特許 7188586 フィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】フィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20221206BHJP

   F01D 5/18 20060101ALI20221206BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 102

F01D5/18

F02C7/18 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021524872

(86)(22)【出願日】2020-06-03

(86)【国際出願番号】 JP2020021896

(87)【国際公開番号】W WO2020246494

(87)【国際公開日】2020-12-10

【審査請求日】2021-10-15

(31)【優先権主張番号】P 2019107004

(32)【優先日】2019-06-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】池原 伶

(72)【発明者】

【氏名】藤本 秀

(72)【発明者】

【氏名】大北 洋治

(72)【発明者】

【氏名】久保 世志

(72)【発明者】

【氏名】服部 均

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－８７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－６４８０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０１Ｄ ５／１８

Ｆ０２Ｃ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外面及び内面を有すると共に、前方から後方に延伸する壁部と、
前記内面に開口する入口及び前記外面に開口する出口を含み、前記出口が前記入口よりも後方に位置するように傾斜した状態で前記壁部を貫通する冷却孔と
を備え、
前記冷却孔は、前記入口を有する直管部、及び、前記直管部に連通すると共に前記出口を有するディフューザ部を含み、
前記ディフューザ部は、
平面と、
後方に湾曲し、前記平面と共に前記直管部よりも大きい半円状または半楕円状の流路断面を形成する曲面と、
前記流路断面の面積が前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する第１セクションと、
前記第１セクションから前記冷却孔の前記出口に向けて延伸すると共に、前記流路断面の面積が前記第１セクションよりも小さな増加率で前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する又は前記流路断面の面積が一定の第２セクションと
を含み、
前記冷却孔の延伸方向と直交する前記冷却孔の投影面において、前記直管部は前記ディフューザ部の内側に位置し、
前記投影面における前記平面に沿った前記ディフューザ部の長さは、前記投影面における前記平面と直交する方向に沿った前記ディフューザ部の長さの２倍以上の値を有する、
フィルム冷却構造。

【請求項2】

前記ディフューザ部は、前記直管部と前記第１セクションとの間に位置する第３セクションを含み、
前記第３セクションは、前記第１セクションにおいて前記直管部に最も近い箇所の断面と同形の断面をもって、前記直管部と前記第１セクションとの間を延伸する、
請求項１に記載のフィルム冷却構造。

【請求項3】

前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の内周面よりも前方にオフセットしている、
請求項１または２に記載のフィルム冷却構造。

【請求項4】

前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の内周面のうち最も前方に位置する部分と同じ距離だけ、前記直管部の中心軸よりも前方に位置している、
請求項１または２に記載のフィルム冷却構造。

【請求項5】

前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第１の凹部を含み、
前記第１の凹部は、前記投影面における前記ディフューザ部の前記平面に沿う方向において、前記直管部を挟んだ両側のそれぞれに位置する、
請求項１から４のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。

【請求項6】

前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第２の凹部を含み、
前記第２の凹部は、前記投影面において、最も後方に位置する、
請求項１から５のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。

【請求項7】

前記ディフューザ部の前記平面は、前記出口に向かうにつれ前方側に広がるよう傾斜するか、もしくは前方側に広がる湾曲した面となる、請求項１から６のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造。

【請求項8】

請求項１から７のうちの何れか一項に記載のフィルム冷却構造を備えるガスタービンエンジン用タービン翼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンエンジンのタービンは、静翼及び動翼を構成するタービン翼を備えている。タービン翼は燃焼器からの燃焼ガスに晒される。この燃焼ガスによる熱的損傷を防止するため、タービン翼の翼面には多数のフィルム冷却孔が形成されている（特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５６００４４９号明細書

【文献】特開２０１３－１２４６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスタービンエンジンの効率を向上させるためには、燃焼ガスの温度（燃焼温度）を高めることが重要である。この燃焼温度の上昇に伴って、タービン翼の冷却効率の更なる向上が求められている。

