有该些示范燃气祸轮发动机构件中，典型地使用高强度超级合金金属的薄壁 来降低构件重量并使对其冷却的需求最小化。为该些单独构件在发动机中的它们对应的环 境中调整各种冷却回路和特征。例如，一系列的内部冷却通路或盘管（serpentine)可形成 在热气体路径构件中。可将可通过祸轮发动机的压缩机供应的冷却流体（例如相对冷的加 压空气供应源）从压室提供至盘管，并且冷却流体可流动通过通路，通过形成在壁表面上 的一个或更多个小孔离开，从而冷却热气体路径构件基底和任何相关的涂层。但是，该冷却 策略通常导致比较低效的热传递和不均匀的构件温度分布。
[0006] 如所指出，在一些情况下，压缩空气的供应通过翼形件表面上的小孔释放。m亥方 式释放，空气的供应在翼形件表面处形成相对冷的空气的薄层或膜，该既冷却部分又将该 部分与围绕其的较高温度隔离。该类型的冷却通常称作"膜冷却"。膜冷却包括复杂的=维 流。自由流和冷却孔或射流之间的相互作用影响整体膜效力。但是，该类型的膜冷却需付出 成本。压缩空气的W该种方式在翼形件表面上方的释放降低了发动机的航空效率。此外， 离开冷却孔进入高温气体的自由流通路中的冷却流体易于与壁表面分离，W至于膜冷却的 效率较低。现有设计技术专注于成形的冷却孔，其使用成形孔的几何形状来减缓和扩散膜 冷却，从而导致更高的膜效力，但是制造起来可能是昂贵的。作为结果，存在对于改善的冷 却策略（包括用于祸轮翼形件的改善的膜冷却）的持续存在的需求。
[0007]因此将期望提供一种热气体路径构件和在热气体路径构件中形成冷却结构的方 法，该方法提供不因上述缺点受损的更有效和灵活的冷却设计。
【发明内容】
[000引现有技术的该些和其它缺点通过本公开得到解决，本公开提供带有复合成角度冷 却特征的构件和制造方法。
[0009] 本公开的一方面在于热气体路径构件。热气体路径构件包括；基底，其具有暴露于 热气流的外表面和暴露于冷却流的内表面，内表面限定至少一个内部空间；和一对或更多 对冷却供应入口，其形成在基底的内表面处W用于接收冷却空气流；一对或更多对冷却供 应出口，其形成在基底的外表面处W用于排放冷却空气流；和冷却流通道，其穿过所述基底 并且在冷却供应入口和冷却供应出口中的各个之间延伸W用于允许冷却空气流从冷却供 应入口通过至冷却供应出口。一对或更多对冷却供应出口中的各对构造为具有互补复合角 度a和6,其中a1和a2是从一对或更多对冷却供应出口中的各对排放的冷却流的相对 于基底的外和内表面测得的喷射角度分量，并且01和0 2是从一对或更多对冷却供应出口 中的各对排放的冷却流在沿着外表面的平面上且相对于Z轴线的复合横向角度分量，Z轴 线相对于外部热气体的流动方向对准，并且其中，横向角度分量01和0 2具有相同符号。
[0010] 本公开的另一方面在于热气体路径构件的壁。该壁包括相反的内和外表面，内和 外表面具有两个或更多个复合成角度膜冷却孔，该膜冷却孔纵向地延伸穿过内和外表面， 并且在两个或更多个冷却供应入口与两个或更多个冷却供应出口之间延伸，该两个或更多 个冷却供应入口形成于内表面处W用于接收冷却流，该两个或更多个冷却供应出口形成在 外表面处W用于排放冷却流，两个或更多个冷却供应入口中的各个经由冷却流通道与两个 或更多个冷却供应出口中的一个流体连通。两个或更多个复合成角度膜冷却孔中的各个成 对地构造成具有互补复合角度a和6,其中a1和a2是从一对冷却供应出口排放的冷却 流的相对于基底的外和内表面测得的喷射角度分量，并且01和0 2是从该对冷却供应出口 排放的冷却流在沿着外表面的平面上且相对于Z轴线的复合横向角度分量，Z轴线相对于 外部热气体的流动方向对准，并且其中，横向角度分量01和0 2具有相同符号。
