複合型吸音器及び熱交換出口案内翼
【課題】吸音及び熱交換にも使用できるターボ機械の出口案内翼アセンブリを提供する。
【解決手段】出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジン１０の内壁２３と外壁４８の間に配置される１つ以上の出口案内翼２１と、１つ以上の出口案内翼２１の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【解決手段】出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジン１０の内壁２３と外壁４８の間に配置される１つ以上の出口案内翼２１と、１つ以上の出口案内翼２１の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械で用いる改良型出口案内翼の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
明らかなように、従来のガスタービンエンジンは一般にファンアセンブリを含んでいる。ファンアセンブリから出る空気流は、空気流の一部分が昇圧圧縮機に入る一方、空気流の残余部分がバイパスされるように分割される。このバイパス空気は、出口案内翼（ＯＧＶ）の段を流れて相互作用する。これらのＯＧＶは概して、環状内壁と外壁の間に配置され、その内壁及び外壁は、エンジンケーシングに機械的に結合されたＯＧＶ支持構造内に取り付けられる。出口案内翼は一般に、前縁と、比較的厚い中間部分と、薄い後縁とを含む断面のような翼形を有する。従って、ＯＧＶを介してエンジンからの熱を放散することが望ましい。更に、明らかなように、ＯＧＶから生じる騒音のレベルは一般的に高い。従って、ＯＧＶから生じる騒音レベルを低下させることもまた望ましい。
【０００３】
航空機ガスタービンエンジン製造業者は、騒音を効果的に低減する新しい方法を開発している。現在、ジェットエンジン上のナセルは、ライナー又は音響パネルを利用して、ターボファンの動翼及び静翼又はその他のターボ機械要素によって生じる音を吸収する。これらのパネルは、一般的にナセル壁上に位置付けられる。更に、油、水、及びその他の冷却剤からの熱を除去するために、同様の位置にヒートシンクを設置することが望ましい。残念なことに、これらのヒートシンクは、更なる吸音用の音響パネル又はその他の材料を収容するために、本来使用することのできる空間を占有する。
【０００４】
更にまた、ある種の現在利用可能な技術は一般に、ターボ機械の冷却及び騒音低減要求に対処するために、別個の熱交換器及び吸音器を使用する。更に、熱伝達を促進するために、出口案内翼（ＯＧＶ）において冷却剤管を動作させるといった様々な技術が開発されている。残念なことに、ＯＧＶの滑らかな壁は効率的な熱伝達面ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，１０５，１２７Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、吸音だけでなく熱交換にも使用することのできるＯＧＶを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡潔には、本発明の一実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼を含む。出口案内翼アセンブリは、第１出口案内翼の第２面と第２出口案内翼の第１面の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層を更に含む。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、複数のフィンを有する表面冷却層とを含み、複数のフィンは、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成され、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを形成する方法を提供する。方法は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に表面冷却層を配置するステップを含む。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態に従って、エンジンを提供する。エンジンは、コアエンジンと、出口案内翼アセンブリとを含み、出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、第１出口案内翼の第２面と第２出口案内翼の第１面の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態に従って、エンジンを提供する。エンジンは、コアエンジンと、出口案内翼アセンブリとを含み、出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される表面冷却層とを含み、１つ以上の出口案内翼は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に従った、エンジンの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、別の例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った、更に別の例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図５】本発明の実施形態に従った、例示的な表面冷却層の一部分の図である。
【図６】本発明の実施形態に従った、別の例示的な表面冷却層の一部分の図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、例示的な出口案内翼の斜視図であり、フィンを有する例示的な表面冷却層を示す。
【図８】本発明の実施形態に従った、例示的なフィンの上面図である。
【図９】本発明の実施形態に従った、表面冷却層で用いる別の例示的なフィンの図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、表面冷却層で用いる別の例示的なフィンの上面図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った、エンジンの一部分の斜視図である。
【図１２】図１のエンジンにおける例示的なファンブレード一式、出口案内翼一式及び例示的なフィン一式の二次元断面の概略半径図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、図面を通して同様の符号が同様の部品を表す添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって明確に理解されよう。
【００１５】
本発明の実施形態は出口案内翼（ＯＧＶ）に関し、より詳細には、航空機エンジン等のエンジンで用いる出口案内翼（ＯＧＶ）の設計に関する。例示的なＯＧＶは、吸音だけでなく効率的な冷却を提供することに関して利用することもできる。本明細書で用いられるように、ＯＧＶは、例えばターボジェット、ターボファン、ターボ推進エンジン、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、及び水力タービンだがこれらに限らない、各種のターボ機械用途に適用される。
【００１６】
