ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ОСЛАБЛЕНИЯ ШУМА РЕАКТИВНОЙ СТРУИ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F02K1/38 F02K1/48 F02K3/06 

Настоящее изобретение относится к способу ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя и к турбовентиляторному двигателю, шум которого ослабляют посредством применения этого способа.

Известно, что в задней части турбовентиляторного двигателя холодный поток (поток второго контура) и горячий поток (поток внутреннего контура) текут в одном направлении, а именно вниз по потоку турбовентиляторного двигателя, и контактируют не только друг с другом, но и с окружающим воздухом. Так как скорости указанных потоков различаются между собой и отличаются от скорости окружающего воздуха, сдвигающее действие между указанными потоками, а также между ними и окружающим воздухом, происходящее при взаимном проникновении текучих сред, создает шум, который в авиации называют «шумом реактивной струи».

Чтобы ослабить этот шум, уже было предложено создавать турбулентность на границах между потоками текучих сред с разными скоростями. Было предложено выполнить выемки в наружной кромке выпускного отверстия для горячего потока и/или в наружной кромке выпускного отверстия для холодного потока (см., например, патент Великобритании №2289921). Такие выемки распределяют по периферии кромки выпускного отверстия, и каждая из них имеет форму, напоминающую треугольник, основание которого совпадает с соответствующей кромкой выпускного отверстия, а вершину называют «шевронами». Конечно, указанные «шевроны» расположены парами, каждая из которых разделена «выступом».

Эти выемки и выступы известного типа эффективны при ослаблении шума реактивной струи; однако их недостаток состоит в создании существенного аэродинамического сопротивления.

Кроме того, в документе GB 2372779 утверждается, что при полете в крейсерском режиме нет необходимости в ослаблении шума реактивной струи, и, следовательно, учитывая проблемы сопротивления, указанные выступы предпочтительно должны быть подвижными, чтобы они могли принимать:

- выступающее развернутое положение, используемое при взлете и посадке, в котором они могут ослаблять шум реактивной струи;

- или убранное положение, используемое во время крейсерского полета, в котором они не выполняют задачи ослабления шума.

Для этого согласно раскрытому в GB 2372779 указанная наружная кольцевая поверхность или внутренняя кольцевая поверхность заднего участка капота, окружающего генератор горячего потока, частично подвижна под действием приводного механизма, специально предусмотренного для этой цели. Следует заметить, что, когда выступы находятся в развернутом положении, выемки становятся сквозными (не перекрытыми кольцевой поверхностью без выемок), а когда выступы находятся в убранном положении, выемки становятся глухими (т.е. перекрытыми одной из указанных кольцевых поверхностей, не снабженной выемками).

Таким образом, техническая сущность по GB 2372779 состоит в следующих двух суждениях:

a) ослабление шума реактивной струи осуществляется только с помощью сквозных выемок;

b) если выемки глухие, то ослабление шума реактивной струи невозможно.

Отсюда, технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известного уровня техники, упомянутых выше, путем обеспечения выемок, настолько же эффективных, как и известные шевроны, что касается ослабления шума реактивной струи, но создающих значительно меньшее сопротивление, что дает возможность получить необходимое ослабление шума реактивной струи без усложнения или увеличения массы, происходящих в результате:

- необходимости в частичной подвижности кольцевой поверхности заднего участка капота, окружающего генератор горячего воздуха; и

- применения специального механизма для приведения в движение подвижного участка указанных кольцевых поверхностей.

С этой целью согласно изобретению обеспечен способ ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя, содержащего:

- полую гондолу, имеющую продольную ось и включающую в себя передний участок с воздухозаборником, снабженный передней кромкой, и задний участок с выпускным отверстием для воздуха, содержащий наружную кольцевую поверхность и внутреннюю кольцевую поверхность, которые сходятся одна с другой, образуя заднюю кромку;

- вентилятор, установленный в гондоле напротив воздухозаборника и предназначенный для создания холодного потока турбовентиляторного двигателя;

- генератор, установленный в гондоле, вниз по потоку относительно вентилятора, и предназначенный для создания осевого горячего потока турбовентиляторного двигателя; и

- систему капота, охватывающую генератор горячего потока и включающую в себя задний участок, содержащий наружную кольцевую поверхность и внутреннюю кольцевую поверхность, которые сходятся одна с другой, образуя выпускное отверстие для горячего потока, причем капот совместно с гондолой ограничивает канал кольцевого поперечного сечения для холодного потока, и данный канал заканчивается указанным задним выпускным участком гондолы, задняя кромка которого образует выпускное отверстие для холодного потока,

причем способ включает в себя выполнение выемок, предназначенных для ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя, по периферии выпускного отверстия, по меньшей мере, для одного из указанных потоков, и характеризуется тем, что указанные выемки выполнены глухими, так как их вырезают в одной из сходящихся кольцевых поверхностей, образующих выпускное отверстие, без прорезания другой кольцевой поверхности.

