Beschreibung

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Triebwerksbauteils mit einer Kühlkanalanordnung sowie ein Triebwerksbauteil.

Aus der EP 3 101 231 A1 ist bereits ein Triebwerksbauteil, z.B. in Form einer Brennkammerschindel, bekannt, an dem eine Kühlkanalanordnung zur Kühlung einer Wandung des Triebwerksbauteils über einen Kühlungsfilm vorgesehen ist. Die Kühlkanalanordnung umfasst hierbei mehrere, jeweils eine Einströmöffnung aufweisende Kühlkanäle, die in zugehörige Ausnehmungen an der zu kühlenden Wandung münden. Eine in der EP 3 101 231 A1 vorgeschlagene Ausnehmung ist hierbei taschenartig ausgebildet und weist eine zusätzliche Aufprallwandung, beispielsweise in Form eines Segments eines Drehellipsoids oder eines Löffelrückens, auf, um die Ausbildung eines homogenen Kühlfilms auf der Oberfläche der Wandung zu unterstützen.

Es hat sich gezeigt, dass für die Ausbildung eines möglichst homogenen Kühlfilms durch über die Kühlkanalanordnung geführtes Kühlfluid auch entscheidend sein kann, wie die Einströmöffnungen für die einzelnen Kühlkanäle an einer Anströmfläche angeordnet sind und insbesondere in welchem Verhältnis ein mittlerer Durchmesser einer jeweiligen Einströmöffnung in zu einer maximalen Breite der an der Wandung (gemessen quer zur Strömungsrichtung) ausgebildeten Ausnehmung steht. Hierbei ist es in der Praxis häufig mit nicht unerheblichem Aufwand verbunden, eine passende Kühlkanalanordnung und ein hierzu passendes Muster für die Anordnung der Einströmöffnungen in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Massenstrom an Kühlfluid (in Abhängigkeit von einer im Betrieb des Triebwerks nicht zu überschreitenden Materialtemperatur) zu ermitteln und zu fertigen.

Es besteht mithin Bedarf für eine in dieser Hinsicht verbesserte Herstellung eines Triebwerksbauteils mit einer Kühlkanalanordnung sowie an einem einfacher herzustellenden T riebwerksbauteil.

Diese Aufgabe ist sowohl mit einem Verfahren des Anspruchs 1 als auch mit einem Triebwerksbauteil des Anspruchs 16 gelöst.

Ein vorgeschlagenes Verfahren sieht hierbei die Bestimmung eines Musters für die Anordnung der Einströmöffnung in der Kühlkanalanordnung mit folgenden Schritten vor:

- Vorgabe eines Mindestabstands zwischen den benachbarten Einströmöffnungen,

- Bestimmen, auf Basis eines vorgegebenen Massenstroms für das Kühlfluid durch die Kühlkanäle und auf Basis einer Erstreckungslänge der Anströmfläche entlang einer ersten Erstreckungsrichtung der Anströmfläche, einer Anzahl n Kühlkanäle und eines mittleren Durchmessers für die Einströmöffnungen,

- Definition eines gleichschenkligen Dreiecks, an dessen Eckpunkten jeweils ein Mittelpunkt eines von drei Einströmöffnungen mit dem mittleren Durchmesser vorgesehen werden, wobei bei dem gleichschenkligen Dreieck die Länge einer sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung erstreckenden Basis des gleichschenkligen Dreiecks dem vorgegebenen Mindestabstand entspricht,

- Bestimmen einer maximalen Breite einer jeweils einem Kühlkanal zugeordneten Ausnehmung auf Basis des mittleren Durchmessers und

- Aufbau des Musters in wenigstens einem hinsichtlich seiner Maße vorgegebenen Teilbereich der Anströmfläche über eine Vielzahl von identischen gleichschenkligen Dreiecken,

o von denen eine Reihe entlang der ersten Erstreckungsrichtung hintereinanderliegender Dreiecke n Eckpunkte (entsprechend der Anzahl der Kühlkanäle) definiert,

o von denen zwei benachbarte Dreiecke jeweils wenigstens einen Eckpunkt gemeinsam haben und

o an deren Eckpunkten jeweils eine Einströmöffnung mit dem mittleren Durchmesser vorgesehen ist, die jeweils zu einem in eine zugeordnete Ausnehmung mit der maximalen Breite mündenden Kühlkanal führt. Grundgedanke der vorgeschlagenen Lösung ist somit über definierte geometrische Beziehungen und wenige maßgebliche Eingangsparameter (in Form des Mindestabstands, des vorgegebenen Massenstroms und der Erstreckungslänge der Anströmfläche), und der damit verbundenen Parametrisierung, schnell und reproduzierbar ein für den gewünschten Kühlmassenstrom passendes Muster für die Einströmöffnungen vorzugeben, über die mithilfe der sich jeweils in Strömungsrichtung des Kühlfluids anschließende Kühlkanäle und Ausnehmungen ein homogener Kühlfilm mit ausreichender Kühlung an der Wandung erzeugbar ist.

Über die Vorgabe der vorgeschlagenen geometrischen Beziehungen und eines vergleichsweise kleinen Satzes an maßgeblichen Eingangsparameter, die voneinander abhängen, lässt sich die Mustererstellung vergleichsweise einfach automatisieren und für unterschiedliche Bereiche eines Triebwerksbauteils, die einen unterschiedlichen Kühlbedarf haben, problemlos anpassen. Indem vorgesehen ist, das Muster in wenigstens einem hinsichtlich seiner Maße vorgegebenen Teilbereich der Anströmfläche über eine Vielzahl von identischen gleichschenkligen Dreiecken aufzubauen, die durch einen Mindestabstand (der sich hierbei auf den Abstand der Mittelpunkte zweier benachbarter Einströmöffnung bezieht) und einen mit dem Mindestabstand korrelierenden mittleren Durchmesser der Einströmöffnungen vorgegeben sind, ist letztlich nur die Vorgabe weniger, zum Beispiel festigkeitsbedingter und/oder fertigungsbedingte und von einer gewünschten Material-Zieltemperatur abhängiger Parameter notwendig, um zu einem Muster für die Anordnung der Einströmöffnungen an einer Anströmfläche zu gelangen, über die ein gewünschter Kühlfluidmassenstrom für den zu erzeugenden Kühlfilm realisiert werden kann.

