JPS63285231A - 薄膜冷却用金属製薄板 - Google Patents

薄膜冷却用金属製薄板

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JPS63285231A JP63109827A JP10982788A JPS63285231A JP S63285231 A JPS63285231 A JP S63285231A JP 63109827 A JP63109827 A JP 63109827A JP 10982788 A JP10982788 A JP 10982788A JP S63285231 A JPS63285231 A JP S63285231A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高温の気体に露出される金属製薄板に係り、
より詳細には穴のある薄板にして、その穴を通して冷却
用空気が成る角度に向けられ、その薄板の薄膜冷却が行
われるような金属製薄板に係る。
従来の技術 高温と低温の気体の間に境界層を設けるための、穴を開
けられた薄板が知られている。米国特許第３．８６４，
１９９号では、表面上にむらなく小孔が開けられた二つ
の層を、それぞれの小孔が向き合わないようにずらして
張合せた多孔状の薄板が示されている。外層の内面には
突起がむらなく分布し、冷却空気の方向を変え成る角度
で流出させる。米国特許第３，６２３．７１１号では燃
焼器のはさみ金が、平らな薄板上に多数の三角形の開口
ををし、多孔式構造物となっている。この特許の第１図
には従来の冷却穴１８に比較しての穴２２の相対的な大
きさが示されている。機械的強度に悪影響を及ぼすこと
なくこのような穴を金属製薄板に作ることは困難である
。
ガスタービンエンジンで動かす航空機のための二次元的
排気ノズルは、固定された横壁と、操縦士の指令に応じ
て排気流の方向と速さを制御する可動フラップとを有す
る。高温の排気温度（最高２３００℃）に耐えるために
、比較的低温の圧縮器のガスがエンジンよりフラップや
横壁へ導かれ、高温の排気と接している表面に流される
。圧縮器のガスを流すことは、当然のこととしてエンジ
ン効率を下げるので、冷却ガスの量を最適にする必要が
ある。
一般に、横壁及びノズルのフラップは、同時に流れる高
温及び低温ガスの境界面を与える金属製薄板を用いてい
る。重量当りのパワーの比を最適にするには機械的・熱
的要求を満たす中で最も薄い金属板を用いるべきである
。このような金属製薄板は穴を有し、この穴を通じて冷
却空気がある鋭角に向けられ、シート表面に高温ガス流
に接する冷却膜を作る。冷却ガスは鋭角に向けられるこ
とにより表面にほぼ平行に流され、高温ガスとの混合が
最小限となり、始端の膜温度差を適切にし長期的な冷却
効果を高める。約０．０１４インチ（０，３５１）の厚
さである薄く平らな金属板に成る鋭角を保って穴を開け
ようとすると、楕円形の通気路となり、望み通りの鋭角
で冷却ガスが効果的に向けられなかった。その代わりガ
スが垂直に流出し、過度の冷却ガスを通してしまう楕円
形の通気路により作られた余分な開口部での実質的な混
合が起こった。一般に、角度をつけた穴は金属製薄板が
傾斜通気路を作れるほど厚い時にのみ有効であり、この
ような厚い板をノズル装置に用いることは実質的にノズ
ル重量を増すであろう。
従って流れ出す冷却ガスの角度と量を正確に制御できる
冷却穴を有する薄板が、本分野に於て必要となる。
発明の概要 本発明の冷却可能な金属製薄板は、高温ガスに触れる高
温面、低温ガスに触れる低温面、そして高温面の薄膜冷
却を行うために低温ガスを通すための手段を含む。この
手段は実質的に三角形状をした多数の窪みからなり、各
々の窪みは低温面上に、対応する突出物を郭定する。窪
みはそれぞれ緩やかな傾きの、実質的に三角形状をした
面を有し、この面は高温ガスが流れる方向、即ち深く平