図１は、本発明に従った、例示的な航空機エンジンアセンブリ１０の概略図である。参照符号１２は、中心線軸１２を表す。例示的実施形態において、エンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１３と、昇圧圧縮機１４と、コアガスタービンエンジン１６と、ファンアセンブリ１３及び昇圧圧縮機１４に連結される低圧タービン２６とを含む。ファンアセンブリ１３は、ファンロータディスク１５から実質的に半径方向外方に延在する複数のロータファンブレード１１と、ファンブレード１１の下流に配置される複数の出口案内翼２１とを含む。コアガスタービンエンジン１６は、高圧圧縮機２２と、燃焼器２４と、高圧タービン１８とを含む。昇圧圧縮機１４は、第１駆動軸４２に連結された圧縮機ロータディスク２０から実質的に半径方向外方に延在する複数の動翼４０を含む。圧縮機２２と高圧タービン１８は、第２駆動軸２９によって連結される。エンジンアセンブリ１０は、吸気側２８と、コアエンジン排気側３０と、ファン排気側３１とを更に含む。
【００１７】
動作中、ファンアセンブリ１３は、吸気側２８を通ってエンジン１０に入る空気を圧縮する。ファンアセンブリ１３から出る空気流は、空気流の一部分３５が昇圧圧縮機１４に案内され、空気流の残余部分３６が昇圧圧縮機１４及びコアタービンエンジン１６をバイパスし、ファン排気側３１を通ってエンジン１０から出るように分割される。このバイパス空気３６は出口案内翼２１を流れて相互作用し、ステータ表面上だけでなく、音響波として放射する周囲空気流において非定常圧力を形成する。複数の動翼４０は、コアガスタービンエンジン１６に向かう圧縮空気流３５を圧縮して供給する。更にまた、空気流３５は高圧圧縮機２２によって更に圧縮されて、燃焼器２４に供給される。更に、燃焼器２４からの圧縮空気流３５は回転タービン１８及び２６を駆動し、排気側３０を通ってエンジン１０から出る。
【００１８】
前述のように、ある種の現在利用可能な商業エンジンでは、熱放散及び騒音低減要求に対処するために、別個の熱交換器及び吸音器を使用する。更にまた、高熱負荷は、特定の熱交換器の最適以下の性能を招く可能性がある。更に、その他の特定の熱交換器を使用することにより、吸音器に利用できる表面積の大幅な減少を引き起こす可能性がある。本発明の例示的実施形態に従って、熱交換器だけでなく吸音器として機能するように構成された出口案内翼が提供される。より詳細には、例示的な出口案内翼２１は、例えば、航空機エンジン１０等のターボ機械の熱交換要求及び吸音要求に同時に対処するように構成することができる。
【００１９】
更に、エンジン１０は一般に、出口案内翼アセンブリ（図１には図示せず）を含む。このＯＧＶアセンブリは、ＯＧＶ２１等の円周方向に離間配置された主に半径方向に延在する複数の出口案内翼を含む。更に、ＯＧＶ２１は、中心線軸１２の周囲に同軸的に配置される内壁２３と外壁４８の間のバイパス空気の流路３６の半径方向全体に延在する。ＯＧＶ２１は、外壁４８及び内壁２３に固定的に連結される。一実施形態では、１つ以上のＯＧＶ２１は、エンジン１０の内壁２３と外壁４８の間に配置される。
【００２０】
一実施形態において、ＯＧＶアセンブリにおける１つ以上のＯＧＶに対して、熱交換器だけでなく吸音器として機能するように構成された例示的な層を提供する。この層は、表面冷却層と呼ばれる。一実施形態では、表面冷却層は１つ以上のＯＧＶの表面上に配置される。別の実施形態では、表面冷却層は、１つ以上のＯＧＶの第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される。更に、別の実施形態では、表面冷却層はＯＧＶ２１の先端ケーシング面の上又はそれに隣接して配置される。この表面冷却層は、参照符号４４で表す。或いは、例示的な表面冷却層は、ＯＧＶ２１のハブケーシング面の上又はそれに隣接して配置しても良い。この表面冷却層は、参照符号４６で表す。一実施形態において、外壁４８はエンジン１０の先端ケーシング面である。更に、内壁２３はエンジン１０のハブケーシング面である。より詳細には、例示的な表面冷却層４４、４６は、ＯＧＶ２１等の複数のＯＧＶの間の内壁２３及び外壁４８に配置される。本実施形態に従って、熱交換器だけでなく吸音器として機能することのできる例示的な表面冷却層の配置について、図１１を参照してより詳細に説明する。
【００２１】
次に図２において、例示的な出口案内翼５０の軸方向断面を図示する。図２に図示のように、出口案内翼５０は一般に、前縁５８と、比較的厚い中間部分と、薄い後縁６０とを含む断面５２のような翼形を有する。更にまた、図２に図示のように、ＯＧＶ５０は、第１面５４及び第２面５６を含む。第１面５４は概して負圧面と呼ばれるのに対して、第２面５６は正圧面と呼ばれる。第１面と負圧面という用語は、置き換えて用いることができることに注意されたい。更に、第２面と正圧面という用語も置き換えて用いることができる。ここで図示する実施形態では、負圧面５４及び正圧面５６は、前縁５８と後縁６０の間に軸方向に延在するものとして示される。
【００２２】
エンジン作動中、圧縮機が流入空気流を圧縮することによって、空気が加熱されることに注意されたい。コアから来る高温空気が冷却剤液を加熱し、この冷却剤液が循環してエンジンの各部を冷却する。更に、冷却剤液は、エンジンの各部、例えば軸受によって加熱する。従って、ＯＧＶを介してエンジンからの熱を放散することが望ましい。更に、ＯＧＶとその周辺の騒音レベルを低下させることも望ましい。
【００２３】
従って、表面冷却器及び吸音器として機能するように構成された表面冷却器６２を提供する。一実施形態では、表面冷却器６２は表面冷却層を含む。より詳細には、例示的な表面冷却層６２は、例えば、航空機エンジン等のターボ機械におけるＯＧＶアセンブリの熱交換要求及び吸音要求に同時に対処するように構成される。以下、用語「表面冷却層」は、ＯＧＶにおける熱放散及び吸音を促進するように構成された表面冷却層６２を意味する際に用いられる。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、例示的な表面冷却層６２は金属発泡体を含む。代替的実施形態では、表面冷却層は炭素発泡体を含む。例示的な表面冷却層６２は、その他の特定の実施形態では、高い熱伝導率を有する発泡体を含むことに注意されたい。更に、一実施形態において、例示的な表面冷却層６２は、より詳しく後述するように、本発明の実施形態に従って、熱交換を促進するだけでなく吸音を行うために、第１面５４又は第２面５６或いは両方の少なくとも一部分の上に配置される。更に、表面冷却層６２は、例えば金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせだがこれらに限らない材料を含む。例示的な表面冷却層６２は、その他の特定の実施形態では、高い熱伝導率を有する発泡体を含むことに注意されたい。一例として、発泡体は、約１５０Ｗ／ｍＫ〜約３９０Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率を有する炭素発泡体を含む。明らかなように、金属発泡体は固体金属からなる気泡構造であり、大きな体積分率はガス充填孔を含んでいる。孔は封止しても良く（独立気泡発泡体）、相互接続ネットワークを形成しても良い（連続気泡発泡体）。一般的に、これらの金属発泡体は非常に高い気孔率を有する。言い換えれば、一般的に体積の７５〜９５％が空隙部からなる。金属発泡体の熱伝導率は、材料、発泡体の気孔率、形態及びねじれだけでなく、発泡体における様々な気泡を相互接続するウェブの完全性の細かい詳細にも応じて、大きく異なり得る。
【００２５】
