СПОСОБ ГЛУШЕНИЯ ШУМА РЕАКТИВНОЙ СТРУИ ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02K1/34 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а конкретно к способам и устройствам уменьшения шума выходных устройство турбореактивных двигателей и двухконтурных турбореактивных двигателей.

Известен способ снижения шума реактивной струи двигателя [1] в котором по периферии реактивной струи на выходе ее из сопла турбореактивного двигателя направляют дополнительные струи под углом к основной струе. Глушитель шума для реализации этого способа расположен за соплом и выполнен в виде расположенного на периферии на выходе из сопла гофрированного участка, в который поступает воздух из входного отверстия, расположенного в передней части гондолы двигателя.

Известен способ глушения шума и глушитель шума выхлопной струи реактивного двигателя, ближайший по технической сущности к предлагаемому и принятый за прототип [2] в котором насадки коллектора, через которые происходит выдув вторичных струй в реактивный поток, установлены на срезе сопла по его периметру и ориентированы так, что направление вторичных струй перпендикулярно к оси реактивного сопла. Недостатком известного способа и устройства является недостаточное снижение уровня шума на переменных режимах работы двигателя.

Задачей, которую решает предлагаемое изобретение является снижение уровня шума в широком диапазоне изменения режимных параметров двигателя, а также повышение стабильности характеристик двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в способе глушения реактивной струи двигателя, включающем выдув в реактивную струю дополнительной струи газа, эту струю выдувают по периферии и параллельно истекающей реактивной струе, при изменении режима работы двигателя регулируют скорость истечения дополнительной струи, поддерживают ее больше скорости набегающего потока и меньше скорости истечения реактивной струи двигателя.

Устройство для осуществления способа включает коллектор с соплами для подачи дополнительной струи газа, установленный по периферии реактивного сопла. Новым является то, что сопло для подачи дополнительной струи газа выполнено в виде охватывающего сопло двигателя насадка или отдельных полостей с глухой передней стенкой и с образованием щелевого канала на выходе в плоскости среза сопла. Насадок или каждая отдельная полость сообщена посредством трубопровода с регулируемой заслонкой с газосборником, охватывающим наружный кожух двигателя и соединена отверстиями с внутренней полостью двигателя. Система регулирования заслонкой включает датчик скорости полета с преобразователем, датчик скорости истечения реактивной струи с преобразователем, выходы обоих преобразователей связаны со входами блока сравнения, выход которого связан со входом решающего устройства, а его выход связан со входом блока управления заслонки.

Для двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными коаксиальными соплами, наружный контур так же как и внутренний снабжен охватывающим его насадком или отдельными полостями с образованием щелевого канала на выходе в плоскости среза сопла и сообщенным через регулируемую заслонку с источником газа высокого давления. Система регулирования заслонкой щелевого клапана наружного контура содержит датчик скорости полета с преобразователем сигнала, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения, к другому входу блока сравнения подсоединен выход из преобразователя датчика скорости газа из сопла наружного контура, выход блока сравнения подсоединен к одному из входов решающего устройства, к другому входу которого подсоединен выход преобразователя датчика скорости газа из щелевого канала наружного контура, выход решающего устройства соединен со входом блока управления заслонки наружного контура, система регулирования заслонки щелевого канала внутреннего контура содержит датчик скорости газа нагружного контура и внутреннего контура со своими преобразователями, выходы преобразователей соединены с соответствующими входами блока сравнения, выход которого подсоединен к одному из входов решающего устройства, к другому входу которого подсоединен преобразователь датчика скорости газа щелевого канала внутреннего контура, выход решающего устройства соединен со входом блока управления заслонки щелевого канала внутреннего контура.

На фиг. 1 представлен продельный разрез сопла двигателя с системой регулирования скорости истечения дополнительной струи газа; на фиг. 2 представлен продольный размер сопла двухконтурного турбореактивного двигателя с системой регулирования скорости истечения двух струй газа.