Заявитель неожиданно обнаружил, что, вопреки раскрытому в документе GB 2372779, можно добиться нужного ослабления шума реактивной струи с помощью неподвижных глухих выемок, уменьшив при этом аэродинамическое сопротивление.

Согласно другим отличительным признакам изобретения в зависимости от характеристик рассматриваемого турбовентиляторного двигателя:

- глухие выемки могут быть прорезаны в наружной кольцевой поверхности без прорезания во внутреннюю кольцевую поверхность или, наоборот, быть прорезаны во внутренней кольцевой поверхности без прорезания в наружную кольцевую поверхность; и

- указанными глухими выемками обеспечено только выпускное отверстие для горячего потока или, наоборот, только выпускное отверстие для холодного потока; однако предусмотрен также и случай, когда оба выпускных отверстия - и для горячего, и для холодного потоков обеспечены глухими выемками.

В обычном случае, когда через капот течет вентиляционный воздух, предназначенный для регулирования температуры генератора горячего потока, данный вентиляционный воздух может полностью выходить через глухие выемки, обеспеченные в кромке выпускного отверстия для горячего потока. Однако эта кромка может известным образом включать в себя периферийный отводной зазор, при этом вентиляционный воздух лишь частично будет выходить через выемки, примыкающие к зазору.

Кроме того, известным образом, рассматриваемое выпускное отверстие может быть ограничено кольцевой насадкой, к которой прикреплены сходящиеся кольцевые поверхности - наружная и внутренняя. Следовательно, является предпочтительным, чтобы глухие выемки были образованы прорезями, выполненными в одной из поверхностей данной насадки.

Прилагаемые чертежи дают более ясное понимание применения изобретения. На данных чертежах аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций.

Фиг.1 - схема в осевом разрезе известного турбовентиляторного двигателя, подлежащего усовершенствованию с применением способа согласно изобретению;

фиг.2 - схема в перспективе первого варианта осуществления кромки выпускного отверстия для потока турбовентиляторного двигателя согласно изобретению;

фиг.3 - схематический вид в разрезе по линии III-III на фиг.2;

фиг.4 - схема в перспективе второго варианта осуществления кромки выпускного отверстия для потока турбовентиляторного двигателя, усовершенствованного согласно изобретению;

фиг.5 - схематический вид в разрезе по линии V-V на фиг.4;

фиг.6 - схема в перспективе третьего варианта осуществления кромки выпускного отверстия для потока турбовентиляторного двигателя, усовершенствованного согласно изобретению;

фиг.7 - схематический вид в разрезе по линии VII-VII на фиг.6;

фиг.8 - схема в перспективе четвертого варианта осуществления кромки выпускного отверстия для потока турбовентиляторного двигателя, усовершенствованного согласно изобретению;

фиг.9 - схематический вид в разрезе по линии IX-IX на фиг.8;

фиг.10 - схематический вид в разрезе практического варианта осуществления для вариантов, представленных на фиг.2, 3, 6 и 7.

Турбовентиляторный двигатель известного типа, показанный на фиг.1, содержит полую гондолу 1 с продольной осью L-L, включающую в себя расположенный спереди воздухозаборник 2, снабженный передней кромкой 3, и расположенное в заднем участке 1R кольцевое выпускное отверстие 4 для воздуха, снабженное задней кромкой 5. Задний участок 1R содержит наружную кольцевую поверхность 6 и внутреннюю кольцевую поверхность 7, которые сходятся одна с другой, образуя заднюю кромку 5.

Внутри полой гондолы 1 расположены следующие элементы:

- вентилятор 8, направленный к воздухозаборнику 2 и предназначенный для создания холодного потока 9 для турбовентиляторного двигателя;

- центральный генератор 10, содержащий, как известно, компрессоры низкого давления и высокого давления, камеру сгорания и турбины высокого давления и низкого давления, причем генератор вырабатывает горячий поток 11 турбовентиляторного двигателя;

- система 12 капота, охватывающая генератор 10 горячего потока и в заднем участке 12R снабженная выпускной кромкой 13 для горячего потока 11; и

- звукопоглощающая облицовка 14, предназначенная для поглощения внутреннего шума, создаваемого вентилятором 8 и генератором 10 горячего потока.