[0011] 技术方案1 ;一种热气体路径构件，包括： 基底，其具有暴露于热气流的外表面和暴露于冷却流的内表面，所述内表面限定至少 一个内部空间；和 一对或更多对冷却供应入口，其形成在所述基底的内表面处W用于接收冷却空气流； 一对或更多对冷却供应出口，其形成在所述基底的外表面处W用于排放所述冷却空气流； 和冷却流通道，其穿过所述基底并且在所述冷却供应入口和冷却供应出口中的各个之间延 伸，W用于允许所述冷却空气流从所述冷却供应入口通过至所述冷却供应出口； 其中，所述一对或更多对冷却供应出口中的各对构造为具有互补复合角度a和0，其 中，a1和a2是从所述一对或更多对冷却供应出口中的各对排放的所述冷却流的相对于所 述基底的外和内表面测得的喷射角度分量，并且01和0 2是从所述一对或更多对冷却供应 出口中的各对排放的所述冷却流在沿着所述外表面的平面上且相对于Z轴线的复合横向 角度分量，Z轴线相对于外部热气体的流动方向对准，并且其中，所述横向角度分量01和 02具有相同符号。
[0012] 技术方案2 ;根据技术方案1所述的热气体路径构件，其特征在于，所述冷却流通 道中的各个从所述外表面延伸至所述内表面。
[0013] 技术方案3 ;根据技术方案1所述的热气体路径构件，其特征在于，所述一对或更 多对冷却供应出口中的各对包括上游供应出口和下游供应出口。
[0014] 技术方案4;根据技术方案3所述的热气体路径构件，其特征在于，所述一对或更 多对冷却供应出口中的各对构造为使得所述上游供应出口遮蔽所述下游供应出口。
[0015] 技术方案5;根据技术方案3所述的热气体路径构件，其特征在于，在存在两对或 更多对冷却供应出口的情况下，所述上游冷却供应出口中的各个具有孔直径D1，并且所述 下游冷却供应出口中的各个具有孔直径D2,并且在所述上游冷却供应出口与所述下游冷却 供应出口之间具有AX的流向间隔和AZ的侧向间隔，其中，AX/D在2-10的范围中，并且 AZ/D在所述上游供应出口无量纲间隔的正或负二分之一（±1/2冲/D)的范围中。
[0016] 技术方案6 ;根据技术方案5所述的热气体路径构件，其特征在于，所述横向角度 分量0 1和P2在-90°至90。的范围中。
[0017] 技术方案7 ;根据技术方案6所述的热气体路径构件，其特征在于，所述横向角度 分量01和P2在-45°至45。的范围中。
[001引技术方案8 ;根据技术方案5所述的热气体路径构件，其特征在于，所述横向角度 分量01和02相同。
[0019] 技术方案9;根据技术方案5所述的热气体路径构件，其特征在于，所述喷射角度 分量a1和a2相对于所述内表面或所述外表面中的一个在10°至90°的范围中。
[0020] 技术方案10 ;根据技术方案9所述的热气体路径构件，其特征在于，所述喷射角度 分量a1和a2相对于所述内表面或所述外表面中的一个在25°至45°的范围中。
[0021] 技术方案11 ;根据技术方案5所述的热气体路径构件，其特征在于，所述横向角度 分量01和P2在-45°至45°的范围中，并且所述喷射角度分量a1和a2相对于所述内 表面或所述外表面中的一个在25°至45°的范围中。
[0022] 技术方案12 ;-种热气体路径构件的壁，包括： 相反的内和外表面，其具有两个或更多个复合成角度膜冷却孔，所述膜冷却孔纵向地 延伸穿过所述内和外表面，并且在两个或更多个冷却供应入口与两个或更多个冷却供应出 口之间延伸，该两个或更多个冷却供应入口形成于所述内表面处W用于接收冷却流，且该 两个或更多个冷却供应出口形成于所述外表面处W用于