Сущность способа заключается в том, что вокруг наружной кромки сопла реактивного двигателя вдувают струю газа или воздуха. При изменении режима работы двигателя регулируют скорость истечения дополнительной струи и поддерживают ее больше скорости набегающего потока и меньше скорости основной реактивной струи. При этом обеспечивается наименьший общий шум истечения реактивной струи, за счет уменьшения интенсивности турбулентности в слое смещения.

Устройство для реализации данного способа (фиг. 1) содержит наружный кожух двигателя 1, сопло 2. На наружном кожухе двигателя 1 расположен охватывающий сопло 2 двигателя насадок 3 или отдельные полости с глухой передней стенкой и с образованием щелевого канала 4 на выходе в плоскости среза сопла 2. Насадок 3 или каждая отдельная полость сообщены посредством трубопровода 5 с регулируемой заслонкой 6 с газосборником 7, охватывающим наружный кожух двигателя 1 и соединенным отверстиями 8 с внутренней полостью двигателя. Система регулирования заслонкой 6 включает: датчик скорости полета 9 с преобразователем 10, датчик скорости истечения реактивной струи 11 с преобразователем 12. Выходы обоих преобразователей 10 и 12 связаны со входами блока сравнения 13. Выход из блока сравнения 13 связан со входом решающего устройства 14, выход которого связан со входом блока управления 15 заслонки 8.

Устройство работает следующим образом. Газ из внутренней полости двигателя через отверстия 3 отбирается в газосборник 7, откуда по трубопроводу 5, минуя регулируемую заслонку 6, попадает в полость насадка 3, откуда через щель 4 выбрасывается в атмосферу параллельно основному газовому потоку из сопла 2. Система управления заслонкой 6 должна обеспечивать скорость истечения газа из щелевого канала 4 для различных условий полета и с учетом характера работы двигателя. Скорость выхода газа из щелевого канала 4 определяется по максимальному снижению уровня шума для характерных условий полета. Сигналы от датчика полета 9 и датчика скорости истечения струи 11, после преобразования в электрический сигнал или в цифровой форме в преобразователях 10 и 12, поступают в блок сравнения 13, откуда сигнал о разнице этих скоростей поступает в решающее устройство 14, где вырабатывается управляющий сигнал для блока управления 15 заслонкой 6. Изменение положения заслонки 6 обеспечивают изменение расхода через трубопровод 5 и в конечном счете изменение скорости истечения газа через щелевой канал 4.

Для выводного устройства двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными коаксиальными соплами контуров (фиг. 2), в систему управления введена обратная связь в виде дополнительных датчиков скорости потока из щели. Эти дополнительные датчики позволяют упростить доводку устройства на двигателе и повысить точность регулировки заданного оптимального соотношения скоростей струй, а значит и повысить эффективность шумопоглощения в широком диапазоне режимных параметров двигателя. Устройство содержит кожух мотогондолы 16, наружный кожух наружного контура 17, внутренний кожух наружного контура 18, связанные между собой стойками наружного контура 19, наружный кожух внутреннего контура 20, к которому при помощи стоек внутреннего контура 21 крепят конусный кок 22 сопла внутреннего контура 23. В данном варианте показаны сужающие нерегулируемые сопла. Однако возможно применение устройства на регулируемых и сверхзвуковых соплах. В промежутке между хвостовыми частями мотогондолы 16 и наружного кожуха наружного контура 17 установлен щелевой канал 24. Между хвостовыми частями внутреннего кожуха наружного контура 18 и наружного кожуха внутреннего контура 20 установлен щелевой канал 25. К обоим щелевым каналам 24 и 25 по трубопроводам 26 и 27 наружного и внутреннего щелевых каналов 24, 25 подводят газ или воздух от компрессора двигателя, либо газ из-за турбины двигателя, либо газ или воздух от независимых источников. Расход газа в трубопроводах 26, 27 регулируют заслонками 28, 29. Система регулирования заслонками 28, 29 содержит следующие устройства и элементы. Система регулирования заслонки 28 щелевого сопла 24 наружного контура содержит датчик скорости полета 30 с преобразователем сигнала 31. Выход преобразователя 31 соединен с одним из входов блока сравнения 32. К другому входу блока сравнения 32 подсоединен выход из преобразователя 33 датчика скорости газа 34 из сопла наружного контура 35. Выход из блока сравнения 32 подсоединен к одному из входов решающего устройства 36. К другому входу решающего устройства 36 подсоединен выход преобразователя 37 датчика скорости газа 38 из щелевого канала 24 наружного контура. Выход решающего устройства 36 соединен со входом блока управления 39 заслонки 28. Система регулирования заслонки 29 щелевого канала 25 внутреннего контура содержит датчики скорости газа 34 наружного контура и 40 внутреннего контура со своими преобразователями 33 и 41 соответственно. Выходы преобразователей 33 и 41 соединены с соответствующими входами блока сравнения 42, выход которого подсоединен к одному из входов решающего устройства 43, к другому входу которого подсоединен преобразователь 44 датчика скорости газа 45 щелевого канала внутреннего контура 25. Выход решающего устройства 43 соединен со входом блока управления 46 заслонки 29, щелевого канала 25 внутреннего контура.

