ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F02C7/24 F02K3/04 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, точнее - к двигателям со звукопоглощающими конструкциями.

Известен турбовентиляторный двигатель с однослойной звукопоглощающей конструкцией, имеющей металлические перфорированную трактовую стенку, сотовый заполнитель и стенку силового корпуса двигателя, скрепленные между собой сваркой или пайкой - журнал «Аэрокосмический курьер» №2, 2003 г., стр.16, рис.2.

Недостаток такого двигателя заключается в недостаточно широком диапазоне звукопоглощения - не более 500…1250 Гц и значительной массе.

Известен другой турбовентиляторный двигатель, содержащий корпус, панели корпуса вентилятора, кожух передний, кожух наружный задней подвески, кожух сопла, внутренний кожух вентилятора, ряды панелей газогенератора и панели обшивки турбины, а также двигательную установку с соплом и звукопоглощающие конструкции кожуха переднего, кожуха наружного задней подвески и кожуха сопла, причем звукопоглощающие конструкции имеют трактовые и внетрактовые перфорированные стенки и фронтовые и тыловые слои заполнителей - патент RU 2267628 C1 F02C 7/24 на «Звукопоглощающую панель для тракта вентиляторного двигателя», опубл. 10.01.2006 Бюл. №1.

По своим признакам и достигаемому результату этот двигатель наиболее близок к заявляемому и принят за прототип.

Двигатель выполнен с конструктивно одинаковыми в части шумопоглащения двухслойными звукопоглощающими конструкциями, установленными в зонах кожуха переднего, кожуха задней подвески и кожуха сопла двигателя, имеющих одинаковые по высоте фронтовые и тыловые слои заполнителей, перфорацию трактовых стенок - 8,5…11,5%, а внетрактовых - 1,5…2,5% соответственно от площади каждой из стенок.

Стенки силового корпуса, тыловые слои заполнителей и перфорированные внетрактовые стенки выполнены металлическими.

Такое выполнение двигателя позволило увеличить эффективность звукопоглощения в диапазоне частот 1250 Гц и выше.

Однако достигаемый в этом двигателе эффект звукопоглощения обеспечивается при значительной его массе. Более того, продекларированный в патенте эффект звукопоглощения оказался недостигнутым и при испытаниях опытного образца двигателя с защищенной патентом панелью подтвержден эффект звукопоглощения и запасы по шуму на уровне ниже Главы 3 норм ИКАО (Международной организации гражданской авиации).

Задача изобретения заключается в повышении звукопоглощения двигателя при уменьшении его массы.

Эта задача решается усовершенствованием турбовентиляторного двигателя, содержащего корпус, панели корпуса вентилятора, кожух передний, кожух наружный задней подвески, кожух сопла, внутренний кожух вентилятора, ряды панелей газогенератора и панели обшивки турбины, а также двигательную установку с соплом и звукопоглощающие конструкции кожуха переднего, кожуха наружного задней подвески и кожуха сопла, причем звукопоглощающие конструкции имеют трактовые и внетрактовые перфорированные стенки и фронтовые и тыловые слои заполнителей.

Усовершенствование заключается в том, что турбовентиляторный двигатель дополнительно имеет звукопоглощающие конструкции панелей корпуса вентилятора, внутреннего кожуха вентилятора, рядов панелей газогенератора и панелей обшивки турбины, при этом звукопоглощающие конструкции выполнены из полимерного композиционно-волокнистого материала, фронтовые и тыловые слои заполнителей выполнены сотовыми с внетрактовыми перфорированными стенками между ними или трубчатыми, причем соотношение высот полостей слоев заполнителей составляет h₁/h₂=8…22/15…6, а соотношение перфораций трактовоых и внетрактовых перфорированных стенок P₁/P₂=12…7/10…2 в зависимости от преобладающих звуковых волн в месте установки звукопоглощающих конструкций в двигателе, где

h₁ - высота полости фронтового слоя заполнителя в мм;

h₂ - высота полости тылового слоя заполнителя в мм;

P₁ - % перфорации трактовой перфорированной стенки;

Р₂ - % перфорации внетрактовой перфорированной стенки;

звукопоглощающая конструкция панелей корпуса вентилятора выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=9/9 и P₁/P₂=8/5;

звукопоглощающая конструкция кожуха переднего выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=10/10 и P₁/P₂=8/5;

звукопоглощающая конструкция кожуха наружного задней подвески выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 и P₁/P₂=8/2;

звукопоглощающая конструкция цилиндрической (конической) части кожуха сопла выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 (8/7) и Р₁/Р₂=8/2 (8/5)

звукопоглощающая конструкция внутреннего кожуха вентилятора выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 и P₁/P₂=8/2;

звукопоглощающие конструкции рядов панелей газогенератора выполнены в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=10/10 и Р₁/Р₂=8/8;

звукопоглощающая конструкция панелей обшивки турбины выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=15/10 и P₁/P₂=10/4.