So kann beispielsweise der vorzugebende Mindestabstand von den Festigkeitseigenschaften des für die Fierstellung des Triebwerkbauteils verwendeten Materials (zum Beispiel einer Ni- oder Co-Basislegierung wie C263, H286 oder H230) vorgegeben werden. Hieraus kann sich dann auch der mittlere Durchmesser einer Einströmöffnung ergeben, um bei dem vorgesehenen Mindestabstand und angesichts des gewünschten (flächenbezogenen) Kühlmassenstroms bei einer Anzahl n äquidistant zueinander entlang der ersten Erstreckungsrichtung vorzusehender Einströmöffnungen - über die maximal bis zu dem Mindestabstand einander angenäherten Einströmöffnungen - eine ausreichende Menge an Kühlfluid den dahinterliegenden Kühlkanälen zuführen zu können. Im Zuge einer Ausführungsvariante des vorgeschlagenen Verfahrens kann eine Höhe des gleichschenkligen Dreiecks und damit ein Abstand einer Spitze des gleichschenkligen Dreiecks zu der Basis von dem vorgegebenen Mindestabstand abhängen, insbesondere kann für eine Höhe h in Abhängigkeit von einem Mindestabstand k gelten 0,1 k < h < 4k. Dies schließt insbesondere ein, dass eine Höhe des gleichschenkligen Dreiecks und damit ein Abstand einer Spitze des gleichschenkligen Dreiecks zu der Basis dem vorgegebenen Mindestabstand entsprechen kann. Dementsprechend sind dann beispielsweise Einströmöffnungen einer (ersten) sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung erstreckenden Reihe zu einer entlang der zweiten Erstreckungsrichtung liegenden weiteren (zweiten) Reihe von Einströmöffnungen um den Mindestabstand zueinander beabstandet. Über die Vorgabe des Musters mithilfe gleichschenkliger Dreiecke liegt dabei dann eine Einströmöffnung der weiteren (zweiten) Reihe zu einer Einströmöffnung der anderen (ersten) Reihe gerade um die Hälfte des Mindestabstands versetzt vor. Entspricht beispielsweise die erste Erstreckungsrichtung einer Umfangsrichtung der Anströmfläche und entspricht die hierzu senkrechte zweiten Erstreckungsrichtung einer axialen Richtung (die dann beispielsweise im montierten Zustand des Triebwerksbauteils innerhalb des Triebwerks parallel zu einer Mittelachse verläuft), wäre beispielsweise ein axialer Abstand einzelner Reihen von Einströmöffnungen identisch zu den Abständen der Einströmöffnungen einer Reihe untereinander und die Einströmöffnungen zweier benachbarter Reihen wären folglich um die Hälfte des Mindestabstands zueinander versetzt.

Gleichwohl dies für den vorgeschlagenen Aufbau des Musters für die Einströmöffnungen der Kühlkanalanordnung aus mehreren gleichschenkligen (virtuellen) Dreiecken nicht zwingend ist, kann in einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Basen der Dreiecke zueinander parallel verlaufen. Hierdurch wird eine regelmäßige Anordnung von zueinander paralleler Reihen von Einströmöffnungen an der Anströmfläche erreicht. Dies kann insbesondere mit Blick auf die Fertigung und die Homogenisierung des zu erzeugenden Kühlfilms von Vorteil sein.

Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass sich das Muster für den wenigstens einen Teilbereich der Anströmfläche auf Basis der gemeinsame Eckpunkte aufweisenden Dreiecke entlang der ersten Erstreckungsrichtung und einer hierzu senkrecht verlaufenden zweiten Erstreckungsrichtung erstreckt. Über das mit den gleichschenkligen Dreiecken aufgebaute Muster wird somit eine flächige Anordnung der Einströmöffnungen vorgesehen. Grundsätzlich können der Mindestabstand und der mittlere Durchmesser als zueinander proportional vorgegeben sein. Der Mindestabstand und der mittlere Durchmesser der Einströmöffnungen für einen Teilbereich der Anströmfläche stehen somit in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander. Dementsprechend reicht dann beispielsweise die Vorgabe eines der beiden Eingangsparameter in Form des Mindestabstands und des mittleren Durchmessers, um - in Abhängigkeit von dem zu erzielenden Massenstrom an Kühlfluid - den anderen Eingangsparameter zu ermitteln. Beispielsweise ist für ein Verhältnis des Mindestabstands und des mittleren Durchmessers zueinander ein Wertebereich für zulässige Proportionalitätsfaktoren vorgegeben.

Auf Basis des vorgeschlagenen Verfahrens kann auch vorgesehen sein, das Muster unter Erhaltung des Aufbaus aus gleichschenkligen Dreiecken an unterschiedlich große Massenströme an Kühlfluid anzupassen. Variieren für verschiedene Bereiche der zu kühlenden Wandung die vorzusehenden/notwendigen Massenströme an Kühlfluid könne in unterschiedlichen Teilbereichen der Anströmfläche hieran jeweils angepasste, zueinander verschiedene Teilmuster oder Musterabschnitte vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise vorgesehen, dass in wenigstens einem anderen Teilbereich der Anströmfläche das Muster für die Einströmöffnungen auf Basis der gemeinsame Eckpunkte aufweisenden Dreiecke fortgeführt wird, hierbei aber dann der mittlere Durchmesser für die Einströmöffnungen des anderen Teilbereich verändert wird. Die vorgeschlagene Weiterbildung sieht somit vor, dass, unter Fortführung des grundsätzlichen Aufbaus über definierte gleichschenklige Dreiecke, für einen anderen Teilbereich der Anströmfläche (der mit einem Bereich der zu kühlenden Wandung korrespondiert, in dem beispielsweise ein größerer oder kleinerer Kühlfluidbedarf besteht), ein mittlerer Durchmesser der Einströmöffnungen angepasst wird.