【0005】

本開示は上述の事情を鑑みてなされたものあり、冷却効率を向上させることが可能なフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の態様はフィルム冷却構造であって、外面及び内面を有すると共に、前方から後方に延伸する壁部と、前記内面に開口する入口及び前記外面に開口する出口を含み、前記出口が前記入口よりも後方に位置するように傾斜した状態で前記壁部を貫通する冷却孔とを備え、前記冷却孔は、前記入口を有する直管部、及び、前記直管部に連通すると共に前記出口を有するディフューザ部を含み、前記ディフューザ部は、平面と、後方に湾曲し、前記平面と共に前記直管部よりも大きい半円状の流路断面を形成する曲面と、前記流路断面の面積が前記出口に近づくにつれて増加する第１セクションと、前記第１セクションから前記冷却孔の前記出口に向けて延伸すると共に、前記流路断面の面積が前記第１セクションよりも小さな増加率で前記冷却孔の前記出口に近づくにつれて増加する又は前記流路断面の面積が一定の第２セクションとを含み、前記冷却孔の延伸方向と直交する前記冷却孔の投影面において、前記直管部は前記ディフューザ部の内側に位置し、前記投影面における前記平面に沿った前記ディフューザ部の長さは、前記投影面における前記平面と直交する方向に沿った前記ディフューザ部の長さの２倍以上の値を有する、ことを要旨とする。

【0007】

前記ディフューザ部は、前記直管部と前記第１セクションとの間に位置する第３セクションを含んでもよく、
前記第３セクションは、前記第１セクションにおいて前記直管部に最も近い箇所の断面と同形の断面をもって、前記直管部と前記第１セクションとの間を延伸してもよい。

【0008】

前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の前記内周面よりも前方にオフセットしてもよい。

【0009】

前記ディフューザ部の前記平面は、前記投影面において、前記直管部の前記内周面のうち最も前方に位置する部分と同じ距離だけ、前記直管部の中心軸よりも前方に位置してもよい。

【0010】

前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第１の凹部を含んでもよく、
前記第１の凹部は、前記投影面における前記ディフューザ部の前記平面に沿う方向において、前記直管部を挟んだ両側のそれぞれに位置してもよい。

【0011】

前記ディフューザ部の前記曲面は、前記冷却孔の前記出口まで延伸する第２の凹部を含んでもよく、
前記第２の凹部は、前記投影面において、最も後方に位置してもよい。

【0012】

本開示の第２の態様はガスタービンエンジン用タービン翼であって、本開示の第１の態様に係るフィルム冷却構造を備えることを要旨とする。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、冷却効率を向上させることが可能なフィルム冷却構造及びガスタービンエンジン用タービン翼を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本開示の第１実施形態に係る冷却孔の上面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係るフィルム冷却構造の断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る冷却孔における冷却媒体の流れを示す図である。

【図5】図５は、本開示の第２実施形態に係る冷却孔の上面図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る冷却孔における冷却媒体の流れを示す図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）であり、図８（ａ）はその第１例を示す図、図８（ｂ）はその第２例を示す図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係るフィルム冷却構造の断面図であり、図９（ａ）は第１例の断面図、図９（ｂ）は第２例の断面図である。

【図10】図１０は、本開示の第４実施形態に係る冷却孔の投影面の一例を示す図（投影図）である。

【図11】図１１は、本開示の第４実施形態に係るタービン翼（静翼）の概略構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

本実施形態に係るフィルム冷却構造は、高温の熱媒体（例えば燃焼ガス）に曝される構造体に設けられる。構造体は、例えば、ガスタービンエンジン（図示せず）のタービン翼（動翼及び静翼）、燃焼器ライナ又はロケットエンジンのノズルなどである。構造体の壁部には多数の冷却孔が形成される。冷却孔は、壁部と共にフィルム冷却構造を構成する。冷却孔から流出する冷却媒体ＣＧ（例えば空気）は、当該壁部上に断熱層を形成し、構造体を熱媒体から保護する。以下、説明の便宜上、熱媒体ＨＧの流れ方向の上流側を「前方」、熱媒体ＨＧの流れ方向の下流側を「後方」と定義する。

