冷却涡轮叶片的方法与流程

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1.本公开涉及一种燃气涡轮发动机。特别地，本公开涉及冷却燃气涡轮发动机中的叶片的方法。

背景技术：

2.燃气涡轮发动机通常包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机，可用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，转子组件可以被配置为风扇组件。
3.涡轮机可以包括具有多个涡轮转子叶片的涡轮。涡轮转子叶片可能在操作期间暴露于相对高的温度。为了将涡轮转子叶片保持在操作温度范围内，可能需要向限定在涡轮转子叶片内的一个或多个内腔提供冷却空气流。对这种过程的改进将在本领域中受到欢迎。
附图说明
4.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且有效的公开，包括其最佳模式，其中：
5.图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。
6.图2是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的一部分的横截面视图并且示出了用于涡轮叶片的冷却组件。
7.图3是根据本公开的示例性方面的涡轮叶片的一部分的简化孤立视图并且示出了通过叶片的冷却通道。
8.图4是根据本公开的示例性方面的涡轮叶片的根部的放大孤立视图并且示出了通过根部的冷却通道的对准。
9.图5是根据本公开的示例性方面的具有弯曲勺状物的排放孔的孤立视图。
10.图6是根据本公开的示例性方面的具有凹入开口的排放孔的孤立视图。
11.图7是根据本公开的示例性方面的冷却发动机的叶片的方法的流程图。
具体实施方式
12.现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
13.本文使用“示例性”一词来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
14.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
15.术语“前”和“后”指的是燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且指的是燃气
涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，并且后指的是更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
16.术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，并且“下游”指的是流体流向的方向。
17.术语“联接”、“固定”、“附接到”等指的是直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接，除非本文另有说明。
18.单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。
19.在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修改任何可以允许变化而不导致其相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％余量内。这些近似余量可应用于单个值、定义数值范围的任一端点或两个端点，和/或端点之间范围的余量。
20.在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被标识并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
21.术语“低”和“高”，或它们各自的比较程度(例如，较高或较低，在适用的情况下)，当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，各自指的是发动机内的相对速度，除非另有说明。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定了被配置为以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的转速(例如最大允许转速)操作的部件。
22.术语“涡轮机”或“涡轮机械”指的是包括一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器，它们一起产生扭矩输出。
23.术语“燃气涡轮发动机”指的是具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等。
24.术语“燃烧区段”指的是用于涡轮机的任何热添加系统。例如，术语燃烧区段可以指包括爆燃燃烧组件、旋转爆震燃烧组件、脉冲爆震燃烧组件或其他适当的热添加组件中的一个或多个的区段。在某些示例性实施例中，燃烧区段可以包括环形燃烧器、罐形燃烧器、管状燃烧器、驻涡燃烧器(tvc)，或其他合适的燃烧系统，或它们的组合。
25.本公开涉及用于燃气涡轮发动机中使用的转子叶片的冷却组件。在某些发动机设计中，供应到涡轮叶片的冷却空气流可以来自单个专用输送回路。这样的配置可以省略来自其他源的冷空气流，这些冷空气流最终作为吹扫流被倾倒或不以其他方式在发动机中执行有用的动力工作或热管理。
26.本公开的方面提出从前叶轮空间获取空气并将该空气与输送到例如后缘回路的新鲜冷却空气混合。例如，前叶轮空间腔空气被吸入涡轮转子叶片的柄部，并被送入涡轮叶片的后缘冷却回路，在此前叶轮空间腔空气与新鲜冷却空气混合。然后将该混合空气输送到后缘冷却回路。在使用来自前叶轮空间腔的过量空气来冷却后缘时，冷却所需的吹扫流的量可能会减少，从而潜在地导致发动机的燃料消耗率的改善。