Alternativ oder ergänzend kann das Muster für die Einströmöffnungen einem anderen Teilbereich auf Basis der gemeinsame Eckpunkte aufweisenden Dreiecke fortgeführt werden, hierbei dann aber der Mindestabstand verändert werden. Dies schließt beispielsweise ein, dass der Mindestabstand vergrößert wird, um einer in dem anderen Teilbereich veränderten Geometrie oder Materialbeschaffenheit des Triebwerksbauteils Rechnung zu tragen. So wird dann beispielsweise für den anderen Teilbereich das Muster - unter Beibehaltung des grundsätzlichen Aufbaus - mit einer veränderten Verteilung der Einströmöffnungen ausgebildet. Hierdurch folgt die Mustergestaltung klar vorgegebenen Regeln und lässt sich damit auch vergleichsweise einfach automatisiert durchführen. Beispielsweise werden in einer Ausführungsvariante für den wenigstens einen anderen Teilbereich der Anströmfläche entlang der zweiten Erstreckungsrichtung die Anzahl der Einströmöffnungen reduziert, indem der Mindestabstand oder lediglich die Höhe der gleichschenkligen Dreiecke vergrößert wird. In diesem Zusammenhang kann es sich für den Musteraufbau an der Anströmfläche in einer Verfahrensvariante anbieten, an einem ersten Teilbereiche der Anströmfläche eine Anordnung der Einströmöffnungen derart vorzusehen, dass die entlang der ersten Erstreckungsrichtung nebeneinanderliegenden Einströmöffnungen gerade um den Mindestabstand zueinander beabstandet sind, und in weiteren Teilbereichen der Anströmfläche, an denen ebenso Einströmöffnungen vorzusehen sind, der Mindestabstand beibehalten oder allenfalls vergrößert wird, unabhängig davon, ob ein mittlerer Durchmesser der Einströmöffnungen gegebenenfalls ebenfalls verändert, und damit vergrößert oder verkleinert wird. Hierdurch ist der Designaufwand erheblich reduziert, da letztlich lediglich ausgehend von dem einen (ersten) Teilbereich der Anströmfläche unter Beibehaltung des gleichen Grundmodells die weiteren Einströmöffnungen vorgegeben werden können.

In einer Ausführungsvariante hat es sich insbesondere im Zusammenhang mit dem Vorsehen einer Kühlkanalanordnung an einer Brennkammerschindel für eine Brennkammer eines Triebwerks als vorteilhaft herausgestellt, wenn der mittlere Durchmesser für die Einströmöffnungen im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm liegt.

Wie bereits erläutert, kann der Mindestabstand grundsätzlich von dem mittleren Durchmesser abhängig sein. In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise vorgesehen, dass bei einem mittleren Durchmesser a für einen Mindestabstand k

2a < k < 8a

gilt.

Alternativ oder ergänzend können für den Mindestabstand mögliche Proportionalitätsfaktoren im Verhältnis zu dem mittleren Durchmesser vorgegeben sein. Beispielsweise gilt dann bei einem mittleren Durchmesser a für den Mindestabstand k:

k = i ^* a, mit i = {2, 3,4, 5,6, 7,8}.

Alternativ oder ergänzend kann für eine maximale Breite der Ausnehmung, die sich an einen Kühlkanal anschließt, eine unmittelbare Abhängigkeit von den mittleren Durchmesser insoweit vorgesehen sein, dass bei einem mittleren Durchmesser a für eine maximale Breite s gilt

a < s < 8a. in einer Ausführungsvariante ist alternativ oder ergänzend auch die Breite proportional zu dem mittleren Durchmesser. Beispielsweise gilt bei einem mittleren Durchmesser a in einer Ausführungsvariante für eine maximale Breite s der Ausnehmung:

s = j ^* a, mit j = {1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}.

Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Bestimmung des Musters computergestützt erfolgen. Hierbei können dann beispielsweise der Mindestabstand für die Definition des (ersten) Dreiecks ein erster Eingangsparameter, der Massenstrom für das Kühlfluid ein zweiter Eingangsparameter und die Erstreckungslänge der Anströmfläche ein dritter Eingangsparameter für einen Berechnungsalgorithmus sein, der durch wenigstens einen Prozessor ausgeführt wird und der das Muster für die Einströmöffnungen an der Anströmfläche auf Basis der ersten, zweiten und dritten Eingangsparameter und den hieraus definierten gleichschenkligen Dreiecken aufbaut.

Das mithilfe des Berechnungsalgorithmus berechnete Muster für die Anordnung der Einströmöffnungen kann hierbei dann z.B. einer Fertigungsanlage für die Herstellung des Triebwerksbauteils zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise wird ein entsprechender Datensatz, der das herzustellende Muster wiedergibt, der Fertigungsanlage in elektronischer Form zur Verfügung gestellt. Die Fertigungsanlage kann dann beispielsweise auf Basis des mithilfe des Berechnungsalgorithmus aufgebauten Musters das Triebwerksbauteil mit den Einströmöffnung sowie den jeweils zugehörigen Kühlkanälen und Ausnehmungen additiv hersteilen oder in dem Triebwerksbauteil auf Basis des mithilfe des Berechnungsalgorithmus aufgebauten Musters Bohrungen zur Herstellung der Einströmöffnungen an dem Triebwerksbauteil erstellen.