【0017】

（第１実施形態）
本開示の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るフィルム冷却構造１０における冷却孔３０の上面図、図２は本実施形態に係るフィルム冷却構造１０の断面図である。また、図３は、冷却孔３０の延伸方向と直交する当該冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。この投影図は、後述の直管部３３及び後述のディフューザ部３４の相対位置と、それぞれの各流路断面（換言すれば輪郭）とを示している。以下、「投影面」とは、冷却孔３０の延伸方向（換言すれば中心軸Ｐ）と直交する冷却孔３０の投影面と解釈するものとする。

【0018】

図２に示すように、フィルム冷却構造１０は、壁部２０と、冷却孔３０とを備えている。壁部２０は、内面２１及び外面２２を有すると共に、前方から後方に延伸している。外面２２は熱媒体に曝され、内面２１は冷却媒体ＣＧに面する。なお、壁部２０の材料は、公知の耐熱合金を適用できる。

【0019】

冷却孔３０は、内面２１に開口する入口３１及び外面２２に開口する出口３２を含む。冷却孔３０は、出口３２が入口３１よりも後方に位置するように傾斜した状態で壁部２０を貫通している。換言すれば、冷却孔３０は、壁部２０の厚さ方向ＴＤに対して熱媒体ＨＧの流れ方向に傾斜した角度で、内面２１から外面２２まで延伸している。冷却媒体ＣＧは、入口３１から流入し、出口３２から流出する。

【0020】

図１に示すように、冷却孔３０は、直管部３３と、ディフューザ部３４とを含む。直管部３３は、冷却孔３０の入口３１を有し、中心軸Ｐに沿って当該入口３１からディフューザ部３４との接続部３５まで延伸している。なお、この中心軸Ｐの延伸方向は、冷却孔３０全体の延伸方向でもある。

【0021】

直管部３３の内周面３６は流路断面（断面）３３Ａを規定する。流路断面３３Ａの形状は、直管部３３の延伸方向に亘って一定である。図３に示すように、この流路断面３３Ａの形状は、例えば中心軸Ｐを中心とした円である。ただし、直管部３３の流路断面３３Ａは、楕円又は三角形、矩形などの多角形でもよい。

【0022】

直管部３３と同じく、ディフューザ部３４も中心軸Ｐに沿って延伸している。ディフューザ部３４は、直管部３３に連通（接続）すると共に、冷却孔３０の出口３２を有する。即ち、ディフューザ部３４は、中心軸Ｐに沿って直管部３３との接続部３５から冷却孔３０の出口３２まで延伸している。

【0023】

図３に示すように、ディフューザ部３４は、その内周面としての平面３７及び曲面３８を含んでいる。平面３７は、直管部３３の中心軸Ｐよりも前方に位置し、直管部３３の中心軸Ｐに沿って壁部２０の外面２２まで延伸している。

【0024】

ディフューザ部３４の平面３７は、投影面において、直管部３３の内周面３６のうち、最も前方に位置する部分３６ａと同じ距離だけ、直管部３３の中心軸Ｐよりも前方に位置している。例えば、直管部３３の内周面３６が前方に湾曲している場合、平面３７は、湾曲した内周面３６の接面に一致する。この場合、平面３７は、内周面３６との段差をもたずに内周面３６に接続する部分を有する。

【0025】

ディフューザ部３４の曲面３８は、平面３７よりも後方に位置している。曲面３８は、後方に湾曲しつつ、接続部３５から壁部２０の外面２２（冷却孔３０の出口３２）まで延伸している。図３に示すように、曲面３８は、平面３７と共に、半円状または半楕円状の流路断面（ディフューザ部３４の流路断面３４Ａ）を形成する。なお、曲面３８と平面３７は、フィレット３９を介して互いに接続している。フィレット３９は、曲面３８と平面３７を滑らかに接続するための微小な曲面である。

【0026】

ディフューザ部３４は、第１セクション４０と、第１セクション４０から冷却孔３０の出口３２に向けて延伸する第２セクション４１とを含む。流路断面４０Ｂで例示するように、第１セクション４０における流路断面４０Ａ（図３参照）の面積は、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加する。換言すれば、ディフューザ部３４の第１セクション４０は、冷却孔３０の出口３２に向けてフレア状に形成されている。

【0027】

第２セクション４１における流路断面４１Ａの面積は一定である。換言すれば、ディフューザ部３４の第２セクション４１は、第１セクション４０の最大流路断面と同一の流路断面を有しつつ、冷却孔３０の出口３２に向けて延伸する。