更にまた、本発明の実施形態によれば、騒音低減を行うことに加えて熱伝達を増加させるために、金属発泡体を使用する。具体的には、金属発泡体は、熱伝導が強化されると共に、対流の表面積は大きいが比較的低い質量も有しているという良い組み合わせを提供するので、熱伝達／冷却を増加させるために使用される。更に、多孔性金属発泡体は、エンジン１０の各部によって生じた騒音を吸収するように構成される。言い換えれば、出口案内翼５０上に配置された表面冷却層６２の金属発泡体は、エンジン１０における騒音を吸収することによって、エンジン１０における騒音の低減を促進するように構成される。従って、金属発泡体は、１つの低質量パッケージにおいて熱交換及び音響減衰を促進するための手段を提供するように構成することができる。
【００２６】
図２を引き続き参照すると、参照符号６６を概してＸ方向を表すのに対して、Ｙ方向を参照符号６８で表す。更に、参照符号７０はＺ方向を表す。空気流は、主にＸ方向６６であることに注意されたい。更に、図２において図示した実施形態では、第１面５４及び第２面５６上に配置された表面冷却層６２は、表面冷却層６２がＯＧＶ５０の境界内に位置するように配置されることに注意されたい。或いは、表面冷却層６２は、表面冷却層６２が空気流に突出するように、第１面５４と第２面５６の間に配置しても良い。
【００２７】
前述のように、循環してエンジンを冷却する冷却剤流体は、コアエンジン内の高温空気によって加熱される。更に、冷却剤流体はエンジンの各部によって加熱することもできる。この加熱された冷却剤流体は、ＯＧＶ５０等のＯＧＶに案内される。冷却剤流体からの熱が複数の管（図示せず）の壁から伝達されて、ＯＧＶ５０の第１面５４又は第２面５６上に配置された表面冷却層６２を介して空気流に放散することによって、冷却剤流体を冷却することができる。
【００２８】
次に図３において、図１のエンジン１０で用いるＯＧＶ７２の例示的実施形態を図示する。また、ＯＧＶ７２は断面７４のような翼形を有する。更に、ＯＧＶ７２は第１面７８及び第２面８０を含む。図示のように、表面冷却層７６は、第１面７８、第２面８０又は両方の少なくとも一部分の上に配置される。前述のように、表面冷却層７６は、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。図３において図示した実施形態では、表面冷却層７６は、層７６が熱伝達を強化するために、空気流に突出するようにして配置される。
【００２９】
更に、図３で図示するように、少なくとも１つ、一般的には複数の管６４が例示的なＯＧＶ７２内に配置される。一実施形態では、複数の管６４がＯＧＶ７２内に埋め込まれる。複数の管６４は、エンジンの各部によって加熱される流体の冷却を補助するように構成される。明らかなように、油等の流体は、軸受等のエンジンの部品によって加熱される。この加熱された流体（油）は、管６４を介してＯＧＶ７２を通って案内される。流体からの熱は、管６４の壁から伝達され、ＯＧＶ７２の第１面７８及び／又は第２面８０上に配置された表面冷却層７６を介して空気流に放散される。この冷却された流体は、その後エンジン１０の部品に戻る。一実施形態では、管の寸法は直径約０．０２０インチ〜約０．６インチである。複数の管６４は、例えばアルミニウムだがこれに限らない材料で形成される。また、一実施形態では、流体は油又は水である。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態に従った、例示的な出口案内翼８２の別の実施形態を図示する。図４において図示した実施形態では、出口案内翼８２全体が、例えば金属発泡体８４、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせだがこれらに限らない材料から形成される。代替的実施形態において、出口案内翼８２は、固体金属、複合材料などを含む。更に、複数の管６４が出口案内翼８２内に配置され、そこで管６４が例示的なＯＧＶ８２を通って流体を案内するように構成されることによって、エンジン１０の各部によって加熱される流体の冷却を可能にする。
【００３１】
次に図５において、出口案内翼上に配置された例示的な表面冷却層９２の断面図９０を図示する。前述のように、表面冷却層９２は、ＯＧＶの第１面、第２面、又は第１面及び第２面の両方の上に配置される。本発明の例示的実施形態によれば、表面冷却層９２は、金属発泡体９６、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。層は、複数のフィン９４に機械加工又は成形される。これらのフィン９４は、一実施形態では、空気流３６（図１参照）等の空気流と平行に配向される。或いは、図５で図示したフィン９４は、空気流と実質的に平行に配向されることに注意されたい。
【００３２】
主空気流に突出する発泡体フィン９４を設けることで、熱伝達の面積が増大し、それにより熱伝達を増加させることができる。更に、フィン９４は、吸音の強化を効果的に補助するようにして配置される。複数の発泡体フィン９４を形成することに加えて、金属発泡体９６を、熱伝達を効果的に増加させると共に吸音を強化するように構成されたピン及び／又はその他の構造に機械加工及び／又は成形しても良い。
【００３３】
更にまた、図６は、本発明の実施形態に従って、図１の出口案内翼２１等の出口案内翼上に配置された表面冷却層９８の軸方向断面を図示する。図示のように、表面冷却層９８は、ＯＧＶの第１面又は第２面に対して約５度の角度〜約９０度の角度で傾斜する複数のフィン１０２を含む。本実施形態において、複数のフィン１０２は、第１面１００に対して約７０度の角度で傾斜する。或いは、複数のフィンは、ＯＧＶの第２面に対して約７０度の角度で傾斜しても良い。前述のように、例示的な表面冷却層９８は、第１面１００又は第２面、或いは両方の上に配置される。表面冷却層９８は、吸音を効果的に強化するために複数のフィン１０２の間に配置された金属発泡体１０１、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。本発明の更なる実施形態によれば、金属発泡体の気孔率は変化する。より詳細には、金属発泡体の気孔率は、様々な音響波長の吸収を促進するために、様々な長さスケールの間で意図的に変化させることができる。
【００３４】
図７は、表面冷却層１１０上に配置された複数のフィン１０８を有する例示的な出口案内翼１０６の斜視図１０４を図示する。フィン１０８の分解図１１２を図示する。前述のように、フィン１０８は、吸音の強化を行うことに加えて熱伝達の強化を促進するように構成される。参照符号１１４は空気流方向を表す。本発明の更なる実施形態によれば、フィンの熱伝達性能は更に強化することができ、図８〜１０を参照してより詳細に説明する。
【００３５】
次に図８において、本発明の実施形態に従った、例示的なフィン１２４の上面図１２０を図示する。フィン１２４は、金属発泡体から形成される。更に、固体導電材料即ち固体金属ブレード１２６が効果的な熱伝導路を形成するためにフィン１２４内に配置されることによって、例示的な出口案内翼の第１面又は第２面からフィン１２４の表面への熱伝達を促進することができる。一実施形態では、固体金属ブレード１２６はフィン１２４の中央に配置される。また、別の実施形態では、固体金属ブレード１２６は、例えば熱分解黒鉛だがこれに限らない材料を含む。更に、参照符号１２２は空気流の方向を表す。本実施例では、空気流１２２がフィン１２４に平行であることに注意されたい。
【００３６】
別の実施形態において、図８の固体金属ブレード１２６は、図９に示すように空気流と実質的に垂直である方向に配置される。より詳細には、図９は別の例示的なフィン１３２の上面図１２８を図示しており、固体金属ブレード１３４が空気流１３０と実質的に垂直であるようにフィン１３２内に配置された固体金属ブレード１３４を含んでいる。固体金属ブレード１３４の垂直配向は、フィン１３２の炭素発泡体又は金属発泡体の周囲に空気流１３０を送ることによって、熱伝達の強化を促進する。