らに面付けされた頂部から同じ高さの底辺へという方向
に延びている。三角形の頂部にある平面は、傾斜した三
角形の面に垂直に配置される。この平面を貫くように郭
定される穴の直径は、穴開けをこの平面に対して垂直に
、即ち平面の角度によって調節される気流の方向に行う
ことから、精密に制御される。緩やかに広がる実質的に
三角形の面は、穴を通り平面に導かれた冷却ガスを広げ
、薄膜流へ滑らかに移行させる。
実施例 第１図には厚さ約０．０１４インチ（０，３５ＩＩｌｆ
ｆｉ）の金属製薄板が示されている。この薄板はガスタ
ービンを動力とする航空機のための排気ガスノズルに用
いるのに特に有用である。この適用例を目的とする薄板
は厚さが０．０１０から０８０３０インチ（０，２５か
ら０．７５ｉｍ）で、多数の三角形の傾斜窪み２を有す
る。ただここに示された窪みに拘らず、流れの方向に拡
大する面を有する他の実質的に三角形の窪みでも本発明
に使用できることは、当業者には理解されるであろう。
例示の目的としては、窪みは、−列中でのその中心間距
離はぼ０．２０インチ（５，０ｍｍ）　、列と列の間の
距離０．１フインチ（４，２５ｎ＋ｍ）であるように示
されており、各列は高温ガス面上に冷却流が均等に散布
されるよう互いにずらしである。
例示の目的としては、はぼ３７８個の冷却穴が３インチ
×フインチ（７５ａ＋ｉＸ　１７５ｍｍ）の長方形シー
ト部分に作られる。
第２図には、典型的な三角形の窪み２を説明する、薄板
の拡大図が示されている。窪み２は傾斜した三角形の而
３、平らな頂部４、側壁５及び６、そして底辺７を有す
る。平らな頂部４は、傾斜した三角形の面３に垂直に作
られる。例えば直径約０．０２０インチ（０、５１ａｍ
）であるような穴８が切開け、打抜き、その他の方法で
各々の窪んだ三角形の平らな頂部に垂直に作られ、冷却
流を望みの流出角、好ましくは５度から２０度、に向け
る。冷却ガスはそこで、この穴に導かれ、拡大し傾斜し
ている三角形の面上に分散し、薄膜冷却へ滑らかに移行
する。
第３図には、第１図の線３−３に沿って切断した、金属
製薄板の断面図が示されている。矢印９で示される高温
ガスは高温ガス面１０の上を流れ、矢印１１で示される
低温ガスは低温ガス面１２の上を流れる。冷却ガスは平
らな頂部に突当り、その一部が穴８を通って傾斜した三
角形の面３上に流れる。第３図では傾斜面の角度は１０
度で、平らな頂部がそれに垂直になっている。冷却ガス
は続いて矢印１３で示されるように薄膜の中に横へ広が
り、その薄膜が高温排気ガスから高温面を保護する。低
温ガスの圧力を正に保つことで、高温ガスが低温ガス流
を封じてしまうことが避けられる。穴８は平面４に垂直
に作られるため、穴の大きさを精密に決め、導かれる冷
却ガスの量を正確に調節することができる。
第４図には、薄板状金属製はさみ金についての薄膜冷却
風洞実験の結果が、以前の技術を用いた通常の穴を有す
るもの（線Ａ）、以前の技術を用いて平らな薄板に斜め
の穴を開けたもの（線Ｂ）、本発明の金属製薄板で用い
られた三角形の窪みの頂部に作られた穴を有するもの（
線Ｃ）のそれぞれについて図示されている。この図は（
Ｔｈ−Ｔｆ）／（Ｔｈ−Ｔｃ）で求められる冷却効率（
ＥＥＦ）を、無次元化流量係数Ｘ／ＭＳに対して表わし
ている。ここで、 Ｔｈ−高温ガスの温度 Ｔｃ−低温ガスの温度 Ｔｆ−薄膜の温度 Ｘ　−穴の下流の距離 Ｍ　−（ρＣＶＣ）／（ρｈｖｈ）、ここでρＣ及びρ
ｈはそれぞれ低温ガス及び高温ガスの密度であり、Ｖｃ
及びｖｈはそれぞれ低温ガス及び高温ガスの流速である
。
Ｓ　−溝の等価高さ。−列の穴の総開口面積をその列の
長さで割った商として求められる。
である。本質的には、この図は膜の始端より下流での、
膜の効果の度合を表わしている。この図から、膜冷却が
本発明の穴を用いた場合に非常に、より効率的になり、
冷却効率を最大２６％増加させることが解る。このよう
な増加は穴の数を減らしたり、薄板のデザインを単純化