Задний участок 12R системы 12 капота содержит наружную кольцевую поверхность 15 и внутреннюю кольцевую поверхность 16, сходящиеся одна с другой, образуя кромку 13 выпускного отверстия для горячего потока 11. Кроме того, система 12 капота вместе с гондолой 1 ограничивает внутренний канал 17 кольцевого поперечного сечения, который заканчивается выпускным отверстием 4 для воздуха. Холодный поток проходит через внутренний канал 17 и выпускное отверстие 4 и выходит через заднюю кромку 5, служащую в качестве выпускной кромки указанного выпускного отверстия.

Таким образом, при выходе из этого известного турбовентиляторного двигателя центральный горячий поток 11 окружен кольцевым холодным потоком 9, проникающим в окружающий воздух. На фиг.1 схематично показана граница 18 между горячим потоком и холодным потоком 9, а также граница 19 между холодным потоком 9 и окружающим воздухом. Само собой разумеется, что на границах 18 и 19 контактирующие текучие среды имеют разные скорости; отсюда и возникает вышеописанный шум реактивной струи.

Для ослабления шума реактивной струи кромка 13 выпускного отверстия для горячего потока и/или кромка 5 выпускного отверстия для холодного потока известным способом снабжены выемками 20, распределенными по периферии. Эти выемки 20 проходят через всю толщину указанных выпускных кромок 13, 5 и создают ощутимое сопротивление.

Данный недостаток в настоящем изобретении устранен отсутствием сквозных выемок 20, как представлено на фиг.2-10.

На фиг.2 и 3 представлен первый вариант осуществления заднего участка 21R с выпускным отверстием 22, разработанный с целью усовершенствования, в соответствии с изобретением одного или другого заднего участка 1R или 12R.

Задний участок 21R, представленный на фиг.2 и 3, содержит наружную кольцевую поверхность 23 (сопоставимую с наружными кольцевыми поверхностями 6 и 15) и внутреннюю кольцевую поверхность 24 (сопоставимую с внутренними кольцевыми поверхностями 7 и 16), которые сходятся в кромке выпускного отверстия 22 и которые собраны одна с другой, по задним кромкам 25 и 26, образуя выпускное отверстие 22.

В задней кромке 25 наружной поверхности 23 прорезаны выемки 27, и эти выемки примыкают к кромке выпускного отверстия 22 и продолжаются в наружную поверхность 23, от выпускного отверстия 22.

Таким образом, на чертеже видно, что выемки 27 - глухие, так как они перекрыты внутренней поверхностью 24, и что на внутренней стороне задний участок 21R гладкий, потому что образован нетронутой внутренней поверхностью 24.

Кроме того, как проиллюстрировано стрелками f на фиг.1, генератор 10 горячего потока вентилируется воздухом, циркулирующим в системе 12 капота, причем вентиляционный воздух отводится от холодного потока и может выходить из капота вблизи выпускной кромки 13. При замене заднего участка 12R задним участком 21R (фиг.2 и 3) вентиляционный воздух будет выходить через выемки 27. Если этих выемок будет недостаточно для обеспечения свободного течения вентиляционного воздуха, можно использовать задний участок 28R (фиг.4 и 5), полностью идентичный заднему участку 21R, за исключением лишь того факта, что наружная и внутренняя поверхности 23, 24 в нем не скреплены по задним кромкам 25, 26 вдоль кромки выпускного отверстия 22. Более конкретно - между задними кромками 25 и 26 наружной и внутренней поверхностей 23, 24 образован периферийный зазор 29.

Таким образом, увеличено проходное сечение для потока воздуха, используемого для вентилирования генератора 10.

На фиг.6 и 7 представлен задний участок 30R, аналогичный заднему участку 21R (фиг.2 и 3), за исключением того, что выемки 27 в кромке 25 наружной поверхности 23 отсутствуют и заменены аналогичными выемками 31, вырезанными в кромке 26 внутренней поверхности 24. Очевидно, что выемки 31 глухие, так как закрыты наружной поверхностью 23.

Аналогично этому на фиг.8 и 9 представлен задний участок 32R, аналогичный заднему участку 28R, представленному на фиг.4 и 5, в котором, однако, выемки 27 отсутствуют и заменены выемками 31, как в заднем участке 30R (фиг.6 и 7). Таким образом, между задними кромками 25 и 26 образован периферийный зазор 33.