【００３７】
その他の特定の実施形態では、図７のフィン１０８等のフィンは、空気流と平行な固体ブレードと、空気流と実質的に垂直である別の固体ブレードとを含む。
【００３８】
図１０は、フィンの更に別の実施形態を図示する。例示的なフィン１４０の上面図１３６を図１０に示す。この実施形態において、複数の固体金属ブレード１４２は、ブレード１４２が空気流１３８と垂直になるように、例示的なフィン１４０内に配置される。複数のブレード１４２を含むことにより、フィン１４０は複数のセクターに分割される。空気流１３８は、熱伝達だけでなくフィンの空力性能を最適化するために、図示のように金属発泡体の周囲に送られる。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、表面冷却層は、図１で図示するように、それぞれ外壁４８と内壁２３の間に配置される。図１１は、複数のＯＧＶ２１を有するエンジン１０（図１参照）の一部分の斜視図１４４を図示する。例示的な表面冷却層１４８は、外壁１４６の上又はＯＧＶ２１の間に配置されるものとして示される。より詳細には、表面冷却層１４８は複数のフィン１５０を含む。一実施形態では、フィン１５０は、ＯＧＶ２１の形状と実質的に同様である形状を有する。更にまた、複数のフィン１５０を有する表面冷却層１４８は、内壁１４５上に配置される。一実施形態では、表面冷却層１４８は、第１ＯＧＶの第２面１４９と第２ＯＧＶの第１面１４７の間に配置される。特定の実施形態では、表面冷却層１４８は、エンジン１０（図１参照）の内壁１４５又は外壁１４６に、或いは内壁１４５又は外壁１４６の両方に配置しても良い。
【００４０】
図１２は、図１のターボ機械システム１０における例示的なファンブレード１５４一式、出口案内翼１５６一式、及び直列ＯＧＶ表面冷却フィン１５８の二次元断面の半径図１５２を示す概略図である。前述のように、出口案内翼１５６は、複数のフィン（図１２には図示せず）を含む。更に、複数のフィン１５８を有する表面冷却層１４８（図１１参照）は、図１１の複数のフィン１５０等の直列ＯＧＶ表面冷却フィンとして製造することができる。複数のフィンは、ドミナント音の音響消去によってターボ機械の干渉騒音を最小化するように配置される。複数のフィン１５８は、直列又は多要素ＯＧＶとして配置される。更にまた、表面冷却層から広がる複数のフィン１５８は、内壁、外壁、又は両方の上に配置される。一実施形態では、複数のフィンは、エンジンの内壁、外壁、又は内壁及び外壁の両方から突出する二次、三次などの部分スパンＯＧＶとして製造しても良い。フィン１５８の音響散乱は、出口案内翼１５６の音響に破壊的に干渉する可能性がある。図示のように、フィン１５８から発生する音響波１６２及びＯＧＶ１５６から発生する音響波１６０は、同心円によって概略的に表される。各ＯＧＶ１５６からの音響波１６０が各フィン１５８からの音響波１６２に破壊的に干渉することによって、大幅な又は所望の騒音低減が得られる。
【００４１】
上記の例示的な出口案内翼の様々な実施形態は、熱伝達の増加と吸音の向上を提供する。更に、例示的な出口案内翼は、ターボ機械の質量を低下させるために使用される。更に、本発明の実施形態は熱伝達及び吸音の向上を同時に提供するので、エンジン長さ又は直径のどちらかを減少させることで今後のエンジンの大幅な重量削減が可能になり、良好な燃料消費が促進される。
【００４２】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示及び説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更を想到するであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内にある全てのそのような修正及び変更を含むように意図されていること理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械で用いる改良型出口案内翼の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
明らかなように、従来のガスタービンエンジンは一般にファンアセンブリを含んでいる。ファンアセンブリから出る空気流は、空気流の一部分が昇圧圧縮機に入る一方、空気流の残余部分がバイパスされるように分割される。このバイパス空気は、出口案内翼（ＯＧＶ）の段を流れて相互作用する。これらのＯＧＶは概して、環状内壁と外壁の間に配置され、その内壁及び外壁は、エンジンケーシングに機械的に結合されたＯＧＶ支持構造内に取り付けられる。出口案内翼は一般に、前縁と、比較的厚い中間部分と、薄い後縁とを含む断面のような翼形を有する。従って、ＯＧＶを介してエンジンからの熱を放散することが望ましい。更に、明らかなように、ＯＧＶから生じる騒音のレベルは一般的に高い。従って、ＯＧＶから生じる騒音レベルを低下させることもまた望ましい。
【０００３】
航空機ガスタービンエンジン製造業者は、騒音を効果的に低減する新しい方法を開発している。現在、ジェットエンジン上のナセルは、ライナー又は音響パネルを利用して、ターボファンの動翼及び静翼又はその他のターボ機械要素によって生じる音を吸収する。これらのパネルは、一般的にナセル壁上に位置付けられる。更に、油、水、及びその他の冷却剤からの熱を除去するために、同様の位置にヒートシンクを設置することが望ましい。残念なことに、これらのヒートシンクは、更なる吸音用の音響パネル又はその他の材料を収容するために、本来使用することのできる空間を占有する。
【０００４】
更にまた、ある種の現在利用可能な技術は一般に、ターボ機械の冷却及び騒音低減要求に対処するために、別個の熱交換器及び吸音器を使用する。更に、熱伝達を促進するために、出口案内翼（ＯＧＶ）において冷却剤管を動作させるといった様々な技術が開発されている。残念なことに、ＯＧＶの滑らかな壁は効率的な熱伝達面ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，１０５，１２７Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、吸音だけでなく熱交換にも使用することのできるＯＧＶを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡潔には、本発明の一実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼を含む。出口案内翼アセンブリは、第１出口案内翼の第２面と第２出口案内翼の第１面の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層を更に含む。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを提供する。出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、複数のフィンを有する表面冷却層とを含み、複数のフィンは、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成され、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態に従って、出口案内翼アセンブリを形成する方法を提供する。方法は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に表面冷却層を配置するステップを含む。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態に従って、エンジンを提供する。