Снабжение двигателя дополнительно звукопоглощающими конструкциями панелей корпуса вентилятора, внутреннего кожуха вентилятора, рядов панелей газогенератора и панелей обшивки турбины, выполнение при этом звукопоглощающих конструкций из полимерного композиционно-волокнистого материала, фронтовых и тыловых слоев заполнителей сотовыми с внетрактовыми перфорированными стенками между ними или трубчатыми, причем соотношение высот полостей заполнителей составляет h₁/h₂=8…22/15…6, а соотношение перфораций трактовых и внетрактовых перфорированных стенок P₁/P₂=12…7/10…2 (экспликации смотри выше) в зависимости от преобладающих звуковых волн в месте установки звукопоглощающих конструкций в двигателе (что позволило расширить диапазон звукопоглощения до уровня ~5000 Гц и уменьшить массу двигателя за счет уменьшения высоты слоев и массы звукопоглощающих конструкций с учетом места их установки).

Выполнение изобретения в соответствии с левыми частями числовых диапазонов соотношений: h₁/h₂=8/15 и P₁/P₂=12/10 соответствует крайней границе существования звукопоглощающих конструкций в вариантах с сотовыми и трубчатыми заполнителями.

Выполнение изобретения в соответствии с правыми частями числовых диапазонов соотношений: h₁/h₂=22/6 и P₁/P₂=7/2 соответствует другой крайней границе существования звукопоглощающих конструкций в вариантах с сотовыми и трубчатыми заполнителями.

В вариантах исполнения двигателя выполнение звукопоглощающих конструкций:

- панелей корпуса вентилятора в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=9/9 и Р₁/Р₂=8/5;

- кожуха переднего в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=10/10 и Р₁/Р₂=8/5;

- кожуха наружного задней подвески в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=14/7 и P₁/P₂=8/2;

- цилиндрической (конической) части кожуха сопла в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=14/7 (8/7) и P₁/P₂=8/2 (8/5);

- кожуха вентилятора в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=14/7 и Р₁/Р₂=8/2;

- рядов панелей газогенератора в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=10/10 и Р₁/Р₂=8/8;

- панелей обшивки турбины в соответствии с соотношениями

h₁/h₂=10/10 и P₁/P₂=10/4;

позволяет выполнить звукопоглощающие конструкции с оптимальными высотой полостей слоев заполнителей, массой и звукопоглощением преобладающих частот в месте их установки в двигателе.

Ниже, со ссылкой на прилагаемый чертеж, где показано на:

Фиг.1 - двигатель в осевом сечении;

Фиг.2 - звукопоглощающие конструкции с сотовыми заполнителями;

Фиг.3 - звукопоглощающие конструкции с трубчатыми заполнителями;

буквами обозначены:

h₁, h₂ - высоты полостей соответственно фронтового и тылового слоев заполнителей в мм;

P₁, P₂ - % перфорации соответственно трактовой и внетрактовой перфорированных стенок;

дается описание предлагаемого двигателя.

Турбовентиляторный двигатель содержит корпус 1, двигательную установку 2 с соплом 3 и панели корпуса вентилятора, кожух передний, кожух наружный задней подвески, кожух сопла, внутренний кожух вентилятора, ряды панелей газогенератора, панели обшивки турбины, обозначенные на чертежах цифрами 4…11, что и расположенные на них звукопоглощающие конструкции (4…11):

- 4 панелей корпуса вентилятора,

- 5 кожуха переднего,

- 6 кожуха наружного задней подвески,

- 7 кожуха сопла,

- 8 внутреннего кожуха вентилятора,

- 9, 10 рядов панелей газогенератора и

- 11 панелей обшивки турбины, имеющие трактовые перфорированные 12, внетрактовые перфорированные 13 и неперфорированные внетрактовые 14 стенки и фронтовые и тыловые слои заполнителей.

Двигатель характеризуется тем, что дополнительно имеет звукопоглощающие конструкции 4, 8, 9, 10, 11 соответственно корпуса вентилятора, внутреннего кожуха вентилятора, рядов панелей газогенератора и панелей обшивки турбины, при этом все звукопоглощающие конструкции 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 выполнены из композиционно-волокнистого материала, фронтовые и тыловые слои заполнителей выполнены сотовыми 15, 16 с внетрактовыми перфорированными стенками 13 между ними или трубчатыми 17, 18, причем соотношение высот полостей слоев заполнителей h₁/h₂=8…22/15…6 и перфораций стенок P₁/P₂=12…7/10…2 в зависимости от преобладающих звуковых волн в месте установки звукопоглощающих конструкций 4…11 в двигателе (что позволило повысить уровень звукопоглощения и уменьшить массу двигателя за счет уменьшения высоты слоев и массы звукопоглощающих конструкций).

Трактовые перфорированные стенки 12 могут выполняться однослойными (Фиг.2) или двухслойными, например, склеенными со стенками трубчатых заполнителей 17 (Фиг.3).