Для двухконтурного турбореактивного двигателя устройство регулирования скорости дополнительных струй газа работает следующим образом. Работа устройства представлена на примере работы наружного контура, а работа во внутреннем контуре отличается лишь тем, что вместо разницы скоростей полета и скорости истечения из наружного, разница скоростей берется между скоростями истечения газа из наружного контура и внутреннего контура, а обратную связь осуществляют по датчику скорости 45 щелевого канала 25 внутреннего контура в отличие от описываемого контура, где эту обратную связь осуществляют по датчику скорости 38 щелевого канала 24 наружного контура. При запуске и работе двигателя как на стоянке, так и в полете датчики скорости 30 и датчик скорости газа 34 определяют текущие величины и через соответствующие преобразователи 31, 33 передают замеренные данные на блок сравнения 32, где после сравнения и преобразования данные поступают в один из входов решающего устройства 36, ко второму входу поступает сигнал от датчика скорости 38 от блока преобразования 37. Решающее устройство 36 по результатам сравнения скорости из этого щелевого канала 24 и разницы скоростей полета и газа из наружного сопла 35 вырабатывает сигнал для блока управления 39, который определяет положение заслонки 28 и расход по трубопроводу 26. Но в отличие от устройства, описываемого по фиг. 1, результат регулировки проверяют по показаниям датчика скорости газа 38. Данные этих измерений вновь поступают через преобразователь 37 в решающее устройство 36, где происходит корректировка требуемой скорости истечения из щелевого канала 24 наружного контура. При изменении режима работы двигателя система срабатывает таким же образом. Подобным образом работает и внутренний контур. Возможны варианты, когда сравнивающие блоки и решающие устройства совмещены и работают на оба контура.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяет снизить уровень шума как ТРД так и ДТРД в широком диапазоне изменения режимных параметров. Кроме того, регулирование скорости истечения дополнительных струй газа при изменении режима работы двигателя позволяет повысить стабильность характеристик двигателя.

На устойчивых режимах работы двигателя, двигатель работает без выдува дополнительной струи из щелевого канала 4. Основная струя двигателя эжектирует газ из насадка 3, при этом в них создается разрежение. Пульсации на границе основной струи двигателя гасятся, так как часть газа засасывается в область разрежения в насадке 3. При этом повышается устойчивость течения выхлопной струи, улучшаются характеристики двигателя, т.е. повышается их стабильность. Снижение пульсации на срезе сопла 2 приводит к снижению уровня шума на выходе двигателя.

На переменных режимах работы двигателя через щелевой канал 4 выдувают струи газа спутно основной струе двигателя непосредственно в слой смещения. При этом также гасятся пульсации в слое смешения, уменьшается интенсивность турбулентности в нем и, следовательно, создается более благоприятный градиент скоростей на выходе двигателя. Регулирование скорости выдува дополнительных струй газа позволяет получить стабильные характеристики двигателя в широком диапазоне изменения режимных параметров двигателя.

