ВЕРТОЛЕТНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С УРОВНЕМ ШУМА, ПОНИЖАЕМЫМ С ПОМОЩЬЮ ШУМОГЛУШИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЖЕКТОРА Российский патент 2012 года по МПК F02C7/24 

Описание патента на изобретение RU2451193C2

Область и уровень техники

Изобретение относится к газотурбинным вертолетным двигателям.

В результате мер, предпринятых для снижения шума, создаваемого вращением лопастей несущего винта вертолета, заявитель обнаружил, что шум газотурбинных двигателей составляет значительную часть общего уровня шума вертолета.

Следовательно, ощутимое дополнительное снижение шума может быть достигнуто подавлением шума самих газотурбинных двигателей.

С этой целью, согласно ЕР 1010884 предложено снабдить стенки многоканального выхлопного патрубка, забирающего выходящий из турбины газ, звукопоглощающим покрытием. Ввиду параметров звуковых частот, подлежащих ослаблению, покрытие является относительно толстым и имеет значительную массу, к тому же материал покрытия должен выдерживать температуру первичного потока, выходящего из турбины. Кроме того, толщина покрытия не позволяет обеспечить для газового потока из турбины достаточную аспирацию возможного вторичного потока, используемого для охлаждения отсека двигателя, через канал, окружающий выхлопной патрубок, вследствие чего звукопоглощающая обработка выхлопного патрубка не совместима с нормальным функционированием эжектора.

Цель и сущность изобретения

Технической задачей изобретения является устранение упомянутых недостатков и для этого предложен вертолетный газотурбинный двигатель с камерой сгорания, по меньшей мере, одной турбиной, расположенной сзади по потоку от камеры сгорания и забирающей газообразные продукты сгорания, выделяемые последней, выхлопной патрубок, часть которого образует диффузор, присоединенный сзади по потоку относительно турбины, и эжектор, передняя по потоку часть которого окружает задний по потоку конец диффузора и образует совместно с ним выпускной канал для вторичного потока охлаждающего воздуха отсека двигателя, причем эжектор продолжается назад по потоку дальше заднего по потоку конца диффузора и содержит стенку, по меньшей мере, частично образованную шумоглушителем, рассчитанным на глушение звуковых частот, исходящих от турбин(ы) и/или камеры сгорания.

В газотурбинном вертолетном двигателе скорость выброса газов, выходящих из турбины, максимально снижена с целью оптимизации преобразования энергии газов в механическую энергию. Уровень шума в области выпускного отверстия выхлопного патрубка, следовательно, обусловлен в основном вращением деталей двигателя, в особенности турбин(ы), то есть ближайшей вращающейся части, а также работой камеры сгорания. Поэтому сделав из стенки эжектора шумоглушитель, работающий в определенном диапазоне звуковых частот, вырабатываемых при вращении турбин(ы) и/или при работе камеры сгорания, можно достичь эффективного снижения уровня шума, при этом вторичный поток предохраняет стенку эжектора от воздействия выходящих из турбины горячих газов.

Шумоглушитель, следовательно, может быть изготовлен из легкого металлического материала, например, на основе титана, т.е. из титана или титанового сплава, так что присутствие шумоглушителя не ухудшает конструкцию с точки зрения массы. Кроме того, в области эжектора достаточно места для шумоглушителя в виде, например, резонатора Гельмгольца толщиной в несколько сантиметров, рассчитанного на подавление частот от нескольких сотен герц до нескольких килогерц, порождаемых при работе турбин(ы) и камеры сгорания, без влияния на работу эжектора.

Следует отметить, что задача шумоподавления на выходе газовой турбины вертолетного двигателя совершенно отлична от аналогичной задачи, связанной с газовой турбиной самолетного двигателя. В случае с самолетным газотурбинным двигателем стоит задача обеспечения реактивной силы, для чего необходимо выталкивание большой массы газа с большой скоростью. Возникающий при этом шум состоит в основном из шума газовой струи, против которого бесполезен шумоглушитель в стенке канала.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения следует прочесть следующее далее подробное описание, приведенное лишь в качестве руководства, но не подразумевающее ограничений, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид вертолетного газотурбинного двигателя, и

фиг.2 - местный вид диффузора и эжектора вертолетного двигателя согласно варианту осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг.1 схематично показан вертолетный газотурбинный двигатель, содержащий компрессорную ступень 10 (например, центробежный компрессор), забирающую наружный воздух из кольцевого канала 12 подачи воздуха, кольцевую камеру 14 сгорания (например, противоточную), снабженную инжекторами (не показанными на чертеже), в которую подается топливо и первичный воздух из компрессора, турбину 16 для приведения в действие компрессора 10, соединенную с последним посредством вала 18, и силовую турбину 20 (например, одноступенчатую), соединенную посредством вала 22 с зубчатым механизмом, подающим механическую энергию на выходной вал 24, причем валы 18 и 22 соосны.