エンジンは、コアエンジンと、出口案内翼アセンブリとを含み、出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、第１出口案内翼の第２面と第２出口案内翼の第１面の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層とを含む。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態に従って、エンジンを提供する。エンジンは、コアエンジンと、出口案内翼アセンブリとを含み、出口案内翼アセンブリは、各々が第１面及び第２面からなり、エンジンの内壁と外壁の間に配置される１つ以上の出口案内翼と、１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される表面冷却層とを含み、１つ以上の出口案内翼は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に従った、エンジンの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、別の例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った、更に別の例示的な出口案内翼の軸方向断面図である。
【図５】本発明の実施形態に従った、例示的な表面冷却層の一部分の図である。
【図６】本発明の実施形態に従った、別の例示的な表面冷却層の一部分の図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、例示的な出口案内翼の斜視図であり、フィンを有する例示的な表面冷却層を示す。
【図８】本発明の実施形態に従った、例示的なフィンの上面図である。
【図９】本発明の実施形態に従った、表面冷却層で用いる別の例示的なフィンの図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、表面冷却層で用いる別の例示的なフィンの上面図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った、エンジンの一部分の斜視図である。
【図１２】図１のエンジンにおける例示的なファンブレード一式、出口案内翼一式及び例示的なフィン一式の二次元断面の概略半径図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、図面を通して同様の符号が同様の部品を表す添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって明確に理解されよう。
【００１５】
本発明の実施形態は出口案内翼（ＯＧＶ）に関し、より詳細には、航空機エンジン等のエンジンで用いる出口案内翼（ＯＧＶ）の設計に関する。例示的なＯＧＶは、吸音だけでなく効率的な冷却を提供することに関して利用することもできる。本明細書で用いられるように、ＯＧＶは、例えばターボジェット、ターボファン、ターボ推進エンジン、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、及び水力タービンだがこれらに限らない、各種のターボ機械用途に適用される。
【００１６】
図１は、本発明に従った、例示的な航空機エンジンアセンブリ１０の概略図である。参照符号１２は、中心線軸１２を表す。例示的実施形態において、エンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１３と、昇圧圧縮機１４と、コアガスタービンエンジン１６と、ファンアセンブリ１３及び昇圧圧縮機１４に連結される低圧タービン２６とを含む。ファンアセンブリ１３は、ファンロータディスク１５から実質的に半径方向外方に延在する複数のロータファンブレード１１と、ファンブレード１１の下流に配置される複数の出口案内翼２１とを含む。コアガスタービンエンジン１６は、高圧圧縮機２２と、燃焼器２４と、高圧タービン１８とを含む。昇圧圧縮機１４は、第１駆動軸４２に連結された圧縮機ロータディスク２０から実質的に半径方向外方に延在する複数の動翼４０を含む。圧縮機２２と高圧タービン１８は、第２駆動軸２９によって連結される。エンジンアセンブリ１０は、吸気側２８と、コアエンジン排気側３０と、ファン排気側３１とを更に含む。
【００１７】
動作中、ファンアセンブリ１３は、吸気側２８を通ってエンジン１０に入る空気を圧縮する。ファンアセンブリ１３から出る空気流は、空気流の一部分３５が昇圧圧縮機１４に案内され、空気流の残余部分３６が昇圧圧縮機１４及びコアタービンエンジン１６をバイパスし、ファン排気側３１を通ってエンジン１０から出るように分割される。このバイパス空気３６は出口案内翼２１を流れて相互作用し、ステータ表面上だけでなく、音響波として放射する周囲空気流において非定常圧力を形成する。複数の動翼４０は、コアガスタービンエンジン１６に向かう圧縮空気流３５を圧縮して供給する。更にまた、空気流３５は高圧圧縮機２２によって更に圧縮されて、燃焼器２４に供給される。更に、燃焼器２４からの圧縮空気流３５は回転タービン１８及び２６を駆動し、排気側３０を通ってエンジン１０から出る。
【００１８】
前述のように、ある種の現在利用可能な商業エンジンでは、熱放散及び騒音低減要求に対処するために、別個の熱交換器及び吸音器を使用する。更にまた、高熱負荷は、特定の熱交換器の最適以下の性能を招く可能性がある。更に、その他の特定の熱交換器を使用することにより、吸音器に利用できる表面積の大幅な減少を引き起こす可能性がある。本発明の例示的実施形態に従って、熱交換器だけでなく吸音器として機能するように構成された出口案内翼が提供される。より詳細には、例示的な出口案内翼２１は、例えば、航空機エンジン１０等のターボ機械の熱交換要求及び吸音要求に同時に対処するように構成することができる。
【００１９】
更に、エンジン１０は一般に、出口案内翼アセンブリ（図１には図示せず）を含む。このＯＧＶアセンブリは、ＯＧＶ２１等の円周方向に離間配置された主に半径方向に延在する複数の出口案内翼を含む。更に、ＯＧＶ２１は、中心線軸１２の周囲に同軸的に配置される内壁２３と外壁４８の間のバイパス空気の流路３６の半径方向全体に延在する。ＯＧＶ２１は、外壁４８及び内壁２３に固定的に連結される。一実施形態では、１つ以上のＯＧＶ２１は、エンジン１０の内壁２３と外壁４８の間に配置される。
【００２０】
一実施形態において、ＯＧＶアセンブリにおける１つ以上のＯＧＶに対して、熱交換器だけでなく吸音器として機能するように構成された例示的な層を提供する。この層は、表面冷却層と呼ばれる。一実施形態では、表面冷却層は１つ以上のＯＧＶの表面上に配置される。別の実施形態では、表面冷却層は、１つ以上のＯＧＶの第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される。更に、別の実施形態では、表面冷却層はＯＧＶ２１の先端ケーシング面の上又はそれに隣接して配置される。この表面冷却層は、参照符号４４で表す。或いは、例示的な表面冷却層は、ＯＧＶ２１のハブケーシング面の上又はそれに隣接して配置しても良い。この表面冷却層は、参照符号４６で表す。一実施形態において、外壁４８はエンジン１０の先端ケーシング面である。更に、内壁２３はエンジン１０のハブケーシング面である。より詳細には、例示的な表面冷却層４４、４６は、ＯＧＶ２１等の複数のＯＧＶの間の内壁２３及び外壁４８に配置される。本実施形態に従って、熱交換器だけでなく吸音器として機能することのできる例示的な表面冷却層の配置について、図１１を参照してより詳細に説明する。
【００２１】