В вариантах исполнения двигателя звукопоглощающие конструкции (ЗПК) 4…11 выполнены в соответствии с соотношениями:

Поз. ЗПК h₁/h₂ (в мм) P₁/P₂ (в %) 4 9/9 8/5 5 10/10 8/5 6 14/7 8/2 7 14/7 (8/7) 8/2 (8/5) 8 14/7 8/2 9 10/10 8/8 10 10/10 8/8 11 15/10 10/4

(благодаря чему обеспечивается выполнение звукопоглощающих конструкций с оптимальными высотой слоев заполнителей, массой и звукопоглощением преобладающих частот в месте их установки в двигателе).

Надежность заявляемого изобретения обеспечивается изготовлением звукопоглощающих конструкций 4…11 клеевым соединением и полимеризацией элементов в совокупности с механическим скреплением с наружными силовыми сопрягаемыми узлами двигателя; кожухи панелей газогенератора при этом могут быть изготовлены в виде звукопоглощающих конструкций 9, 10, 11, а звукопоглощающие конструкции 9, 10 могут быть изготовлены виде единых узлов (не показано).

Турбовентиляторный двигатель по изобретению реализуется в двигателе ПС-90А и его модификациях; имеет по сравнению с прототипом повышенное звукопоглощение, надежную виброакустическую прочность и запасы по шуму, примерно соответствующие Главе 4 норм ИКАО, и меньшую на 123…164 кг массу.

Турбовентиляторный двигатель содержит корпус, панели корпуса вентилятора, кожух передний, кожух наружный задней подвески, кожух сопла, внутренний кожух вентилятора, ряды панелей газогенератора и панели обшивки турбины, а также двигательную установку с соплом и звукопоглощающие конструкции. Звукопоглощающие конструкции выполнены на кожухе переднем, кожухе наружном задней подвески, кожухе сопла, панелях корпуса вентилятора, внутреннем кожухе вентилятора, рядах панелей газогенератора и панелях обшивки турбины. Звукопоглощающие конструкции имеют трактовые и внетрактовые перфорированные стенки и фронтовые и тыловые слои заполнителей. Звукопоглощающие конструкции выполнены из полимерного композиционно-волокнистого материала, а фронтовые и тыловые слои заполнителей выполнены сотовыми с внетрактовыми перфорированными стенками между ними или трубчатыми. Высоты полостей фронтового и тылового слоев заполнителей соотносятся как 8…22/15…6, а перфорации трактовых и внетрактовых перфорированных как 12…7/10…2, в зависимости от преобладающих звуковых волн в месте установки звукопоглощающих конструкций в двигателе. Изобретение позволяет повысить звукопоглощение двигателя и снизить его массу. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбовентиляторный двигатель, содержащий корпус, панели корпуса вентилятора, кожух передний, кожух наружный задней подвески, кожух сопла, внутренний кожух вентилятора, ряды панелей газогенератора и панели обшивки турбины, а также двигательную установку с соплом и звукопоглощающие конструкции кожуха переднего, кожуха наружного задней подвески и кожуха сопла, причем звукопоглощающие конструкции имеют трактовые и внетрактовые перфорированные стенки и фронтовые и тыловые слои заполнителей, отличающийся тем, что он дополнительно имеет звукопоглощающие конструкции панелей корпуса вентилятора, внутреннего кожуха вентилятора, рядов панелей газогенератора и панелей обшивки турбины, при этом звукопоглощающие конструкции выполнены из полимерного композиционно-волокнистого материала, фронтовые и тыловые слои заполнителей выполнены сотовыми с внетрактовыми перфорированными стенками между ними или трубчатыми, причем соотношение высот полостей слоев заполнителей составляет h₁/h₂=8…22/15…6, а соотношение перфораций трактовых и внетрактовых перфорированных стенок P₁/P₂=12…7/10…2 в зависимости от преобладающих звуковых волн в месте установки звукопоглощающих конструкций в двигателе, где:
h₁ - высота полости фронтового слоя заполнителя в мм;
h₂ - высота полости тылового слоя заполнителя в мм;
P₁ - % перфорации трактовой перфорированной стенки;
P₂ - % перфорации внетрактовой перфорированной стенки.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция панелей корпуса вентилятора выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=9/9 и P₁/P₂=8/5.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция кожуха переднего выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=10/10 и P₁/P₂=8/5.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция кожуха наружного задней подвески выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 и P₁/P₂=8/2.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция цилиндрической (конической) части кожуха сопла выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 (8/7) и P₁/P₂=8/2 (8/5).

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция внутреннего кожуха вентилятора выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=14/7 и P₁/P₂=8/2.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающие конструкции рядов панелей газогенератора выполнены в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=10/10 и P₁/P₂=8/8.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что звукопоглощающая конструкция панелей обшивки турбины выполнена в соответствии с соотношениями: h₁/h₂=15/10 и P₁/P₂=10/4.