Insbesondere die vorstehend genannten ersten, zweiten und dritten Eingangsparameter in Form des Mindestabstands, des Kühlfluidmassenstroms und der Erstreckungslänge der Anströmfläche können alle, allein oder in Gruppen nutzerseitig oder automatisiert vorgegeben sein, zum Beispiel über die Abmessungen der Anströmfläche und/oder die Abmessungen der zu kühlenden Wandung sowie über einem Betriebstemperaturbereich, insbesondere einem Material-Zieltemperaturbereich, und/oder des Materials des Triebwerksbauteils. Weitere Eingangsparameter können festigkeits- und/oder fertigungsspezifisch (und im letzteren Fall damit abhängig von der Fertigungsmethode, zum Beispiel additiv oder spanabhebend) sein und damit insbesondere von einem Fertigungsverfahren zur Herstellung der Einströmöffnungen und der Kühlkanäle abhängen. Insbesondere können die Eingangsparameter von einem von mehreren Fertigungsverfahren abhängen, zu denen gegebenenfalls in einem Speicher des zur Bestimmung des Musters genutzten Computersystems Referenzdaten hinterlegt sind. So variiert beispielsweise der Mindestabstand k oder zumindest der Bereich der hierfür seitens des Berechnungsalgorithmus zugelassenen Werte in Abhängigkeit davon, ob das Triebwerksbauteil additiv hergestellt werden soll oder nicht.

Die vorgeschlagene Lösung sieht ferner ein Triebwerksbauteil mit einer Kühlkanalanordnung vor, bei dem zumindest ein Teilbereich eine Anströmfläche mit mehreren Einströmöffnungen für mehrere Kühlkanäle der Kühlkanalanordnung ein Muster aufweist, bei dem

- die Einströmöffnungen mit einem jeweiligen Mittelpunkt an Eckpunkten identischer virtueller gleichschenkliger Dreiecke vorgesehen sind, die jeweils mindestens einen Eckpunkt gemeinsam haben und bei denen die Länge der Basen der Dreiecke jeweils einem Mindestabstand k entsprechen,

- jede Einströmöffnung einen identischen mittleren Durchmesser a aufweist,

- eine einem Kühlkanal zugeordnete Ausnehmung jeweils eine maximale Breite s aufweist und folgendes gilt:

1. a = {0,2 mm; 2 mm};

2. 2a < k < 8a; und

3. a < s < 8a.

In einer Ausführungsvariante liegt ein der Basis eines Dreiecks jeweils gegenüberliegender Basiswinkel im Bereich von 50° bis 100° und die beiden identischen Schenkelwinkel liegen im Bereich von 35° bis 70°. Die Summe aus Basiswinkel und den beiden identischen Schenkelwinkeln entspricht dabei stets 180°.

Die vorgeschlagene Lösung kann grundsätzlich bei unterschiedlichen Triebwerksbauteilen zum Einsatz kommen, z.B. insbesondere bei einem Triebwerksbauteil als Teil einer oder in Form einer Turbinenschaufel.

In einer Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Triebwerksbauteil um eine Brennkammerschindel für eine Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, bei der über die innenseitig vorgesehenen Ausnehmungen ein kühlender Kühlfilm an einer dem Brennraum der Brennkammer zugewandten Innenseite der Brennkammerschindel erzeugt werden soll. Insbesondere kann die zu kühlende Wandung eine Wärmedämmschicht aufweisen. Die Ausnehmungen der Kühlkanäle können somit insbesondere in einer entsprechenden Wärmedämmschicht vorgesehen sein. Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.

Hierbei zeigen:

Figur 1 ausschnittsweise und in Vorderansicht eine Anströmfläche eines vorgeschlagenen Triebwerksbauteils, an dem gemäß einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Verfahrens Einströmöffnungen in einem vorgegebenen Muster mit unterschiedlichen, sich hinsichtlich eines Bedarfs an Kühlfluid unterscheidenden Bereichen angeordnet sind;

Figur 2 in Draufsicht ein einzelner Kühlkanal mit einer Einströmöffnung und zugehöriger Ausnehmung, in die der Kühlkanal mündet;

Figur 3 eine Schnittdarstellung des Kühlkanals mit der Ausnehmung entsprechend der Figur 2;

Figur 4 in Einzelansicht ein Dreieck, aus dem das Muster der Figur 1 aufgebaut ist und das an seinen drei Eckpunkten Einströmöffnungen aufweist;

Figuren 5A-5C unterschiedliche Varianten für die Ausprägung des Musters der Figur

3 und der sich an die Kühlkanäle anschließenden Ausnehmungen;

Figur 6 ein Flussdiagramm zum Ablauf einer Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Verfahrens;

Figur 7 in der Schnittansicht ein Triebwerk, in dem ein Triebwerksbauteil der

Figur 1 zum Einsatz kommt;

Figur 8 ausschnittsweise und in vergrößertem Maßstab eine Brennkammer des Triebwerks der Figur 7, an der einen Triebwerksbauteil entsprechend der Figur 1 zum Einsatz kommen kann; Figur 9 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Triebwerksbauteil mit einem in eine taschenartige Ausnehmung mündenden Kühlkanal.

Die Figur 7 veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse M hintereinander angeordnet sind und das Triebwerk T als Turbofan- Triebwerk ausgebildet ist. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung mittels eines Fans F angesaugt. Dieser in einem Fangehäuse FC angeordnete Fan F wird über eine Rotorwelle S angetrieben, die von einer Turbine TT des Triebwerks T in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 1 1 1 und einen Flochdruckverdichter 1 12 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits in einem Primärluftstrom F1 dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits, zur Erzeugung des Schubs, in einem Sekundärluftstrom F2 einem Sekundärstromkanal oder Bypasskanal B. Der Bypasskanal B verläuft hierbei um ein den Verdichter V und die Turbine TT umfassendes Kerntriebwerk, das einen Primärstromkanal für die durch den Fan F dem Kerntriebwerk zugeführte Luft umfasst.

Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in einen Brennkammerabschnitt BKA des Kerntriebwerks, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 1 13, eine Mitteldruckturbine 1 14 und einen Niederdruckturbine 1 15 auf. Die Turbine TT treibt dabei über die bei der Verbrennung frei werdende Energie die Rotorwelle S und damit den Fan F an, um über die die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch die Abgase aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Austrittskonus C auf.

Grundsätzlich kann der Fan F auch über die Rotorwelle S und ein zusätzliches epizyklisches Planetengetriebe mit der Niederdruckturbine 1 15 gekoppelt und von dieser angetrieben werden. Ferner können auch andere, abweichend ausgestalte Gasturbinentriebwerke vorgesehen sein, bei denen die vorgeschlagene Lösung Anwendung finden kann. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Rotorwellen aufweisen. Als ein Beispiel kann das Triebwerk eine Teilungsstromdüse aufweisen, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal B seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse separat ist und radial außen liegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal B und der Strom durch den Kern vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die vorgeschlagene Lösung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.

Figur 8 zeigt einen Längsschnitt durch den Brennkammerabschnitt BKA des Triebwerks T. Flieraus ist insbesondere in eine (Ring-) Brennkammer BK des Triebwerks T ersichtlich. Zur Einspritzung von Kraftstoff respektive eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einen Brennraum BR der Brennkammer BK ist eine Düsenbaugruppe vorgesehen. Diese umfasst einen Brennkammerring, an dem entlang einer Kreislinie um die Mittelachse M mehrere Treibstoffdüsen D angeordnet sind. Hierbei sind an dem Brennkammerring die Düsenaustrittsöffnungen der jeweiligen Treibstoffdüsen D vorgesehen, die innerhalb der Brennkammer BK liegen. Jede Treibstoffdüse D umfasst dabei einen Flansch, über den eine Treibstoffdüse D an ein Außengehäuse G des Brennkammerabschnitts BKA geschraubt ist. Über einen Arm AM und einen Flansch FL ist auch eine äußere Brennkammerwand der Brennkammer BK mit diesem Außengehäuse 22 verbunden.

Brennkammerwände der Brennkammer BK sind je nach Konstruktion gegenüber dem Brennraum BR gegebenenfalls mit Schindelbauteilen in Form von Brennkammerschindeln abgeschirmt. Diese Brennkammerschindeln können zum Beispiel durch Befestigungselemente in Form von Bolzen und Muttern mit inneren und äußeren Brennkammerwänden der Brennkammer BK verbunden sein. Die Brennkammerwände weisen üblicherweise Kühllöcher und Zufuhröffnungen in Form von Mischluftlöchern auf, um Luft als kühlendes Kühlfluid an die Brennkammerwände und die Brennkammerschindeln führen zu können. An den Brennkammerschindeln können wiederum Effusionskühllöcher und/oder Kühlkanäle vorgesehen sein, um an einer dem Brennraum BR zugewandten Wandung der jeweiligen Brennkammerschindel einen Kühlfilm zu erzeugen. Die Figur 9 zeigt eine aus dem Stand der Technik der EP 3 101 231 A1 bekannte Lösung für die Ausgestaltung einer Brennkammerschindel 1 mit einer Kühlkanalanordnung. Die Figur 9 zeigt hierbei ausschnittsweise die Brennkammerschindel 1 mit einer Wandung 1 1 , die im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Brennkammerschindel dem Brennraum BR zugewandt ist. An der Wandung 1 1 sind mehrere Ausnehmungen 3 vorgesehen, über die ein kühlendes Fluid, hier in Form von Kühlluft, an die Wandung 1 1 herangeführt wird, um einen möglichst homogenen Kühlfilm an der Wandung 1 1 zu erzeugen. In der Figur 9 ist exemplarisch lediglich eine taschenartige Ausnehmung 3 dargestellt. Diese taschenartige Ausnehmung 3 führt Kühlfluid ausgehend von einer Ausströmöffnung 21 an einer Stirnseite 31 der Ausnehmung 31 in Richtung eines Übergangs 32 der Ausnehmung 3 und an die Oberfläche der Wandung 1 1 heran. Sich an die Stirnseite 31 jeweils anschließende, einander gegenüberliegende Seitenwände 33a und 33b sind dabei in einem Winkel zu einer Mittelachse der Ausnehmung 3 angeordnet, sodass sich die Ausnehmung 3 ausgehend von der Stirnseite 31 diffusorartig erweitert. In etwa mittig ist bei der in der Figur 9 darstellten Aufnahme 3 ein Aufprallelement 34 vorgesehen, dass exemplarisch als Segment eines Drehellipsoids oder Löffelrückens ausgestaltet ist.

Die an der Stirnseite 31 der Ausnehmung 3 vorgesehene Ausströmöffnung 21 ist Teil eines innerhalb der Brennkammerschindel 1 ausgebildeten Kühlkanals 2. In diesen Kühlkanal 2 strömt über eine Einströmöffnung 20 an einer Anströmfläche 10 der Brennkammerschindel 1 das Kühlfluid ein. Über den Kühlkanal 2 wird das Kühlfluid in die Ausnehmung 3 geführt und über die Ausnehmung dann an der Oberfläche der Wandung 1 1 entlang geleitet.