【0028】

なお、第２セクション４１における流路断面４１Ａの面積は、第１セクション４０よりも小さな増加率で冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加してもよい。換言すれば、第２セクション４１は、冷却孔３０の出口３２に向けて第１セクション４０よりも緩やかに拡張（拡大）していてもよい。

【0029】

ここで、説明の便宜上、第１セクション４０における曲面３８を第１曲面３８ａ、第２セクション４１における曲面３８を第２曲面３８ｂと称する。即ち、第１セクション４０の内周面は、第１曲面３８ａと平面３７によって構成され、第２セクション４１の内周面は、第２曲面３８ｂと平面３７によって構成される。

【0030】

図２に示すように、平面３７と直管部３３の中心軸Ｐの間隔は略一定である。一方、第１曲面３８ａと中心軸Ｐの間隔は、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて増加する。つまり、第１セクション４０の流路断面４０Ａは、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて、後方に向けて拡大する。また、第２曲面３８ｂと中心軸Ｐの間隔は一定、或いは、冷却孔３０の出口３２に近づくにつれて、第１セクション４０よりも小さな増加率で増加する。

【0031】

上述の通り、平面３７及び曲面３８（即ち、第１曲面３８ａ及び第２曲面３８ｂ）は、半円状の流路断面３４Ａを形成する。図３は、その一例としての流路断面４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａを示している。流路断面４０Ａは、第１セクション４０において直管部３３に最も近い箇所における当該第１セクション４０の断面であり、接続部３５の流路断面でもある。流路断面４１Ａは、第２セクション４１の断面である。点線で示す流路断面４０Ｂは、接続部３５と第２セクション４１との間の任意の位置における第１セクション４０の断面である。

【0032】

図３に示す投影面において、直管部３３の全体はディフューザ部３４の内側に位置する。つまり、ディフューザ部３４の流路断面３４Ａは、直管部３３の流路断面３３Ａよりも大きい。従って、直管部３３の内周面３６とディフューザ部３４の内周面（平面３７及び曲面３８）は、直管部３３とディフューザ部３４の接続部３５において、段差面３５ａを形成する。即ち、ディフューザ部３４の内周面（少なくとも曲面３８）は、直管部３３の内周面３６と、段差面３５ａ（図１参照）を介して接続している。

【0033】

段差面３５ａは、冷却孔３０の延伸方向と交差する方向に延伸する。即ち、段差面３５ａは、直管部３３の縁部から冷却孔３０の延伸方向と直交する方向に延伸してもよく、冷却孔３０の延伸方向に対して傾斜した方向に延伸してもよい。

【0034】

説明の便宜上、図３に示す投影面において平面３７に沿った方向を幅方向ＷＤとする。また、当該投影面において平面３７に沿った方向と直交する方向を深さ方向（高さ方向）ＤＤとする。本実施形態において、幅方向ＷＤにおけるディフューザ部３４の長さ（幅）は、深さ方向ＤＤにおけるディフューザ部３４の長さ（深さ、高さ）の２倍以上の値を有する。例えば、流路断面４０Ａの幅Ｌｗ１は、流路断面４０Ａの深さ（高さ）Ｌｄ１の２倍以上の値に設定される。同様に、流路断面４１Ａの幅Ｌｗ２も、流路断面４０Ａの深さ（高さ）Ｌｄ２の２倍以上の値に設定される。その他の箇所のディフューザ部３４の断面形状も、同様の寸法関係を有する。つまり、ディフューザ部３４の流路断面３４Ａは、平面３７に沿った方向（即ち幅方向ＷＤ）に引き伸ばされた半円の形状を有する。

【0035】

図４は、第１実施形態に係る冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを示す図である。図中、冷却媒体ＣＧの主流を実線で示している。この図に示すように、冷却媒体ＣＧの主流は、直管部３３からディフューザ部３４に流れている。一方、入口３１から延伸する冷却孔３０の流路は、接続部３５において後方に拡大する。この流路の拡大により、冷却媒体ＣＧの主流は、曲面３８から剥離し、その状態を維持したまま冷却孔３０の出口３２に向けて流れていく。