На фиг.10 представлен практический пример 34R осуществления задних участков 21R и 30R, представленных на фиг.2, 3 и 6, 7.

В заднем участке 34R предусмотрена насадка 35, образующая выпускное отверстие 22, к которой прикреплены пластины, или листы, 36, 37, совместно с плоскими поверхностями 38 и 39 насадки 35, образующие поверхности 23, 24. В одной из поверхностей 38, 39 насадки 35 вырезаны глухие прорези 40, представляющие собой выемки 27, 31.

Из приведенного описания легко понять, что глухие выемки согласно изобретению можно получать пробивкой, прорезанием, вдавливанием, штамповкой, поднутрением или любой другой операцией формования или механообработки.

Способ ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя заключается в выполнении выемок, предназначенных для ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя, по периферии выпускного отверстия, по меньшей мере, для одного из горячего и холодного потоков турбовентиляторного двигателя. Выемки выполняют глухими и вырезают их в одной из сходящихся кольцевых поверхностей, образующих выпускное отверстие, без прорезания в другую из сходящихся кольцевых поверхностей. Другое изобретение группы относится к турбовентиляторному двигателю, выполненному в соответствии с указанным выше способом. Изобретения позволяют обеспечить ослабление шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя и уменьшить при этом аэродинамическое сопротивление средств, обеспечивающих глушение шума. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя, содержащего
полую гондолу (1), имеющую продольную ось (L-L) и включающую в себя передний участок (2) с воздухозаборником, снабженный передней кромкой, и задний участок с выпускным отверстием для воздуха, содержащий наружную кольцевую поверхность и внутреннюю кольцевую поверхность, которые сходятся одна к другой, образуя заднюю кромку;
вентилятор (8), установленный в гондоле (1) напротив переднего участка (2) с воздухозаборником и предназначенный для создания холодного потока (9) для турбовентиляторного двигателя;
генератор (10), установленный в гондоле (1) вниз по потоку относительно вентилятора (8) и предназначенный для создания осевого горячего потока (11) турбовентиляторного двигателя; и
систему (12) капота, охватывающую генератор (10) горячего потока и включающую в себя задний участок, содержащий наружную кольцевую поверхность и внутреннюю кольцевую поверхность, которые сходятся одна к другой, образуя выпускное отверстие для горячего потока, причем система (12) капота ограничивает с гондолой канал (17) кольцевого поперечного сечения для холодного потока (9), и канал (17) заканчивается указанным задним участком гондолы с выпускным отверстием для воздуха, задняя кромка которого образует выпускное отверстие для холодного потока (9);
причем способ включает в себя выполнение выемок, предназначенных для ослабления шума реактивной струи турбовентиляторного двигателя, по периферии выпускного отверстия, по меньшей мере, для одного из указанных потоков, и отличается тем, что выемки (27, 31, 40) выполнены глухими, так как их вырезают в одной из сходящихся кольцевых поверхностей (23, 24), образующих выпускное отверстие (22), без прорезания в другую из сходящихся кольцевых поверхностей (23, 24).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глухие выемки (27, 40) прорезаны в наружной кольцевой поверхности (23) без прорезания во внутреннюю кольцевую поверхность (24).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что глухие выемки (31, 40) прорезаны во внутренней кольцевой поверхности (24) без прорезания в наружную кольцевую поверхность (23).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпускное отверстие (22) для горячего потока (11) обеспечено глухими выемками (27, 31, 40).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпускное отверстие (22) для холодного потока (9) обеспечено глухими выемками (27, 31, 40).

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что выпускное отверстие для горячего потока и выпускное отверстие для холодного потока обеспечены глухими выемками (27, 31, 40).

7. Способ по п.4, применимый к турбовентиляторному двигателю, в котором через систему (12) капота протекает вентиляционный воздух, предназначенный для регулирования температуры генератора (10) горячего потока, отличающийся тем, что вентиляционный воздух, по меньшей мере частично, выходит через глухие выемки (27, 31).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпускное отверстие (22) для, по меньшей мере, одного из упомянутых потоков ограничено сходящимися наружной и внутренней кольцевыми поверхностями, образованными совместно поверхностями насадки (35) и листами (36, 37), скрепленными с насадкой (35), причем глухие выемки (27, 31) образованы прорезями (40), выполненными в одной из поверхностей насадки (35).

9. Турбовентиляторный двигатель, отличающийся тем, что осуществляет способ по одному из пп.1-8.