27.现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1是根据本公开
的示例性实施例的推进系统10的示意性横截面视图。更具体地，对于图1的实施例，推进系统10包括燃气涡轮发动机，本文称为“涡轮风扇发动机12”。在一个示例中，涡轮风扇发动机12可以是高旁通涡轮风扇喷气发动机。如图1所示，涡轮风扇发动机12限定轴向方向a(平行于提供参考的纵向中心线14延伸)和径向方向r。通常，涡轮风扇发动机12包括风扇区段16和设置在风扇区段16下游的涡轮机18。
28.所描绘的示例性涡轮机18通常包括限定环形入口22的基本管状外壳体20。外壳体20以串联流动顺序/关系包围包括增压器或低压压缩机24(“lp压缩机24”)和高压压缩机26(“hp压缩机26”)的压缩机区段；燃烧区段28；包括高压涡轮30(“hp涡轮30”)和低压涡轮32(“lp涡轮32”)的涡轮区段；和燃烧区段28。高压轴或线轴34(“hp线轴34”)将hp涡轮30驱动地连接到hp压缩机26。低压轴或线轴36(“lp线轴36”)将lp涡轮32驱动地连接到低压压缩机24。
29.对于所描绘的实施例，风扇区段16包括可变节距风扇38，其具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40通常沿径向方向r从盘42向外延伸。借助于风扇叶片40被可操作地联接到合适的致动构件44，每个风扇叶片40可围绕俯仰轴线p相对于盘42旋转，该致动构件44被配置为共同地(例如一致地)改变风扇叶片40的节距。风扇叶片40、盘42和致动构件44可跨过动力齿轮箱46通过lp线轴36一起围绕纵向中心线14旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将lp线轴36的转速降低到更有效的风扇转速。
30.仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前轮毂48覆盖，该前轮毂48具有空气动力学轮廓以促进空气流通过多个风扇叶片40。另外，风扇区段16包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向围绕可变节距风扇38和/或涡轮机18的至少一部分。应当理解，在一些实施例中，机舱50被配置为通过多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于涡轮机18被支撑。此外，机舱50的下游区段54在涡轮机18的外部部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。
31.在涡扇发动机12的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇区段16的相关入口60进入涡轮风扇发动机12。当一定体积的空气58通过风扇叶片40时，由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，并且由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导向到lp压缩机24中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率为通常称为旁通比。空气的第二部分64的压力然后在其被导向通过高压(hp)压缩机26并进入燃烧区段28时被增加，在燃烧区段28中其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。随后，燃烧气体66被导向通过hp涡轮30和lp涡轮32，在hp涡轮30和lp涡轮32中来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分被提取。
32.燃烧气体66然后被导向通过涡轮机18的燃烧区段28以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62在从涡轮风扇发动机12的风扇喷嘴排气区段68排出之前被导向通过旁通气流通道56，空气的第一部分62的压力显著增加，也提供推进推力。
33.然而，应当理解，图1中描绘的涡轮风扇发动机12仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，本公开的方面可以附加地或替代地应用于任何其他合适的燃气涡轮发动机。例如，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机12可以替代地是任何其他合适的航空燃气涡轮发动机，例如涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。另外，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机12可以包括任何其他合适数量和/或配置的轴、线轴、压缩机、涡
轮等；可以被配置为直接驱动发动机(例如，不包括动力齿轮箱46)；可以是固定节距风扇；等等。
34.现在参考图2，图2是推进系统10的一部分的横截面视图并且示出了hp涡轮30和冷却组件。
35.hp涡轮30包括设置在hp涡轮30的上游端(上游方向，如图2中向左侧所示)处的入口导向轮叶70。在该示例性实施例中，入口导向轮叶70设置在燃烧区段28沿推进系统10的轴向方向a的下游。
36.推进系统10还包括导流器72。在示例性实施例中，涡轮风扇发动机12限定导流器72。导流器72是流动通道，其被配置为在周向方向(即，围绕轴向方向a延伸的方向)上引导通过其中的气流的转向。在某些示例性实施例中，导流器72可包括周向间隔开的轮叶的阵列。导流器72连接到主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)并且设置在主冷却回路的上游。导流器72与主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)流体连通。