【0036】

上述の剥離によって発生した冷却媒体ＣＧの二次流れ５０は、冷却媒体ＣＧの主流に近い空間で当該主流と同方向に流れ、冷却媒体ＣＧの主流から遠い空間で当該主流と逆方向に流れる。つまり、二次流れ５０は図４に示す渦（二次渦）５１を形成する。

【0037】

二次流れ５０は、概ね、第２セクション４１において平面３７から第２曲面３８ｂに向かう方向に流れている。一方、上述の通り、第２曲面３８ｂは、冷却孔３０の延伸方向に対して、第１曲面３８ａよりも小さな傾斜角をもって延伸している。従って、第１曲面３８ａが冷却孔３０の出口３２まで延伸している場合と比べ、より多くの二次流れ５０を直管部３３に偏向させることができる。

【0038】

直管部３３に向かう二次流れ５０は、第１曲面３８ａに沿って流れ、冷却媒体ＣＧの主流が、ＤＤ方向に狭くなり、ＷＦ方向に広がる。これによりフィルム冷却空気が幅方向に広がり、フィルム冷却効率を高めるともに、冷却媒体ＣＧが大きく加速または減速することがないので、加速された冷却媒体ＣＧと熱媒体の主流との速度差が減少する。その結果、冷却孔３０の出口３２から流出したときの冷却媒体ＣＧと熱媒体ＨＧとの混合時に生じる空力損失（圧力損失）を抑えることができる。

【0039】

ディフューザ部３４における流路断面の拡大と冷却媒体ＣＧの主流の剥離とによって、ディフューザ部３４には、上述の渦５１に加えて、別の渦（二次渦）５２も発生する。渦５２は、接続部３５の近傍、且つ、幅方向ＷＤにおいて直管部３３を挟んだ両側のそれぞれに発生する。渦５２は、冷却孔３０の延伸方向と平行な軸の周りを回転し、空力損失の要因となる。しかしながら、上述の通り、渦５１を形成する二次流れ５０は、接続部３５の近傍において、ディフューザ部３４の曲面３８から平面３７に向かう方向に流れている。この二次流れ５０は、冷却孔３０の出口３２に進行する渦５２を減衰させる。

【0040】

冷却媒体ＣＧの主流は、二次流れ５０による圧縮に伴って、冷却孔３０の幅方向に分散（拡大）する。また、空力損失の要因となる渦５２は、出口３２に進行するにつれて減衰する。従って、本実施形態のフィルム冷却構造によれば、空力損失を抑えつつ広範囲なフィルム冷却を行うことができる。即ち、冷却媒体ＣＧによる冷却効率を向上させることができる。

【0041】

（第２実施形態）
次に本開示の第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態に係る冷却孔３０の上面図である。図６は、第２実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。図７は、第２実施形態に係る冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを示す図である。図５に示すように、第２実施形態に係るディフューザ部３４は、直管部３３と第１セクション４０との間に位置する第３セクション４２を含む。第３セクション４２の内周面は、曲面３８の一部である第３曲面３８ｃと、平面３７とによって構成される。第２実施形態における他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0042】

第３セクション４２は、一定の流路断面４２Ａをもって直管部３３と第１セクション４０との間を延伸する。この流路断面４２Ａは、第１セクション４０において直管部３３に最も近い箇所の流路断面４０Ａと同形である。また、第３セクション４２の形成によって、上述の段差面３５ａは、直管部３３と第３セクション４２との間に形成される。

【0043】

上述の通り、ディフューザ部３４において接続部３５の近傍には、空力損失の要因となる渦５２が発生する。本実施形態において、渦５２は主に第３セクション４２で発生し、冷却孔３０の出口３２に向けて進行する。一方、渦５１を形成する二次流れ５０は、第１セクション４０における第１曲面３８ａの近傍で第３セクション４２に向けて流れ、その後、第１曲面３８ａから平面３７に向かう方向に流れる。平面３７に向けて流れる二次流れ５０は渦５２と合流（衝突）し、その進行を妨げ、減衰させる。