Die Figuren 1 bis 5C veranschaulichen wie für eine Kühlanordnung 200 mit mehreren Kühlkanälen 2 zugehörige Einströmöffnungen 20a-20b oder 20.1 -20.5 einem spezifischen Muster folgend an der Anströmfläche 10 angeordnet werden können, sodass das Muster den spezifischen Anforderungen an den notwendigen Kühlmassenstrombedarf genügt, dabei aber gleichzeitig auch eine automatisierte Vorgabe der Positionen der Einströmöffnungen an der Anströmfläche 10 erleichtert.

Die Figur 1 zeigt dabei in Vorderansicht die Anströmfläche 10 mit einer Erstreckungslänge L entlang einer ersten Erstreckungsrichtung x. Senkrecht zu der ersten Erstreckungsrichtung x erstreckt sich die Anströmfläche 10 entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung y. Ausgangspunkt für die Erstellung eines mehrere Musterabschnitte M1 -M5 aufweisenden Musters für die Anordnung einer Vielzahl von Einströmöffnungen 20a bis 20c wie ist die Vorgabe eines Mindestabstands k zwischen zwei entlang der ersten Erstreckungsrichtung x benachbarten Einströmöffnungen 20a und 20b, der sich insbesondere aus einer möglichen minimalen Wandstärke ergibt, die beispielsweise das Material für die Brennkammerschindel 1 noch zulässt. Bei dem Material handelt sich beispielsweise um eine Ni- oder Co-Basislegierung (zum Beispiel C263, H286 oder H230).

Weiterhin wird nun ein maximal zulässiger mittlerer Durchmessers a für die Einströmöffnungen 20a oder 20b angenommen, um zu ermitteln, wie viele Einströmöffnungen 20a, 20b mit diesem mittleren Durchmesser a benötigt werden, um - unter Einhaltung des vorgegebenen Mindestabstands k - einen vorgegebenen Massenstrom an Kühlfluid über einen Teillänge der Gesamtlänge L vorzusehende Kühlkanäle 2 sicherzustellen. Die Anzahl gleichverteilter Einströmöffnungen 20a, 20b entlang der Erstreckungsrichtung x, die beispielsweise mit einer Umfangsrichtung zusammenfällt, ergibt sich dabei exemplarisch aus dem ganzzahligen Anteil des Quotienten aus der Teillänge der Erstreckungslänge L und dem Mindestabstand k bei maximalem Durchmesser a.

In Abhängigkeit von dem notwendigen respektive vorgegebenen Massenstrom an Kühlfluid, der über die Einströmöffnungen 20a, 20b an die zugeordneten Ausnehmungen 3 zu fördern ist, kann dann der tatsächlich vorzusehende mittlere Durchmesser a dann auch kleiner ausfallen. Entscheidend ist zunächst, dass bestimmt wird, wie viele Einströmöffnungen 20a, 20b entlang der Erstreckungsrichtung x auf der vorgegebenen Teillänge über den Mindestabstand k zur zueinander beabstandet vorgesehen werden müssen, um den gewünschten Massestrom an Kühlfluid abbilden zu können, wobei der Mindestabstand k dem Abstand der Mittelpunkte der Einströmöffnungen 20a und 20b entspricht.

Beachtenswert ist diesem Zusammenhang weiterhin, dass der mittlere Durchmesser a und eine maximale Breite s einer Ausnehmung 3, die den Abstand der beiden Seitenwände 33a und 33b zueinander charakterisiert, in einem engen Parameterverhältnis stehen. Der mittlere Durchmesser a der Einströmöffnungen 20a, 20b und die maximale Breite s an der sich ausgehend von einer Ausströmöffnung 21 trichterförmig und diffusorartig aufweitenden Ausnehmung 3 korrelieren folglich miteinander. Auf Basis des ermittelten Mindestabstands k entlang der Erstreckungsrichtung x wird nun ein gleichschenkliges Dreieck 4 definiert, dessen Basis als Länge den Mindestabstand k und auch als Höhe h den Mindestabschnitt k aufweist und an dessen Eckpunkten 4a, 4b und 4c jeweils ein Mittelpunkt eines von drei Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c jeweils mit dem mittlere Durchmesser a vorgesehen werden. Dieses gleichschenklige Dreieck 4 bildet den Ausgangspunkt für den weiteren Aufbau des Musters mit seinem Musterabschnitten M1 -M5. Dabei ist ein Musterabschnitt M1 einer erste Zone respektive einem ersten Teilbereich z1 an der Anströmfläche 10 zugeordnet, für den der notwendige Massenstrom an Kühlfluid zu Masseströme verschieden sein kann, die gegebenenfalls über andere Zonen oder Teilbereiche z2 bis z5 der Anströmfläche 10, zur Verfügung gestellt werden müssen.

Für den (ersten) Teilbereich z1 wird in jedem Fall zunächst das Muster in dem Musterabschnitt M1 mit den Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c über mehrere gleichschenklige Dreiecke 4 aufgebaut, die jeweils mindestens einen Eckpunkt 4a, 4b oder 4c gemeinsam haben. Durch die Vorgabe über das gleichschenklige (Referenz-) Dreieck 4 und eine parallele Ausrichtung der Basen dieser gleichschenkligen Dreiecke zueinander, entstehen in der Erstreckungsrichtung y aufeinander folgende Reihen von Einströmöffnungen 20a, 20b, 20c, die bezüglich der Erstreckungsrichtung x jeweils um die Hälfte des Mindestabstands k zueinander versetzt sind und untereinander um den Mindestabstand k äquidistant beabstandet sind. Über die Vorgabe des Mindestabstands k, der insbesondere von dem Material und dessen Festigkeitswerten und gegebenenfalls auch fertigungsbedingten Kriterien abhängt, ist bei dem aufgebauten Muster in dem Musterabschnitt M1 sichergestellt, dass stets eine Trennwand definierter Wandstärke d zwischen den Rändern der einzelnen Einströmöffnungen 20a, 20b, 20c an der Anströmfläche 10 verbleibt, die eine ausreichende Stabilität aufweist. Grundsätzlich gilt für die Höhe h (respektive y1 ) in Abhängigkeit von dem Mindestabstand k: 0,1 k < h < 4k.