37.推进系统10进一步限定前叶轮空间腔84。然而，应当理解，在其他示例性实施例中，前叶轮空间腔可以被称为前叶轮空间。前叶轮空间腔84沿轴向方向a位于或设置在转子叶片92的前方(例如，在图2中所示向左侧)并且被配置为接收第二空气流(例如，压缩空气流104)。
38.推进系统10附加地限定涡轮冷却腔86。涡轮冷却腔86是空间或腔室。涡轮冷却腔86与导流器72流体连通。在示例性实施例中，导流器72和涡轮冷却腔86可以限定(并称为)主冷却回路。在某些示例性实施例中，涡轮风扇发动机12包括主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)和涡轮转子88。主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)被配置为接收第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)。附加地，主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)被配置为围绕涡轮风扇发动机12的纵向中心线14旋转。
39.推进系统10进一步包括涡轮转子88。如将理解的，涡轮转子88至少部分地限定前叶轮空间腔84。涡轮转子88是旋转组件，其被配置为响应于穿过涡轮转子88的空气流产生用于推进系统10的扭矩。涡轮转子88包括盘90。盘90是被配置为围绕纵向中心线14旋转的轮毂。涡轮转子88还包括转子叶片92。转子叶片92是附接到盘90的翼型件。转子叶片92设置成与盘90一起围绕纵向中心线14旋转。
40.转子叶片92包括设置在转子叶片92的沿径向方向的向内部分处的柄部94，例如在所示实施例中沿径向方向r。柄部94由转子叶片92的沿径向方向r的向内部分限定。
41.转子叶片92还包括连接到柄部94并沿径向方向从柄部94向外设置的翼型部分95。在某些示例性实施例中，柄部94可联接到翼型部分95或与翼型部分95一体地形成。转子叶片92的翼型部分95限定前缘96和后缘98。前缘96限定转子叶片92的上游边缘(上游方向，如图2所示向左侧)。前缘96沿径向方向r从柄部94向外设置。后缘98限定转子叶片92的下游边缘(下游方向，如图2所示向右侧)。后缘98设置在转子叶片92的沿轴向方向a与前缘96相对的一端上。
42.转子叶片92进一步限定穿过柄部94的一部分的内部通道100。内部通道100被配置为沿轴向方向a输送流体流通过柄部94的一部分。
43.涡轮转子88限定沿盘90的轴向方向a在转子叶片92的柄部94和外部部分之间延伸的间隙102。间隙102流体地连接到涡轮冷却腔86和转子叶片92的冷却回路。
44.图2还示出了通过推进系统10的各个部分的一系列空气流。在某些示例性实施例中，压缩空气流104可包括来自例如压缩机排气腔(压缩机区段(例如，lp压缩机24和hp压缩机26)和燃烧区段28的燃烧器之间的腔)的压缩空气流。在操作期间，压缩空气流104穿过推进系统10的部分和hp涡轮30的部分。例如，压缩空气流104经过前叶轮空间腔84到达转子叶片92。随着压缩空气流104接近转子叶片92，压缩空气流104的一部分沿径向方向r继续直到前缘96。压缩空气流104的这种部分可以防止或最小化燃烧气体66流入涡轮转子88和入口导向轮叶70之间的推进系统10的工作气体流动路径的内部压缩空气流104的另一部分沿轴向方向a流动并进入柄部94的内部通道100以以类似方式吹扫后腔。
45.该系列空气流还包括冷却的冷却空气流106。在示例性实施例中，冷却的冷却空气流106是来自推进系统10的热交换器的空气流。更具体地，在至少某些示例性方面，推进系统10的热交换器可以包括冷却的冷却空气热交换器107。在示例性实施例中，涡轮风扇发动机12进一步包括冷却的冷却空气热交换器107，作为第一空气流(例如冷却的冷却空气流106)的来源。在推进系统10的操作期间，来自冷却的冷却空气热交换器107的冷却的冷却空气流106进入并通过导流器72到达涡轮冷却腔86。冷却的冷却空气流106从涡轮冷却腔86流向并流入间隙102。冷却的冷却空气流106从间隙102分成为尖端流108、前缘流110(“le流110”)和后缘流112(“te流112”)。
46.尖端流108是冷却的冷却空气流106的一部分，其被转移通过转子叶片92内部的内通道(为清楚起见从图2中省略)并被输送到转子叶片92的尖端97。在推进系统10的操作期间，le流110被引导至前缘96，以便冷却前缘96。
47.随着te流112沿径向方向r向外流过柄部94，来自内部通道100的压缩空气流104与te流112结合以形成混合流116。这样，来自前叶轮空间腔84的空气(例如，压缩空气流104)用作用于后缘98的冷却剂。例如，压缩空气流104可以处于用于冷却转子叶片92的合适温度，并且使用压缩空气流104来冷却后缘98减少了过量的吹扫流(例如，吹扫空气114)。
48.值得注意的是，虽然内部通道100被示出为提供压缩空气流104的一部分，以与te流112结合以向后缘98提供冷却，但在替代实施例中，柄部94可以限定流体地联接到前叶轮空间腔84的多个内部通道，这些内部通道100中的某些内部通道仅在涡轮转子88后方提供排放空气流腔，例如用于吹扫，而这些内部通道100中的其他内部通道仅向涡轮转子88的内部冷却回路提供压缩空气流104。
49.在此，使用与te流112混合的压缩空气流104(来自前叶轮空间腔84)以冷却后缘98的推进系统10的好处是抵消或部分抵消了te流112的使用。te流112使用的这种抵消或减少导致冷却的冷却空气流106的使用减少，并提高了推进系统10的燃料消耗率，因为从压缩机区段获取的用于冷却转子叶片92的净空气量已经减少。