В направлении назад по потоку, т.е. в направлении (по стрелке F) потока газов, выходящих из камеры сгорания, силовую турбину 20 продолжает выхлопной патрубок, содержащий диффузор 26 и эжектор 30 (фиг.2).

Диффузор 26 забирает горячий первичный газовый поток, выходящий из силовой турбины 20, и вместе с эжектором 30 замедляет его таким образом, чтобы энергия газов, проходящих сквозь турбину 16, в наибольшей степени преобразовывалась в механическую энергию, передаваемую выходному валу. Эжектор изогнут, по меньшей мере, у заднего по потоку конца (известным способом), чтобы препятствовать направлению потока выходящих газов вдоль линии центров двигателя в заднюю часть вертолета.

С переднего по потоку конца эжектор 30 прикреплен к корпусу двигателя (не показанному на чертеже) и окружает задний по потоку конец диффузора 26, обеспечивая кольцевой зазор 32. «Холодный» вторичный воздушный поток, используемый для охлаждения оборудования, расположенного в отсеке двигателя, проходит вокруг камеры сгорания, турбин 16, 20 и диффузора 26 в сборе. Диффузор имеет «прямую» форму, в отличие от «лепестковой» формы, используемой для смешения первичного и вторичного газовых потоков. Таким образом, вторичный газовый поток выходит через зазор 32 и протекает вдоль наружной поверхности эжектора 30. Выходу вторичного газового потока способствует эффект аспирации, вызываемый первичным газовым потоком на выходе диффузора.

С внутренней стороны эжектор содержит стенку, образованную шумоглушителем 34 и простирающуюся, по меньшей мере, на часть длины эжектора. Из соображений удобства изготовления шумоглушитель 34 может быть выполнен из нескольких последовательно примыкающих друг к другу частей.

Как подробно показано на фиг.2, шумоглушитель может быть образован набором примыкающих друг к другу полостей или ячеек 34а, разделенных стенками 34b, образуя, например, сотовую структуру. Стенки 34b идут перпендикулярно поверхности эжектора, от задней стороны 34 с, образованной герметичной жесткой пластиной или листом (не пропускающими звуковые волны), до передней стороны 34b, образованной пластиной или листом, пропускающими звуковые волны. Передняя пластина или лист 34d может содержать, например, перфорацию. Также можно использовать звукопроницаемую пористую пластину или лист, пропускающие звуковые волны, подлежащие глушению.

Глубина полостей 34а (расстояние между передней и задней сторонами) выбирается в зависимости от длины звуковых волн, подлежащих глушению. Последние, генерируемые в основном турбинами 16, 20 или камерой сгорания 14, имеют частоту от нескольких сотен герц до нескольких килогерц, что требует глубины полости (составляющей четверть длины волны) в несколько сантиметров.

Благодаря тому что эжектор омывается с внутренней стороны «холодным» вторичным потоком, материал шумоглушителя можно выбирать из достаточно большого ряда, в основном из легких материалов. Например, можно использовать титан. Также можно выбрать другие металлы или неметаллические материалы.

Для осуществления наилучшего возможного глушения шума желательно, чтобы шумоглушитель продолжался по всей длине эжектора и чтобы его длина превышала длину диффузора. Может быть выбрано соотношение длин эжектора и диффузора не менее 1:1.

Описанная конструкция шумоглушителя принадлежит к типу, известному как глушитель Гельмгольца, но можно использовать другие типы глушителей, выполненные, например, из вспененных или керамических, а также пористых металлических материалов.

Похожие патенты RU2451193C2

название год авторы номер документа
ШУМОГЛУШИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЛУШЕНИЯ ШУМА В ВЕРТОЛЕТНОМ ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ И ДВИГАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ЭТИМ УСТРОЙСТВОМ 2007
  • Бод Пьер
RU2457344C2
ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2002
  • Кокшаров Н.Л.
  • Баяндин А.Я.
RU2243399C2
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ВЫХЛОПНОМ ТРАКТЕ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ОСЕРАДИАЛЬНЫЙ ДИФФУЗОР СИЛОВОЙ ТУРБИНЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2016
  • Зарипов Юлай Мидхатович
  • Халиуллин Рузиль Сахиуллович
RU2654556C2
СИСТЕМА ШУМОГЛУШЕНИЯ ВЫХЛОПНОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА 2022
  • Назаров Эдуард Борисович
RU2796991C1
ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА 1992
  • Грехнев В.А.
RU2042837C1
ГЛУШИТЕЛЬ-НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1998
  • Кутенев В.Ф.
  • Корнилов Г.С.
  • Панчишный В.И.
  • Моисеев С.П.
RU2205964C2
ГЛУШИТЕЛЬ-НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 1998
  • Корнилов Г.С.
  • Панчишный В.И.
  • Моисеев С.П.
  • Осипов Б.И.
RU2187661C2
ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ЭЖЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Костюков Владимир Николаевич
RU2362033C2
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ НАПРАВЛЯЮЩИЙ КОНУС ДЛЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С УСТРОЙСТВОМ ЗВУКОВОГО ОСЛАБЛЕНИЯ 2010
  • Бути Эрик Жан-Луи
  • Рего Пьер-Люк
  • Валлон Антуан
RU2546140C2
ШУМОГЛУШИТЕЛЬ 2011
  • Шмидт Юрген
  • Хербиг Михаэль
RU2559419C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 451 193 C2