して、疲れ寿命を最高にしつつ費用を減少させる。
薄板に多数の傾斜三角形状窪みを作ることは、一対の組
合せ成形盤を用いて一回の操作で行える。
薄板には次に、第２組の成形盤を用いて多数の穴が切開
け、打抜き、押抜きや他の方法で作られる。
このような手順により薄板の歪みが最小限になり且工程
時間も最短となる。穴のための平面を作ることにより穴
の直径は調節可能なものとなり、楕円形の通気路は避け
られ、冷却ガスの流量を精密に制御できる。高温側の面
は平らな輪郭を保っているため余分な抵抗が生じない。
加えて、冷却ガスの流れの中に延びている突出部により
乱流が増大され、そのために薄板表面を介した熱伝導に
ょろり熱伝達係数は大きくなる。本発明では薄板の厚さ
は冷却ガス流を正確な方向に向けることに無関係である
ので、排気ガスノズルの機械的要求に合致する最も薄い
材料を用いることができ、従って排気ガスノズル装置の
重量を減らせる。
以上のようにガスタービンエンジンの排気ガスノズルに
於ける利用に適した金属製薄板に関して本発明を示し説
明してきたが、本発明が冷却用金属製薄板を必要とする
他の装置にもまた有益であることは当業者に理解される
であろう。従って、本発明の範囲を逸脱することなく、
窪みの配置、原料の種類、製造方法、穴の大きさや流れ
の角度などに関し変更を加えられることは当業者には明
らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、薄板を示し、典型的な穴の様式を図解したも
のである。 第２図は、平らな頂部を貫通する穴を有していいる典型
的な三角形の窪みの拡大図である。 第３図は、第１図の線３−３に沿って切断した金属製薄
板の拡大断面図である。 第４図は、従来の技術で平らな薄板に垂直な穴を開けた
もの（Ａ）、従来の技術で平らな薄板に斜めの穴を開け
たもの（Ｂ）、三角形の窪みの頂部に垂直な穴を開けた
もの（Ｃ）について薄膜冷却効率を比較したグラフであ
る。 １・・・金属製薄板、２・・・三角形の窪み、３・・・
三角形の傾斜面、４・・・平らな頂部、５．６・・・側
壁、７・・・底辺、８・・・穴、９・・・高温ガス、１
０・・・高温面。 １１・・・低温ガス、１２・・・低温面、１３・・・低
温ガスの流れる方向 特許出願人　　ユナイテッド◆チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高温ガスに接する高温面と、低温ガスに接する低温面と
    、前記高温面を薄膜冷却するために低温ガスを通すため
    の手段とを有する薄板にして、前記手段は各々が深く平
    らに面付けされた頂部から平らな基部表面へ高温ガスの
    流れの方向に延びる緩やかな傾斜の三角形の面を有し且
    前記低温面上に対応する三角形の突出部を郭定すべく前
    記金属薄板に配置された複数個の実質的に三角形の窪み
    を有し、前記頂部は前記傾斜面に垂直であり前記低温ガ
    スを通すための精密な開口を与える穴を形成されている
    ことを特徴とする冷却可能な金属製薄板。
JP63109827A 1987-05-04 1988-05-02 薄膜冷却用金属製薄板 Expired - Lifetime JP2676219B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/045,345 US4773593A (en) 1987-05-04 1987-05-04 Coolable thin metal sheet
US045,345 1987-05-04

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JPS63285231A true JPS63285231A (ja) 1988-11-22
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