50.现在参考图3，图3是根据本公开的示例性方面的转子叶片92的简化孤立视图。图3中提供的实施例与关于图2描述的基本相似地配置。因此，图3包括与上面关于图2描述的相同或相似的部件。
51.除了上面关于图2讨论的元件之外，转子叶片92附加地包括柄脚118。柄脚118是在横向于轴向方向a的方向上和垂直于轴向方向a和径向方向r两者的方向上延伸的实心材料的弯曲突出部。柄脚118从转子叶片92的中心向外凸出。柄部94限定柄脚118。在这个特定的示例性实施例中，从转子叶片92的横截面切割的角度示出了一个柄脚118。然而，如将理解
的，在其他示例性实施例中，转子叶片92可以包括沿着柄部94的各个部分的两个或更多个柄脚118。
52.在某些示例性实施例中，柄脚118可用于与盘90的相应形状的槽接合，以便将转子叶片92机械地附接到盘90。在某些示例性实施例中，柄脚118限定第二冷却回路(例如，内部通道100)的入口(例如，开口128a和128b)，该入口设置在柄部94的端面119处。
53.同样在图3中，转子叶片92被示出为包括具有尖端沟道120、前缘沟道122(“le沟道122”)和后缘沟道124(“te沟道124”)的冷却回路。在某些示例性实施例中，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124可以一起被称为第一冷却回路。尖端沟道120、le沟道122和te沟道124均是被配置为通过其单独地输送一种或多种流体的内部冷却回路。在该示例性实施例中，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124均与间隙102(参见例如图2)流体连通。以这种方式，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124中的每一个都与涡轮冷却腔86流体连通，以接收冷却的冷却空气流106的一部分。
54.在推进系统10的操作期间，尖端沟道120向转子叶片92的尖端97提供尖端流108，le沟道122向前缘96提供le流110，并且te沟道124向后缘98提供te流112。在某些示例性实施例中，涡轮转子88包括转子叶片92并且至少部分地限定前叶轮空间腔84、第一冷却回路(例如，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124)和第二冷却回路(例如，内部通道100)。第一冷却回路(例如，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124)在转子叶片92内部并且被配置为与主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)流体连通，用于当安装在涡轮风扇发动机12中时并且在涡轮风扇发动机12的操作期间从主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)接收第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)。第二冷却回路(例如，内部通道100)在转子叶片92内部并且被配置为与前叶轮空间腔84流体连通，用于当安装在涡轮风扇发动机12中时并且在涡轮风扇发动机12的操作期间从前叶轮空间腔84接收第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分。
55.在某些示例性实施例中，转子叶片92进一步限定用于将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)的装置。更具体地，在至少某些示例性方面，用于将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)的装置包括由喷射泵126(例如，喷射器)限定的喷嘴127。
56.在所描绘的示例性实施例中，推进系统10进一步包括用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路的装置，或者更具体地，对于所描绘的实施例，推进系统10进一步包括用于将排放空气流的一部分吸入内部通道100的装置。更具体地，对于所描述的实施例，用于将排放空气流的一部分吸入内部通道100的装置包括喷射泵126。喷射泵126是一种不带移动部件的泵，其被配置为输送第一高压流体以将第二低压流体吸入第一流体和第二流体的组合流中。在示例性实施例中，喷射泵126可以包括喷射器。在这样的示例性实施例中，用于将排放空气流的一部分吸入内部通道100的装置包括与后缘冷却回路125和第二冷却回路(例如，内部通道100)流体连通的喷射器。然而，如将理解的，在其他示例性实施例中，喷射泵126可以包括引射器、注射器或其他类型的喷射泵。喷射泵126与内部通道100和te沟道124流体连通。
57.转子叶片92包括后缘98并且进一步限定后缘冷却回路125，该后缘冷却回路125被配置为将空气输送到转子叶片92的后缘98。在某些示例性实施例中，第一冷却回路(例如，
尖端沟道120、le沟道122和te沟道124)包括后缘冷却回路125，该后缘冷却回路125被配置为将空气输送到转子叶片92的后缘98。
58.返回到喷射泵126，在至少某些示例性方面，用于将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)的装置包括喷射泵126(例如，喷射器)，该喷射泵126与后缘冷却回路125和第二冷却回路(例如，内部通道100)流体连通。