Für andere Teilbereiche z2 bis z5 der Anströmfläche 10 wird das Muster in Abhängigkeit von dem Massenstrombedarf an Kühlfluid entsprechend modifiziert. Hierbei wird jedoch das Grundmodell und damit der Aufbau des Musters auf Basis des gleichschenkligen Dreiecks 4 beibehalten. Die einzelnen Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c werden weiterhin an den Eckpunkten identisch ausgebildeter, gleichschenkliger Dreiecke 4 vorgesehen. In dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel werden, folglich lediglich die mittleren Durchmesser a entsprechend angepasst, hier verringert, um einem geringeren Kühlfluidbedarf gerecht zu werden. Es ist hierbei jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Mindestabstand k in anderen Bereichen, zum Beispiel aufgrund der Form der Brennkammerschindel 1 verändert werden muss. Der Grundaufbau bleibt jedoch auch hier erhalten und lediglich die Verteilung der Einströmöffnungen und der sich hieran anschließenden Kühlkanäle 2 und Ausnehmungen 3 ändert sich. Die Verteilung kann sich hierbei beispielsweise entlang eines definierten Pfades p ändern der eine Funktion der Maschinenachse, des radialen Abstands senkrecht zu dieser Maschinenachse und einem Umfangswinkel ist. Die Maschinenachse kann dabei beispielsweise durch eine senkrecht zu den beiden Erstreckungsrichtungen x und y verlaufende Raumrichtung definiert sein.

Bei dem in der Figur 1 dargestellten Muster M1 -M5 wird ein homogener Kühlungsfilm mit fünf unterschiedlichen Bereichen, in denen jeweils unterschiedliche Kühlluftmengen benötigt werden, erreicht, wobei das Muster M1 -M5 automatisiert auf Basis weniger definierter Eingangsparameter und damit Randbedingungen über gleichschenklige Dreiecke 4 aufgebaut wird, beginnend bei der Zone bzw. dem Teilbereich z1 mit den am dichtesten gepackten Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c. Die Anordnung der Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c für die weiteren Teilbereiche z2 bis z5 wird dann unter Beibehaltung des Grundaufbaus und damit von Abständen x1 = k und y1 = k entlang der beiden Erstreckungsrichtungen x und y generiert.

Anhand der Figuren 2, 3 und 4 sind hierbei nochmals die unterschiedlichen geometrischen Beziehungen der Eingangsparameter und die maßgeblichen geometrischen Beziehungen verdeutlicht. Exemplarisch ist hierbei ein mittlerer Durchmesser a mit 0,2 mm bis 2 mm vorgegeben und für den Mindestabstand k gilt 2a < k < 8a.

Für die maximale Breite s der sich diffusorartig aufweitenden Ausnehmung 3 an der zugeordneten Wandung 1 1 gilt ferner a < s < 8a. Für die Winkel des vorgegebenen gleichschenkligen Dreiecks 4 gilt entsprechend der Figur 4, das ein Basiswinkel y, der einer Basis des gleichschenkligen Dreiecks 4 gegenüberliegt im Bereich von 50° bis 100° liegt, während die Schenkelwinkel a, ß des Dreiecks 4 jeweils im Bereich von 35° bis 70° liegen.

Die Figuren 5A und 5B veranschaulichen die Anordnung entlang der Längserstreckungsrichtung x benachbarter Einströmöffnungen 20.1 , 20.2, 2.3 mit hier jeweils zugehörigen Ausnehmungen 3.1 , 3.2 und 3.3. Veranschaulicht ist in diesem Zusammenhang auch eine Länge I der taschenartigen Ausnehmungen 3.1 , 3.2 und 3.3 an der Wandung 1 1 . So kann entsprechend der Ausführungsvariante der Figur 5B der Mindestabstand k und damit die sich ergebende minimale Wandstärke d _min zwischen angrenzenden Einströmöffnungen 20.1/20.2 und 20.2/20.3 soweit reduziert sein, dass sich ein gewisser Überlappungsbereich zwischen den aneinander angrenzenden Kühlluftkanälen 2 und Ausnehmungen 3.4, 3.5 in der Erstreckungsrichtung y liegender Reihen von Einströmöffnungen 20.4, 20.5 ergibt. Über die Vorgabe mithilfe der gleichschenkligen Dreiecke 4 ist hierbei jedoch ohne weiteres sichergestellt und entsprechend parametrisierbar, dass eine minimale Materialdicke d _min innerhalb der Brennkammerschindel 1 nicht unterschritten wird.

Entsprechend der Figur 5C kann ebenfalls ohne weiteres vorgesehen sein, dass in der ersten Erstreckungsrichtung x benachbarte Ausnehmungen 3.1 , 3.2 und 3.3 an der Oberfläche der Wandung 1 1 bis zu einer Länge von I/2 in der zweiten Erstreckungsrichtung y ineinander laufen.

Das Flussdiagramm der Figur 6 veranschaulicht nochmals den Ablauf eines vorstehend bereits erläuterten Fierstellungsverfahrens, über das eine Kühlkanalanordnung 200 mit Einströmöffnungen 20a-20c; 20.1 -20.5 einem definierten Muster folgen auf effiziente Art und Weise aufgebaut und hierbei insbesondere computergestützt für die Fertigung generiert werden kann und variabel anpassbar ist.