Реферат патента 2012 года ВЕРТОЛЕТНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С УРОВНЕМ ШУМА, ПОНИЖАЕМЫМ С ПОМОЩЬЮ ШУМОГЛУШИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЖЕКТОРА

Вертолетный газотурбинный двигатель содержит камеру сгорания, турбину, забирающую продукты сгорания, выпускаемые из камеры сгорания, выхлопной патрубок, часть которого образует диффузор, присоединенный сзади по потоку относительно турбины, и эжектор. Передняя по потоку часть эжектора окружает задний по потоку конец диффузора и образует совместно с ним выпускной канал для потока охлаждающего воздуха наружного контура. Эжектор продолжается в заднем по потоку направлении дальше заднего по потоку конца диффузора. Выпускной канал имеет кольцевую форму, образованную передней по потоку частью эжектора и задним по потоку концом диффузора. Задний по потоку конец диффузора имеет не лепестковую форму, посредством чего вторичный поток охлаждающего воздуха, выходящий через кольцевой выпускной канал, протекает вдоль наружной поверхности эжектора. Эжектор имеет стенку, образующую внутреннюю поверхность эжектора, по меньшей мере, частично образованную шумоглушителем, рассчитанным на глушение звуковых частот, генерируемых при вращении турбины и/или при работе камеры сгорания. Изобретение позволяет повысить эффективность глушения шума без увеличения массы двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 451 193 C2

1. Вертолетный газотурбинный двигатель, содержащий камеру сгорания (14), по меньшей мере, одну турбину (16, 20), расположенную сзади по потоку относительно камеры сгорания и забирающую газообразные продукты сгорания, выпускаемые из камеры сгорания, выхлопной патрубок, часть которого образует диффузор (26), присоединенный сзади по потоку относительно турбины, в направлении потока газообразных продуктов сгорания, и эжектор (30), передняя по потоку часть которого окружает задний по потоку конец диффузора и образует совместно с ним выпускной канал (32) для потока охлаждающего воздуха наружного контура отсека двигателя, причем эжектор продолжается в заднем по потоку направлении дальше заднего по потоку конца диффузора,
причем выпускной канал (32) имеет кольцевую форму, образованную передней по потоку частью эжектора (30) и задним по потоку концом диффузора (26), который имеет нелепестковую форму, посредством чего вторичный поток охлаждающего воздуха, выходящий через кольцевой выпускной канал (32), протекает вдоль наружной поверхности эжектора (30),
при этом эжектор (30) имеет стенку, образующую внутреннюю поверхность эжектора, по меньшей мере, частично образованную шумоглушителем (34), рассчитанным на глушение звуковых частот, генерируемых при вращении турбин(ы) (16, 20) и/или при работе камеры (14) сгорания.

2. Вертолетный двигатель по п.1, в котором шумоглушитель (34) образован резонатором Гельмгольца.

3. Вертолетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что шумоглушитель (34) изготовлен из металлического материала на основе титана.

4. Вертолетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что соотношение осевых длин эжектора (30) и диффузора (26) составляет, по меньшей мере, 1:1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2451193C2

ТЕРМОРЕГУЛЯТОР 1993
  • Маловичко Владимир Валентинович
  • Яковлев Лев Николаевич
RU2044359C1
US 6615576 A, 09.09.2003
US 6672424 B2, 06.01.2004
ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА 2000
  • Белов Е.В.
  • Кочергин А.В.
  • Сивков А.Л.
RU2175072C1
US 4018046 А, 19.04.1977
Способ обезвреживания отходов,содержащих перекисные соединения 1979
  • Овчаров Александр Григорьевич
  • Сурков Анатолий Петрович
  • Решетникова Эмма Ивановна
  • Ситников Геннадий Михайлович
  • Шубенина Валентина Александровна
  • Якушин Лев Борисович
SU865838A1

RU 2 451 193 C2

Авторы

Бод Пьер

Жуаншико Дидье

Даты

2012-05-20Публикация

2007-09-19Подача