59.例如，随着te流112通过喷射泵126的收缩部分或喷嘴127，te流112被加速进入后缘冷却回路125(例如喷射泵126下游的te沟道124的一部分，其中下游方向定向在如图3所示的从喷射泵126向上的方向上)。结果，喷射泵126的喷嘴127处的静压响应于te流112加速进入后缘冷却回路125而降低。响应于喷射泵126的喷嘴127处降低的静压，压缩空气流104在喷射泵126处被吸入后缘回路(例如，吸入te沟道124)。以这种方式，随着压缩空气流104被吸入后缘冷却回路，压缩空气流104与te流112混合以形成混合流116。在所描绘的示例性实施例中，用于将排放空气流的一部分吸入内部通道100的装置包括由喷射泵126(例如，喷射器)限定的喷嘴127。
60.如图3所示，喷射泵126可以集成到转子叶片92的柄部94中，使得te流112(例如，新鲜冷却剂)离开喷射泵126的喷嘴127并将动量传递给压缩空气流104(例如，进入的前腔空气)，因此将更多的压缩空气流104吸入te沟道124。
61.现在参考图4，图4是根据本公开的示例性方面的柄部94的放大孤立视图。
62.柄部94限定内部通道100a和内部通道100b。在某些示例性实施例中，柄部94限定从转子叶片92的中心向外凸出的柄脚118a和118b。柄脚118a和118b限定第二冷却回路(例如，内部通道100)的入口(例如，开口128a和128b)，该入口设置在柄部94的端面119处。
63.在某些示例性实施例中，内部通道100a可以设置在柄脚118a的一部分中并且内部通道100b可以设置在另一个柄脚118b的一部分中。在这样的示例中，由于内部通道100a和内部通道100b分别定位在柄脚118a和柄脚118b中并且朝向柄部94的边缘，内部通道100a和内部通道100b与尖端沟道120和le沟道122(为清楚起见从图4中省略，其占据转子叶片92的中心)间隔开。以这种方式，压缩空气流104a和压缩空气流104b可以绕过并避开尖端沟道120和le沟道122，因为内部通道100a和内部通道100b在喷射泵126处(参见例如图3)将压缩空气流104a和压缩空气流104b输送到te沟道124。例如，内部通道100a和内部通道100b可以在喷射泵126处在te沟道124处会聚，从而使内部通道100a和内部通道100b在单个位置处(例如，在喷射泵126处)输送压缩空气流104a和压缩空气流104b到te沟道124。
64.开口128a和开口128b可以进一步由转子叶片92的柄部94限定。开口128a和开口128b是沿着柄部的端面119设置在转子叶片92的柄部94中并由转子叶片92的柄部94限定的孔或入口94。开口128a与内部通道100a流体连通并且开口128b与内部通道100b流体连通。
65.以这种方式，防止压缩空气流104a和压缩空气流104b与尖端流108和le流110连通或混合，从而保持各自空气流的热特性和压力特性。
66.然而，如将理解的，在其他实施例中，推进系统10可以进一步包括用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路，或更具体地吸入内部通道100的任何附加或替代装置。例如，在某些示例性实施例中，用于将第二空气流的一部分吸入内部通道100的装置可以包括入口气流特征。入口气流特征可以是进入内部通道的入口处的任何特征，其被配置为增加进入内部通道100的气流的量。
67.例如，现在参考图5，图5是内部通道100的孤立视图并且示出了入口气流特征的第一示例性实施例。对于所示的实施例，根据本公开的示例性方面，入口气流特征是在开口128处的弯曲勺状物。
68.如图5中所描绘的，旋转方向130表示转子叶片92的旋转方向(通过盘90围绕纵向中心线14的旋转，参见例如图1-4)。在推进系统10的操作期间，随着转子叶片92以某一速度旋转，压缩空气流104(例如，在前叶轮空间腔84内，参见例如图2)相对于转子叶片92移动穿过内部通道100的开口128。
69.在某些示例性实施例中，入口气流特征更具体地是位于内部通道100的开口128处的勺状物132。换句话说，转子叶片92包括位于第二冷却回路(例如，内部通道100)的入口(例如，开口128)处的勺状物132。更具体地，在至少某些示例性方面，勺状物132可以包括带罩的勺状物或诸如球面楔(例如，球面楔的二面角等于或小于π/2弧度，例如等于或小于π/4弧度，例如等于或小于π/8弧度，例如大于0弧度)或椭球体楔的曲面。在至少某些示例性方面，勺状物132向外突出并远离转子叶片92的柄部94的主体(参见例如图2-4)。
70.勺状物132成形为从柄部94突出并进入前叶轮空间腔84的一部分。由于勺状物132突出到前叶轮空间腔84的一部分中，随着转子叶片92相对于前叶轮空间腔84旋转，压缩空气流104以一定速度通过转子叶片92。随着压缩空气流104与勺状物132接触，勺状物132捕获压缩空气流104的一些动态头部(dynamic head)并将压缩空气流104的一部分重新引导到开口128中。随着压缩空气流104的一部分被勺状物132重新引导进入开口128，压缩空气流104的一部分被勺状物132吸入并通过内部通道100。
71.以这种方式，输送到后缘冷却回路125的压缩空气流104的有效压力增加，导致输送到te沟道124的压缩空气流104的量更大。由于更多的压缩空气流104被用于冷却后缘98，需要更少量的te流112，因此需要更少量的冷却的冷却空气流106来冷却后缘98。结果，冷却转子叶片92的总成本降低，从而提高了推进系统10的燃料消耗率。
72.现在参考图6，图6是内部通道100的孤立视图并且示出了入口气流特征的第二示例性实施例。对于所示的实施例，入口气流特征是在内部通道100的开口128处的凹入开口。
73.如图6所示，开口128限定勺状物132'。在某些示例性实施例中，勺状物132'限定凹入开口(例如，开口128)并且包括凹入到柄部94的一部分中的凹入勺状物或勺状物。勺状物132'结合了低阻力空气入口设计，其被配置为吸入压缩空气流104的一部分104'，对流过开口128的压缩空气流104的扰动程度低。