次に図２において、例示的な出口案内翼５０の軸方向断面を図示する。図２に図示のように、出口案内翼５０は一般に、前縁５８と、比較的厚い中間部分と、薄い後縁６０とを含む断面５２のような翼形を有する。更にまた、図２に図示のように、ＯＧＶ５０は、第１面５４及び第２面５６を含む。第１面５４は概して負圧面と呼ばれるのに対して、第２面５６は正圧面と呼ばれる。第１面と負圧面という用語は、置き換えて用いることができることに注意されたい。更に、第２面と正圧面という用語も置き換えて用いることができる。ここで図示する実施形態では、負圧面５４及び正圧面５６は、前縁５８と後縁６０の間に軸方向に延在するものとして示される。
【００２２】
エンジン作動中、圧縮機が流入空気流を圧縮することによって、空気が加熱されることに注意されたい。コアから来る高温空気が冷却剤液を加熱し、この冷却剤液が循環してエンジンの各部を冷却する。更に、冷却剤液は、エンジンの各部、例えば軸受によって加熱する。従って、ＯＧＶを介してエンジンからの熱を放散することが望ましい。更に、ＯＧＶとその周辺の騒音レベルを低下させることも望ましい。
【００２３】
従って、表面冷却器及び吸音器として機能するように構成された表面冷却器６２を提供する。一実施形態では、表面冷却器６２は表面冷却層を含む。より詳細には、例示的な表面冷却層６２は、例えば、航空機エンジン等のターボ機械におけるＯＧＶアセンブリの熱交換要求及び吸音要求に同時に対処するように構成される。以下、用語「表面冷却層」は、ＯＧＶにおける熱放散及び吸音を促進するように構成された表面冷却層６２を意味する際に用いられる。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、例示的な表面冷却層６２は金属発泡体を含む。代替的実施形態では、表面冷却層は炭素発泡体を含む。例示的な表面冷却層６２は、その他の特定の実施形態では、高い熱伝導率を有する発泡体を含むことに注意されたい。更に、一実施形態において、例示的な表面冷却層６２は、より詳しく後述するように、本発明の実施形態に従って、熱交換を促進するだけでなく吸音を行うために、第１面５４又は第２面５６或いは両方の少なくとも一部分の上に配置される。更に、表面冷却層６２は、例えば金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせだがこれらに限らない材料を含む。例示的な表面冷却層６２は、その他の特定の実施形態では、高い熱伝導率を有する発泡体を含むことに注意されたい。一例として、発泡体は、約１５０Ｗ／ｍＫ〜約３９０Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率を有する炭素発泡体を含む。明らかなように、金属発泡体は固体金属からなる気泡構造であり、大きな体積分率はガス充填孔を含んでいる。孔は封止しても良く（独立気泡発泡体）、相互接続ネットワークを形成しても良い（連続気泡発泡体）。一般的に、これらの金属発泡体は非常に高い気孔率を有する。言い換えれば、一般的に体積の７５〜９５％が空隙部からなる。金属発泡体の熱伝導率は、材料、発泡体の気孔率、形態及びねじれだけでなく、発泡体における様々な気泡を相互接続するウェブの完全性の細かい詳細にも応じて、大きく異なり得る。
【００２５】
更にまた、本発明の実施形態によれば、騒音低減を行うことに加えて熱伝達を増加させるために、金属発泡体を使用する。具体的には、金属発泡体は、熱伝導が強化されると共に、対流の表面積は大きいが比較的低い質量も有しているという良い組み合わせを提供するので、熱伝達／冷却を増加させるために使用される。更に、多孔性金属発泡体は、エンジン１０の各部によって生じた騒音を吸収するように構成される。言い換えれば、出口案内翼５０上に配置された表面冷却層６２の金属発泡体は、エンジン１０における騒音を吸収することによって、エンジン１０における騒音の低減を促進するように構成される。従って、金属発泡体は、１つの低質量パッケージにおいて熱交換及び音響減衰を促進するための手段を提供するように構成することができる。
【００２６】
図２を引き続き参照すると、参照符号６６を概してＸ方向を表すのに対して、Ｙ方向を参照符号６８で表す。更に、参照符号７０はＺ方向を表す。空気流は、主にＸ方向６６であることに注意されたい。更に、図２において図示した実施形態では、第１面５４及び第２面５６上に配置された表面冷却層６２は、表面冷却層６２がＯＧＶ５０の境界内に位置するように配置されることに注意されたい。或いは、表面冷却層６２は、表面冷却層６２が空気流に突出するように、第１面５４と第２面５６の間に配置しても良い。
【００２７】
前述のように、循環してエンジンを冷却する冷却剤流体は、コアエンジン内の高温空気によって加熱される。更に、冷却剤流体はエンジンの各部によって加熱することもできる。この加熱された冷却剤流体は、ＯＧＶ５０等のＯＧＶに案内される。冷却剤流体からの熱が複数の管（図示せず）の壁から伝達されて、ＯＧＶ５０の第１面５４又は第２面５６上に配置された表面冷却層６２を介して空気流に放散することによって、冷却剤流体を冷却することができる。
【００２８】
次に図３において、図１のエンジン１０で用いるＯＧＶ７２の例示的実施形態を図示する。また、ＯＧＶ７２は断面７４のような翼形を有する。更に、ＯＧＶ７２は第１面７８及び第２面８０を含む。図示のように、表面冷却層７６は、第１面７８、第２面８０又は両方の少なくとも一部分の上に配置される。前述のように、表面冷却層７６は、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。図３において図示した実施形態では、表面冷却層７６は、層７６が熱伝達を強化するために、空気流に突出するようにして配置される。
【００２９】
更に、図３で図示するように、少なくとも１つ、一般的には複数の管６４が例示的なＯＧＶ７２内に配置される。一実施形態では、複数の管６４がＯＧＶ７２内に埋め込まれる。複数の管６４は、エンジンの各部によって加熱される流体の冷却を補助するように構成される。明らかなように、油等の流体は、軸受等のエンジンの部品によって加熱される。この加熱された流体（油）は、管６４を介してＯＧＶ７２を通って案内される。流体からの熱は、管６４の壁から伝達され、ＯＧＶ７２の第１面７８及び／又は第２面８０上に配置された表面冷却層７６を介して空気流に放散される。この冷却された流体は、その後エンジン１０の部品に戻る。一実施形態では、管の寸法は直径約０．０２０インチ〜約０．６インチである。複数の管６４は、例えばアルミニウムだがこれに限らない材料で形成される。また、一実施形態では、流体は油又は水である。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態に従った、例示的な出口案内翼８２の別の実施形態を図示する。図４において図示した実施形態では、出口案内翼８２全体が、例えば金属発泡体８４、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせだがこれらに限らない材料から形成される。代替的実施形態において、出口案内翼８２は、固体金属、複合材料などを含む。更に、複数の管６４が出口案内翼８２内に配置され、そこで管６４が例示的なＯＧＶ８２を通って流体を案内するように構成されることによって、エンジン１０の各部によって加熱される流体の冷却を可能にする。
【００３１】