Использование: в области авиадвигателестроения, а конкретно, в способах и устройствах уменьшения шума выходных устройство турбореактивных двигателей и двухконтурных турбореактивных двигателей. Сущность способа заключается в том, что вокруг наружной кромки сопла реактивного двигателя вдувают струю газа или воздуха. При изменении режима работы двигателя регулируют скорость истечения дополнительной струи и поддерживают ее больше скорости набегающего потока и меньше скорости основной реактивной струи. Устройство для реализации способа содержит наружный кожух двигателя 1, сопло 2. На наружном кожухе двигателя 1 расположен охватывающий сопло 2 двигателя насадок 3 или отдельные полости с глухой передней стенкой и с образованием щелевого канала 4 на выходе в плоскости среза сопла 2. Насадок 3 или каждая отдельная полость сообщены посредством трубопровода 5 с регулируемой заслонкой 6 с газосборником 7, охватывающим наружный кожух двигателя 1 и соединенным отверстиями 8 с внутренней полостью двигателя. Система регулирования заслонкой 6 включает датчик скорости полета 9 с преобразователем 10, датчик скорости истечения реактивной струи 11 с преобразователем 12. Выходы обоих преобразователей 10 и 12 связаны со входами блока сравнения 13, выход из блока сравнения 13 связан со входом решающего устройства 14, выход которого связан со входом блока управления 15 заслонки 8. Для выходного устройства двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными коаксиальными соплами контуров в систему управления введена обратная связь в виде дополнительных датчиков скорости потока из щели. 2 с.и. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ глушения шума реактивной струи двигателя, включающий выдув в реактивную струю по ее периферии дополнительной струи газа, отличающийся тем, что дополнительную струю выдувают параллельно истекающей реактивной струе, при изменении режима работы двигателя регулируют скорость истечения дополнительной струи, поддерживают ее больше скорости набегающего потока и меньше скорости истечения реактивной струи двигателя. 2. Устройство для глушения реактивной струи двигателя, включающее коллектор с соплами для подачи дополнительной струи газа, установленный по периферии реактивного сопла двигателя, отличающееся тем, что сопло для подачи дополнительной струи газа выполнено в виде охватывающего сопло двигателя насадка или в виде отдельных полостей с глухой передней стенкой и с образованием щелевого канала на выходе в плоскости среза сопла двигателя, насадок или каждая отдельная полость сообщена посредством трубопровода с регулируемой заслонкой с газосборником, охватывающим наружный кожух двигателя и соединенным отверстиями с внутренней полостью двигателя. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что система регулирования заслонкой включает датчик скорости полета с преобразователем, датчик скорости истечения реактивной струи двигателя с преобразователем, выходы обоих преобразователей связаны с входами блока сравнения, выход которого связан с входом решающего устройства, а его выход связан с входом блока управления заслонки. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что для двухконтурного турбореактивного двигателя с раздельными коаксиальными соплами наружный контур так же, как и внутренний, снабжен охватывающим его насадком или отдельными полостями с образованием щелевого канала на выходе в плоскости среза сопла двигателя и сообщенным через регулируемую заслонку с источником газа высокого давления. 5. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что система регулирования заслонкой щелевого канала наружного контура содержит датчик скорости полета с преобразователем сигнала, выход которого соединен с одним из входом блока сравнения, к другому входу блока сравнения подсоединен выход из преобразователя датчика скорости газа из сопла наружного контура, выход блока сравнения подсоединен к одному из входов решающего устройства, к другому входу которого подсоединен выход преобразователя датчика скорости газа из щелевого канала наружного контура, выход решающего устройства соединен с входом блока управления заслонки наружного контура, система регулирования заслонки щелевого канала внутреннего контура содержит датчики скорости газа наружного контура со своими преобразователями, выходы преобразователей соединены с соответствующими входами блока сравнения, выход которого подсоединен к одному из входов решающего устройства, к другому входу которого подсоединен преобразователь датчика скорости газа щелевого канала внутреннего контура, выход решающего устройства соединен с входом блока управления заслонки щелевого канала внутреннего контура.