74.勺状物132'被配置为利用勺状物132'的凹入开口(例如，开口128)将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)。例如，在操作期间，随着转子叶片92沿旋转方向130移动，压缩空气流104移动穿过开口128。随着压缩空气流104穿过开口128，压缩空气流104的部分104'经由开口128处的勺状物132'被吸入内部通道100。结果，进入内部通道100的压缩空气流104的部分104'具有增加被后缘冷却回路125用来冷却转子叶片92的后缘98的混合流116的总压力的效果。
75.然而，如将理解的，在其他示例性实施例中，涡轮转子88或涡轮转子88的柄部94可以限定或包括任何其他合适的气流特征，作为用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路，或者更具体地吸入内部通道100的装置。例如，气流特征可以是任何其他几何形状的勺状物(例如，从柄部94突出)、凹陷(例如，延伸到柄部94中)或其组合。附加地，在某些示例性
实施例中，气流特征可以与用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路的其他装置结合使用，或者可以用作用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路，或者更具体地吸入内部通道100的唯一装置。
76.现在参考图7，提供了根据本公开的示例性方面的冷却发动机的叶片的方法200。该方法可以与上述示例性实施例中的一个或多个结合使用，或者可以与任何其他合适的结构一起使用。
77.方法200包括在202处在将第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)提供到主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)之前利用冷却的冷却空气热交换器107冷却第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)。方法200包括在204处在将第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)提供到主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)之前，使第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)在涡轮风扇发动机12的径向方向r上通过导流器72。方法200包括在206处通过与限定在叶片(例如，涡轮转子叶片92)内的第一冷却回路(例如，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124)流体连通的主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)提供第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)。方法200包括在208处将第二空气流(例如，压缩空气流104)提供到涡轮风扇发动机12的前叶轮空间腔84中，该前叶轮空间腔84位于叶片(例如，涡轮转子叶片92)的柄部94前方并且与限定在叶片(例如，涡轮转子叶片92)内的第二冷却回路(例如，内部通道100)流体连通。
78.方法200包括在210处将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)。在某些示例性实施例中，方法200的步骤210可以包括在步骤212处将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分至少部分地与第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)一起吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)。在某些示例性实施例中，方法200的步骤210还可以包括在步骤214处通过由叶片(例如，涡轮转子叶片92)限定的喷射器(例如，喷射泵126)提供第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)的一部分。
79.方法200包括在216处，利用喷射器(例如，喷射泵126)使流过喷射器(例如，喷射泵126)的第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)加速进入限定在叶片(例如，涡轮转子叶片92)内的后缘冷却回路125。方法200包括在218处响应于使第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)加速进入后缘冷却回路125而降低喷射器(例如，喷射泵126)的喷嘴127处的静压。方法200包括在220处响应于降低喷射器(例如，喷射泵126)的喷嘴127处的静压，将第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分吸入后缘冷却回路125。
80.方法200包括在222处利用主冷却回路(例如，导流器72和涡轮冷却腔86)将第一空气流(例如，冷却的冷却空气流106)的一部分输送到叶片(例如，涡轮转子叶片92)的前缘96、叶片(例如，涡轮转子叶片92)的尖端97、或两者。方法200包括在224处，利用第一冷却回路(例如，尖端沟道120、le沟道122和te沟道124)将吸入第二冷却回路(例如，内部通道100)的第二空气流(例如，压缩空气流104)的一部分输送到叶片(例如，涡轮转子叶片92)的后缘98。
81.该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的
字面语言没有实质性差异的等效结构元素，则它们旨在处于权利要求的范围内。
82.进一步的方面由以下条项的主题提供：