【0044】

第３セクション４２の形成によって、二次流れ５０が渦５２を減衰させる領域が拡張する。また二次流れ５０によって冷却媒体ＣＧの主流が圧縮する領域も拡張する。従って、冷却媒体ＣＧの主流の加速を促進させ、空力損失を更に抑えることができる。

【0045】

ここで、説明の便宜上、ディフューザ部３４のアスペクト比を定義する。アスペクト比は、幅方向ＷＤにおけるディフューザ部３４の長さ（幅）を深さ方向ＤＤにおけるディフューザ部３４の長さ（深さ、高さ）で除した値である。

【0046】

図６に示すように、第３セクション４２のアスペクト比（Ｌｗ３／Ｌｄ３）は、第１セクション４０及び第２セクション４１の各アスペクト比（Ｌｗ１／Ｌｄ１及びＬｗ２／Ｌｄ２）よりも大きくてもよい。即ち、第３セクション４２は、第１セクション４０及び第２セクション４１よりも、幅方向に扁平な形状を有してもよい。

【0047】

（第３実施形態）
次に本開示の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）であり、図８（ａ）はその第１例を示す図、図８（ｂ）はその第２例を示す図である。図９は、第３実施形態に係るフィルム冷却構造１０の断面図であり、図９（ａ）は第１例の断面図、図９（ｂ）は第２例の断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、冷却孔３０における冷却媒体ＣＧの流れを併記している。

【0048】

図８（ａ）に示すディフューザ部３４は、第１実施形態の変形例であり、第１セクション４０と第２セクション４１を含む。また、図８（ｂ）に示すディフューザ部３４は、第２実施形態の変形例であり、第１セクション４０、第２セクション４１及び第３セクション４２を含む。

【0049】

第３実施形態に係るディフューザ部３４の平面３７は、冷却孔３０の投影面において、直管部３３の内周面３６よりも前方にオフセットしている。従って、平面３７と内周面３６との間には段差面３５ａが介在する。なお、第３実施形態における他の構成は、第１及び第２実施形態の構成と同様である。

【0050】

第３実施形態においても、渦５１を形成する二次流れ５０は、直管部３３に向けて第１曲面３８ａに沿って流れる。また、この二次流れ５０は、接続部３５及びその周囲で冷却媒体ＣＧの主流を圧縮する。一方、上述の通り、第３実施形態の平面３７は、直管部３３よりも前方にオフセットしている。従って、冷却媒体ＣＧの主流は、二次流れ５０によって圧縮されつつ前方に偏向される。その結果、冷却媒体ＣＧの主流の加速と幅方向ＷＤの分散が促進される。

【0051】

（第４実施形態）
次に本開示の第４実施形態について説明する。
図１０は、第４実施形態に係る冷却孔３０の投影面の一例を示す図（投影図）である。第４実施形態では、第１の凹部４３及び第２の凹部４４のうちの少なくとも一方が、第２セクション４１の第２曲面３８ｂに設けられている。第４実施形態における他の構成は、第１～第３実施形態の構成と同様である。

【0052】

説明の便宜上、図１０は、直管部３３と第２セクション４１のみを示す。この図に示すように、第１の凹部４３は、投影面におけるディフューザ部３４の平面３７に沿う方向（即ち幅方向ＷＤ）において、直管部３３を挟んだ両側のそれぞれに位置する。第１の凹部４３は、第２曲面３８ｂよりも十分に小さな曲率半径をもって中心軸Ｐから離れる方向に湾曲し、冷却孔３０の出口３２まで延伸している。このとき、ディフューザ部３４の平面３７は、出口３２に向かうにつれ前方側に広がるよう傾斜してもよいし、ディフューザ部３４の前方側を前方側に広がる湾曲した面としてもよい。換言すれば、平面３７は、出口３２に近いほど中心軸Ｐから離れるように、中心軸Ｐに対して傾斜或いは湾曲していてもよい。この傾斜面或いは湾曲面（の接面）と外面２２（出口３２）とが成す角は、出口３２に近いほど増加することになる。