Nach Start eines Programmablaufs zu einem Zeitpunkt S wird zunächst in einem Verfahrensschritt A1 ein Mindestabstand k nutzerseitig oder automatisiert durch das Computersystem auf Basis hinterlegter Material- und/oder Fertigungsdaten vorgegeben, der zwischen zwei benachbarten Einströmöffnungen 20a, 20b vorzuliegen hat.

Auf Basis eines vorgegebenen Massenstroms für das Kühlfluid durch die einzelnen Kühlkanäle 2, der für die Kühlung der Wandung 1 1 in einem bestimmten Bereich notwendig ist, sowie auf Basis einer Erstreckungslänge der Anströmfläche 10 entlang der ersten Erstreckungsrichtung x, die zum Beispiel einem Teil der oder der gesamten Erstreckungslänge L entspricht, wird dann in einem Verfahrensschritt A2 bestimmt, wie viele Kühlkanäle 2 mit welchem mittleren Durchmesser a entlang dieser Erstreckungsrichtung x vorgesehen werden müssen.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt A3 wird dann ein (erstes) gleichschenklies (Referenz-) Dreieck 4 definiert, an dessen Eckpunkten 4a, 4b und 4c jeweils ein Mittelpunkt eines von drei Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c mit dem mittleren Durchmesser a vorzusehen sind. Die Länge einer sich entlang der erst Erstreckungsrichtung x erstreckenden Basis des gleichschenkligen Dreiecks 4 entspricht dabei dem vorgegebenen Mindeststandard k. Der Mindestabstand k trägt hierbei auch der Tatsache Rechnung, dass die maximale Breite s einer einem Kühlkanal 2 jeweils zugeordneten Ausnehmung 3 in einem bestimmten Parameterverhältnis zu dem mittleren Durchmesser a seiner Einströmöffnung 20a-20c steht. Dementsprechend wird in einem Verfahrensschritt A4 die maximale Breite s bestimmt, beispielsweise unter der Maßgabe, dass s = a...8a gilt. Hierdurch ist dann neben dem Muster für die Einströmöffnungen 20a, 20b, 20c an der Anströmfläche 10 auch ein spezifisches Muster für die Ausnehmungen 3 an der zu kühlenden Wandung 1 1 vorgegeben.

Abschließend erfolgt dann mithilfe eines durchlaufenen Berechnungsalgorithmus unter Berücksichtigung der vorstehenden Randbedingungen in einem Verfahrensschritt A5 der Aufbau des Musters mit allen Musterabschnitten M1 -M5 für die einzelnen Einströmöffnungen 20a, 20b, 20c über die gesamte vorgegebene Anströmfläche 10, gegebenenfalls unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Kühlungsbedarfs für die einzelnen Teilbereiche z1 bis z5. Der Aufbau des Musters mit den Musterabschnitten M1 - M5 erfolgt hierbei wie erläutert über eine Vielzahl von identischen und damit dem ersten Referenzdreieck entsprechenden gleichschenkligen Dreiecken 4 entlang der beiden Erstreckungsrichtungen x und y. Für die Definition des Muster M1 -M5 haben die Dreiecke 4 haben jeweils wenigstens einen Eckpunkt 4a, 4b oder 4c gemeinsam haben. Ausgehend von dem (Referenz-) Teilbereich z1 mit den am dichtesten gepackten Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c wird dann beispielsweise mit dem auf Verwendung gleichartiger Dreiecke basierenden Grundmodell die Beabstandung der Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c untereinander in den anderen Teilbereichen z2-z5 nicht verändert, jedoch der mittlere Durchmesser a für die Einströmöffnungen 20a, 20b und 20c kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Teilbereich z2-z5 variieren.

Nach dem Ende E des Programmablaufs steht somit auf Basis weniger vorzugebender Randbedingungen ein computergeneriertes Muster für die Anordnung der Einströmöffnungen 20a, 20b, 20c und hierüber dann auch der Kühlkanäle 2 und der zugeordneten Ausnehmungen 3 zur Verfügung. Mit über ein solches Muster einströmendem Kühlfluid kann ein effizienter und homogener Kühlfilm an der Wandung 1 1 bereitgestellt werden. Das vorstehend skizzierte Vorgehen stellt hierbei sicher, dass die Generierung eines derartigen Kühlfilms auch an unterschiedlich gestalteten Triebwerksbauteilen effizient möglich ist, und insbesondere ohne dass für die Anordnung der Kühlkanäle 2 und der Einströmöffnungen 20a-20c, 20.1 -20.5 gänzlich neue Modellierungsparameter vorgegeben werden müssten.

Bezugszeichenliste

1 Brennkammerschindel (T riebwerksbauteil)

10 Anströmfläche

1 1 Wandung

1 1 1 Niederdruckverdichter

1 12 Flochdruckverdichter

1 13 Flochdruckturbine

1 14 Mitteldruckturbine

1 15 Niederdruckturbine

2 Kühlkanal

20, 20.1 - 20.5 Einströmöffnung

20a, 20b, 20c

200 Kühlkanalanordnung

21 Ausströmöffnung

3, 3.1 - 3.5 Ausnehmung

31 Stirnseite

32 Übergang

33a, 33b Seitenwand

34 Aufprallelement

4 Dreieck

4a, 4b, 4c Eckpunkt

a (Mittlerer) Durchmesser

A Auslass

AM Arm

B Bypasskanal

BK Brennkammer

BKA Brennkammerabschnitt

BR Brennraum

C Autrittskonus

D Treibstoffdüse

d, dmin Materialdicke

E Einlass / Intake

F Fan

F1 , F2 Fluidstrom

FC Fangehäuse FL Flansch

G Außengehäuse

h Höhe

k Mindestabstand

L Erstreckungslänge

I Länge

M Mittelachse / Rotationsachse

M1 - M5 Musterbereiche

S Rotorwelle

T (T urbofan-)T riebwerk

Turbine

V Verdichter

z1 - z5 Teilbereich / Zone