83.一种限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：主冷却回路，所述主冷却回路被配置为接收第一空气流；和涡轮转子，所述涡轮转子包括转子叶片，所述转子叶片至少部分地限定位于所述转子叶片前方的前叶轮空间，所述前叶轮空间被配置为接收第二空气流，所述转子叶片进一步限定：第一冷却回路，所述第一冷却回路在所述转子叶片内部并且与所述主冷却回路流体连通，用于从所述主冷却回路接收所述第一空气流；第二冷却回路，所述第二冷却回路在所述转子叶片内部并且与所述前叶轮空间流体连通，用于从所述前叶轮空间接收所述第二空气流的一部分；和用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置。
84.根据这些条项中的一项或多项的燃气涡轮发动机，其中，所述转子叶片包括后缘，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，所述后缘冷却回路被配置为将空气输送到所述转子叶片的所述后缘。
85.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，其中，用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置包括与所述后缘冷却回路、所述第一冷却回路和所述第二冷却回路流体连通的喷射器。
86.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置包括由所述喷射器限定的喷嘴。
87.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；和后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着所述轴向方向与所述前缘相对的一端，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，所述后缘冷却回路被配置为将空气输送到所述转子叶片的所述后缘。
88.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；和后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着所述轴向方向与所述前缘相对的一端，其中，所述柄部限定从所述转子叶片的中心向外凸出的柄脚，其中，所述柄脚限定所述第二冷却回路的入口，其中，所述入口设置在所述柄部的端面处。
89.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机限定导流器，其中，所述导流器连接到所述主冷却回路并且设置在所述主冷却回路的上游，其中，所述导流器与所述主冷却回路流体连通。
90.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括所述第一空气流的来源，其中，所述第一空气流的来源包括冷却的冷却空气热交换器。
91.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述主冷却回路被配置为围绕所述燃气涡轮发动机的纵向中心线旋转。
92.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着
所述轴向方向与所述前缘相对的一端，其中，用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置包括位于所述第二冷却回路的入口处的勺状物，其中，所述勺状物向外突出并且远离所述转子叶片的所述柄部。
93.根据这些条项中的一项或多项所述的燃气涡轮发动机，其中，用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置包括位于所述第二冷却回路的入口处的勺状物，其中，所述勺状物限定凹入开口，其中，所述勺状物被配置为利用所述勺状物的所述凹入开口将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路。
94.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮的转子叶片，所述燃气涡轮发动机限定被配置为接收第一空气流的主冷却回路并且限定被配置为接收第二空气流的前叶轮空间，所述转子叶片限定：第一冷却回路，所述第一冷却回路在所述转子叶片内部并且被配置为与所述主冷却回路流体连通，用于当安装在所述燃气涡轮发动机中并且在所述燃气涡轮发动机的操作期间从所述主冷却回路接收所述第一空气流；第二冷却回路，所述第二冷却回路在所述转子叶片内部并且被配置为与所述燃气涡轮发动机的前叶轮空间流体连通，用于当安装在所述燃气涡轮发动机中并且在所述燃气涡轮发动机的操作期间从所述前叶轮空间接收第二空气流的一部分；和用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置。
95.一种冷却发动机的叶片的方法，所述发动机限定轴向方向和径向方向，所述叶片包括柄部，所述方法包括：通过主冷却回路提供第一空气流，所述主冷却回路与限定在所述叶片内的第一冷却回路流体连通；将第二空气流提供到发动机的前叶轮空间中，所述前叶轮空间沿着所述轴向方向位于柄部的前方，所述前叶轮空间与限定在所述叶片内的第二冷却回路流体连通；和将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路。
96.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，其中，将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路包括将所述第二空气流的一部分至少部分地与所述第一空气流一起吸入所述第二冷却回路。