【0053】

第２の凹部４４は、投影面において第２曲面３８ｂのうちの最も後方に位置する。第１の凹部４３と同じく、第２の凹部４４も、第２曲面３８ｂよりも十分に小さな曲率半径をもって中心軸Ｐから離れる方向（即ち後方）に湾曲し、冷却孔３０の出口３２まで延伸している。なお、第１の凹部４３及び第２の凹部４４は何れも、第２曲面３８ｂ内の所定の箇所から出口３２まで延伸してもよく、第１セクション４０の第１曲面３８ａから出口３２まで延伸してもよい。また、第２曲面３８ｂの一部がディフューザの幅方向ＷＤと後方にテーパー面を持ってもよい。

【0054】

本開示に係る解析結果によれば、上述した第１の凹部４３及び第２の凹部４４のうちの少なくとも一方を、第２曲面３８ｂに形成することによって、従って、冷却媒体ＣＧによる冷却効率を向上させることができる。

【0055】

なお、上述した中心軸Ｐに対する平面３７の傾斜又は湾曲（湾曲面への置換）は、第１～第３実施形態にも適用できる。

【0056】

（第５実施形態）
次に本開示の第５実施形態について説明する。
本開示の第５実施形態は、第１～第４実施形態のうちの何れかに係るフィルム冷却構造１０を適用したガスタービンエンジン用タービン翼である。当該タービン翼としての静翼６０は、動翼（図示せず）と共にガスタービンエンジン（図示せず）のタービン（図示せず）を構成する。なお、フィルム冷却構造１０は、静翼６０と同様にタービン翼である動翼に適用してもよい。

【0057】

図１１は、静翼６０の概略構成を示す斜視図である。この図に示すように、静翼６０は、翼体６１と、バンド部６２と、冷却孔３０とを備えている。翼体６１は、上述の熱媒体ＨＧとしての燃焼ガスを排出する燃焼器（図示せず）の下流側に配置されており、燃焼ガスの流路に配置されている。

【0058】

翼体６１は、前縁６１ａと、後縁６１ｂと、正圧面（腹側）６１ｃと、負圧面（背側）６１ｄとを有する。熱媒体ＨＧとしての燃焼ガスは、正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄに沿って、前縁６１ａから後縁６１ｂに向かう方向に流れている。

【0059】

翼体６１は、冷却媒体ＣＧとしての冷却空気が導入される内部空間（空洞、冷却流路、図示せず）を有している。冷却空気は、例えば圧縮機（図示せず）から抽気される。バンド部６２は、スパン方向ＳＤにおいて翼体６１を挟み込むように設けられ、燃焼ガスの流路壁（エンドウォール、プラットフォーム、シュラウド）の一部として機能する。これらのバンド部６２は、翼体６１のチップとハブに一体化されている。

【0060】

本実施形態において、フィルム冷却構造１０は、翼体６１の正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄのうちの少なくとも一方に適用される。即ち、翼体６１の正圧面６１ｃ及び負圧面６１ｄのうちの少なくとも一方が、フィルム冷却構造１０の壁部２０として機能し、且つ、そこに複数の冷却孔３０が形成されている。以下、説明の便宜上、フィルム冷却構造１０が正圧面６１ｃに設けられている例を挙げて説明する。

【0061】

冷却孔３０は、出口３２が入口３１よりも後縁６１ｂの近くに位置するように傾斜した状態で、正圧面６１ｃを貫通している。また、ディフューザ部３４の平面３７は、冷却孔３０の延伸方向及び翼体６１のスパン方向ＳＤに延伸している。

【0062】

正圧面６１ｃにおいて、燃焼ガスの主流は前縁６１ａから後縁６１ｂに向かう方向に流れている。一方、翼体６１に導入された冷却空気は、冷却孔３０の入口３１から流入し、出口３２から流出する。出口３２から流出した冷却空気は、燃焼ガスの主流に合流しつつ下流に流れる。出口３２から流出の際、冷却空気はスパン方向ＳＤに拡大されている。従って、正圧面６１ｃ上の冷却範囲をスパン方向ＳＤに広げることができる。

【0063】

また、冷却空気は、出口３２から流出するまでに加速される。これにより、冷却空気の主流と燃焼ガスの主流との速度差が減少し、空力損失を抑えることができる。即ち、空力損失を抑えつつ広範囲なフィルム冷却を行うことが可能なタービン翼を提供することができる。

【0064】

なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】