次に図５において、出口案内翼上に配置された例示的な表面冷却層９２の断面図９０を図示する。前述のように、表面冷却層９２は、ＯＧＶの第１面、第２面、又は第１面及び第２面の両方の上に配置される。本発明の例示的実施形態によれば、表面冷却層９２は、金属発泡体９６、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。層は、複数のフィン９４に機械加工又は成形される。これらのフィン９４は、一実施形態では、空気流３６（図１参照）等の空気流と平行に配向される。或いは、図５で図示したフィン９４は、空気流と実質的に平行に配向されることに注意されたい。
【００３２】
主空気流に突出する発泡体フィン９４を設けることで、熱伝達の面積が増大し、それにより熱伝達を増加させることができる。更に、フィン９４は、吸音の強化を効果的に補助するようにして配置される。複数の発泡体フィン９４を形成することに加えて、金属発泡体９６を、熱伝達を効果的に増加させると共に吸音を強化するように構成されたピン及び／又はその他の構造に機械加工及び／又は成形しても良い。
【００３３】
更にまた、図６は、本発明の実施形態に従って、図１の出口案内翼２１等の出口案内翼上に配置された表面冷却層９８の軸方向断面を図示する。図示のように、表面冷却層９８は、ＯＧＶの第１面又は第２面に対して約５度の角度〜約９０度の角度で傾斜する複数のフィン１０２を含む。本実施形態において、複数のフィン１０２は、第１面１００に対して約７０度の角度で傾斜する。或いは、複数のフィンは、ＯＧＶの第２面に対して約７０度の角度で傾斜しても良い。前述のように、例示的な表面冷却層９８は、第１面１００又は第２面、或いは両方の上に配置される。表面冷却層９８は、吸音を効果的に強化するために複数のフィン１０２の間に配置された金属発泡体１０１、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせを含む。本発明の更なる実施形態によれば、金属発泡体の気孔率は変化する。より詳細には、金属発泡体の気孔率は、様々な音響波長の吸収を促進するために、様々な長さスケールの間で意図的に変化させることができる。
【００３４】
図７は、表面冷却層１１０上に配置された複数のフィン１０８を有する例示的な出口案内翼１０６の斜視図１０４を図示する。フィン１０８の分解図１１２を図示する。前述のように、フィン１０８は、吸音の強化を行うことに加えて熱伝達の強化を促進するように構成される。参照符号１１４は空気流方向を表す。本発明の更なる実施形態によれば、フィンの熱伝達性能は更に強化することができ、図８〜１０を参照してより詳細に説明する。
【００３５】
次に図８において、本発明の実施形態に従った、例示的なフィン１２４の上面図１２０を図示する。フィン１２４は、金属発泡体から形成される。更に、固体導電材料即ち固体金属ブレード１２６が効果的な熱伝導路を形成するためにフィン１２４内に配置されることによって、例示的な出口案内翼の第１面又は第２面からフィン１２４の表面への熱伝達を促進することができる。一実施形態では、固体金属ブレード１２６はフィン１２４の中央に配置される。また、別の実施形態では、固体金属ブレード１２６は、例えば熱分解黒鉛だがこれに限らない材料を含む。更に、参照符号１２２は空気流の方向を表す。本実施例では、空気流１２２がフィン１２４に平行であることに注意されたい。
【００３６】
別の実施形態において、図８の固体金属ブレード１２６は、図９に示すように空気流と実質的に垂直である方向に配置される。より詳細には、図９は別の例示的なフィン１３２の上面図１２８を図示しており、固体金属ブレード１３４が空気流１３０と実質的に垂直であるようにフィン１３２内に配置された固体金属ブレード１３４を含んでいる。固体金属ブレード１３４の垂直配向は、フィン１３２の炭素発泡体又は金属発泡体の周囲に空気流１３０を送ることによって、熱伝達の強化を促進する。
【００３７】
その他の特定の実施形態では、図７のフィン１０８等のフィンは、空気流と平行な固体ブレードと、空気流と実質的に垂直である別の固体ブレードとを含む。
【００３８】
図１０は、フィンの更に別の実施形態を図示する。例示的なフィン１４０の上面図１３６を図１０に示す。この実施形態において、複数の固体金属ブレード１４２は、ブレード１４２が空気流１３８と垂直になるように、例示的なフィン１４０内に配置される。複数のブレード１４２を含むことにより、フィン１４０は複数のセクターに分割される。空気流１３８は、熱伝達だけでなくフィンの空力性能を最適化するために、図示のように金属発泡体の周囲に送られる。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、表面冷却層は、図１で図示するように、それぞれ外壁４８と内壁２３の間に配置される。図１１は、複数のＯＧＶ２１を有するエンジン１０（図１参照）の一部分の斜視図１４４を図示する。例示的な表面冷却層１４８は、外壁１４６の上又はＯＧＶ２１の間に配置されるものとして示される。より詳細には、表面冷却層１４８は複数のフィン１５０を含む。一実施形態では、フィン１５０は、ＯＧＶ２１の形状と実質的に同様である形状を有する。更にまた、複数のフィン１５０を有する表面冷却層１４８は、内壁１４５上に配置される。一実施形態では、表面冷却層１４８は、第１ＯＧＶの第２面１４９と第２ＯＧＶの第１面１４７の間に配置される。特定の実施形態では、表面冷却層１４８は、エンジン１０（図１参照）の内壁１４５又は外壁１４６に、或いは内壁１４５又は外壁１４６の両方に配置しても良い。
【００４０】
図１２は、図１のターボ機械システム１０における例示的なファンブレード１５４一式、出口案内翼１５６一式、及び直列ＯＧＶ表面冷却フィン１５８の二次元断面の半径図１５２を示す概略図である。前述のように、出口案内翼１５６は、複数のフィン（図１２には図示せず）を含む。更に、複数のフィン１５８を有する表面冷却層１４８（図１１参照）は、図１１の複数のフィン１５０等の直列ＯＧＶ表面冷却フィンとして製造することができる。複数のフィンは、ドミナント音の音響消去によってターボ機械の干渉騒音を最小化するように配置される。複数のフィン１５８は、直列又は多要素ＯＧＶとして配置される。更にまた、表面冷却層から広がる複数のフィン１５８は、内壁、外壁、又は両方の上に配置される。一実施形態では、複数のフィンは、エンジンの内壁、外壁、又は内壁及び外壁の両方から突出する二次、三次などの部分スパンＯＧＶとして製造しても良い。フィン１５８の音響散乱は、出口案内翼１５６の音響に破壊的に干渉する可能性がある。図示のように、フィン１５８から発生する音響波１６２及びＯＧＶ１５６から発生する音響波１６０は、同心円によって概略的に表される。各ＯＧＶ１５６からの音響波１６０が各フィン１５８からの音響波１６２に破壊的に干渉することによって、大幅な又は所望の騒音低減が得られる。
【００４１】
上記の例示的な出口案内翼の様々な実施形態は、熱伝達の増加と吸音の向上を提供する。更に、例示的な出口案内翼は、ターボ機械の質量を低下させるために使用される。更に、本発明の実施形態は熱伝達及び吸音の向上を同時に提供するので、エンジン長さ又は直径のどちらかを減少させることで今後のエンジンの大幅な重量削減が可能になり、良好な燃料消費が促進される。
【００４２】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示及び説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更を想到するであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内にある全てのそのような修正及び変更を含むように意図されていること理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とを含む、出口案内翼アセンブリ。
【請求項２】