97.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，其中，所述叶片限定喷射器，其中，将所述第二空气流的一部分至少部分地与所述第一空气流一起吸入所述第二冷却回路包括通过所述喷射器提供所述第一空气流的一部分。
98.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，进一步包括：利用所述喷射器，使流经所述喷射器的第一空气流加速进入限定在所述叶片内的后缘冷却回路；响应于使所述第一空气流加速进入所述后缘冷却回路，降低所述喷射器的喷嘴处的静压；和响应于降低所述喷射器的所述喷嘴处的静压，将所述第二空气流的一部分吸入所述后缘冷却回路。
99.这些条项中的一个或多个条项的方法，进一步包括利用所述主冷却回路，将所述第一空气流的一部分输送到限定在所述叶片内的任何冷却回路。
100.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，进一步包括利用所述第一冷却回路，将吸入所述第二冷却回路的所述第二空气流的一部分输送到所述叶片的后缘。
101.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，进一步包括在通过所述主冷却回路提供所述第一空气流之前利用冷却的冷却空气热交换器冷却所述第一空气流。
102.根据这些条项中的一项或多项所述的方法，进一步包括在将所述第一空气流提供到所述主冷却回路之前使所述第一空气流通过导流器。

技术特征：

1.一种限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：主冷却回路，所述主冷却回路被配置为接收第一空气流；和涡轮转子，所述涡轮转子包括转子叶片，所述转子叶片至少部分地限定位于所述转子叶片前方的前叶轮空间，所述前叶轮空间被配置为接收第二空气流，所述转子叶片进一步限定：第一冷却回路，所述第一冷却回路在所述转子叶片内部并且与所述主冷却回路流体连通，用于从所述主冷却回路接收所述第一空气流；第二冷却回路，所述第二冷却回路在所述转子叶片内部并且与所述前叶轮空间流体连通，用于从所述前叶轮空间接收所述第二空气流的一部分；和用于将所述第二空气流的一部分吸入所述第二冷却回路的装置。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述转子叶片包括后缘，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，所述后缘冷却回路被配置为将空气输送到所述转子叶片的所述后缘。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，其中，用于将所述第二空气流的所述一部分吸入所述第二冷却回路的所述装置包括与所述后缘冷却回路、所述第一冷却回路和所述第二冷却回路流体连通的喷射器。4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，用于将所述第二空气流的所述一部分吸入所述第二冷却回路的所述装置包括由所述喷射器限定的喷嘴。5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；和后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着所述轴向方向与所述前缘相对的一端，其中，所述第一冷却回路包括后缘冷却回路，所述后缘冷却回路被配置为将空气输送到所述转子叶片的所述后缘。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；和后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着所述轴向方向与所述前缘相对的一端，其中，所述柄部限定从所述转子叶片的中心向外凸出的柄脚，其中，所述柄脚限定所述第二冷却回路的入口，其中，所述入口设置在所述柄部的端面处。7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述燃气涡轮发动机限定导流器，其中，所述导流器连接到所述主冷却回路并且设置在所述主冷却回路的上游，其中，所述导流器与所述主冷却回路流体连通。8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括所述第一空气流的来源，其中，所述第一空气流的所述来源包括冷却的冷却空气热交换器。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述主冷却回路被配置为围绕所述燃气涡轮发动机的纵向中心线旋转。10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述转子叶片进一步包括：柄部，所述柄部由所述转子叶片的沿着所述径向方向的向内部分限定；前缘，所述前缘沿着所述径向方向从所述柄部向外设置；后缘，所述后缘设置在所述转子叶片的沿着所述轴向方向与所述前缘相对的一端；并且其中，用于将所述第二空气流的所述一部分吸入所述第二冷却回路的所述装置包括位于所述第二冷却回路的入口处的勺状物，其中，所述勺状物向外突出并且远离所述转子叶片的所述柄部。

技术总结

一种燃气涡轮发动机，其限定轴向方向和径向方向，并且包括：主冷却回路，主冷却回路被配置为接收第一空气流；和涡轮转子，涡轮转子包括转子叶片，转子叶片至少部分地限定位于转子叶片前方的前叶轮空间，前叶轮空间被配置为接收第二空气流，转子叶片进一步限定：第一冷却回路，第一冷却回路在转子叶片内部并且与主冷却回路流体连通，用于从主冷却回路接收第一空气流；第二冷却回路，第二冷却回路在转子叶片内部并且与前叶轮空间流体连通，用于从前叶轮空间接收第二空气流的一部分；和用于将第二空气流的一部分吸入第二冷却回路的装置。气流的一部分吸入第二冷却回路的装置。气流的一部分吸入第二冷却回路的装置。