前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる、請求項１に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項３】
前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、冷却される流体を運ぶように構成された複数の管（６４）を更に含む、請求項１または２に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項４】
前記表面冷却層（６２）は複数のフィン（１０８）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項５】
前記複数のフィン（１０８）は、前記金属発泡体内に配置され、前記フィン（１０８）の長さにわたって熱伝達を増加させるように構成された少なくとも１つの固体ブレード（１２６）を更に含む、請求項４に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項６】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
第１出口案内翼の第２面（５６）と第２出口案内翼の第１面（５４）の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とを含む、出口案内翼アセンブリ。
【請求項７】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、複数のフィン（１０８）を有する表面冷却層（６２）とを含み、前記複数のフィン（１０８）は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成され、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる、出口案内翼アセンブリ。
【請求項８】
熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に表面冷却層を配置するステップを含む、出口案内翼アセンブリを形成する方法。
【請求項９】
エンジン（１０）であって、
コアエンジンと、
出口案内翼アセンブリとを含み、前記出口案内翼アセンブリは、
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、前記エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
第１出口案内翼の前記第２面（５６）と第２出口案内翼の前記第１面（５４）の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とからなる、前記エンジン（１０）。
【請求項１０】
エンジン（１０）であって、
コアエンジンと、
出口案内翼アセンブリとを含み、前記出口案内翼アセンブリは、
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、前記エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される表面冷却層（６２）とを含み、前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる、前記エンジン（１０）。
【請求項１】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とを含む、出口案内翼アセンブリ。
【請求項２】
前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる、請求項１に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項３】
前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、冷却される流体を運ぶように構成された複数の管（６４）を更に含む、請求項１または２に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項４】
前記表面冷却層（６２）は複数のフィン（１０８）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項５】
前記複数のフィン（１０８）は、前記金属発泡体内に配置され、前記フィン（１０８）の長さにわたって熱伝達を増加させるように構成された少なくとも１つの固体ブレード（１２６）を更に含む、請求項４に記載の出口案内翼アセンブリ。
【請求項６】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
第１出口案内翼の第２面（５６）と第２出口案内翼の第１面（５４）の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とを含む、出口案内翼アセンブリ。
【請求項７】
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置され、複数のフィン（１０８）を有する表面冷却層（６２）とを含み、前記複数のフィン（１０８）は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成され、金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる、出口案内翼アセンブリ。
【請求項８】
熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体又はそれらの組み合わせからなる１つ以上の出口案内翼の第１面、第２面、又は両方の少なくとも一部分の上に表面冷却層を配置するステップを含む、出口案内翼アセンブリを形成する方法。
【請求項９】
エンジン（１０）であって、
コアエンジンと、
出口案内翼アセンブリとを含み、前記出口案内翼アセンブリは、
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、前記エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
第１出口案内翼の前記第２面（５６）と第２出口案内翼の前記第１面（５４）の間に配置され、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる表面冷却層（６２）とからなる、前記エンジン（１０）。
【請求項１０】
エンジン（１０）であって、
コアエンジンと、
出口案内翼アセンブリとを含み、前記出口案内翼アセンブリは、
各々が第１面（５４）及び第２面（５６）からなり、前記エンジン（１０）の内壁（２３）と外壁（４８）の間に配置される１つ以上の出口案内翼（２１）と、
前記１つ以上の出口案内翼（２１）の前記第１面（５４）、前記第２面（５６）、又は両方の少なくとも一部分の上に配置される表面冷却層（６２）とを含み、前記１つ以上の出口案内翼（２１）は、熱伝達を増加させると共に吸音を強化するように構成される金属発泡体、炭素発泡体、又はそれらの組み合わせからなる、前記エンジン（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２４２７５６（Ｐ２０１０−２４２７５６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６５３９（Ｐ２０１０−７６５３９）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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