用于微噴氣旋轉(zhuǎn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的尾錐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于包括主體的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的后殼體，其產(chǎn)生通過(guò)主噴嘴（6）所噴射的主流（10），成形所述后殼體（7）以定位在主體的下游和在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)側(cè)上界定主噴嘴（6）下游的主流所跟著的通道。尾錐的特征在于它包括與供應(yīng)加壓氣體的系統(tǒng)的連接和至少一個(gè)穿孔（8），該加壓氣體通過(guò)該穿孔噴射到主流中。殼體優(yōu)選地包括用于繞著主體的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)其的至少一個(gè)裝置。
【專利說(shuō)明】用于微噴氣旋轉(zhuǎn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的尾錐
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域是渦輪機(jī)組的領(lǐng)域，并且更特別地是用于降低這些渦輪機(jī)組所發(fā)出噪音的裝置的領(lǐng)域。
[0002]商務(wù)客機(jī)通常裝配有旁路渦流發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管風(fēng)扇的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，后者通常定位在發(fā)動(dòng)機(jī)的上游。發(fā)動(dòng)機(jī)所吸入的氣團(tuán)分成主流和次級(jí)流，主流流過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)或主轉(zhuǎn)軸，次級(jí)流來(lái)自于風(fēng)扇，這兩種流是同心的。主流離開風(fēng)扇，經(jīng)過(guò)主轉(zhuǎn)軸，在這里它再次被壓縮，在燃燒室中加熱，引導(dǎo)到連續(xù)的渦輪機(jī)級(jí)，然后作為主氣流噴射。通過(guò)導(dǎo)管風(fēng)扇級(jí)壓縮次級(jí)或旁路流，然后不用加熱，直接地噴射。兩種流可以作為兩種同心流分開噴射，或者可替代地可以在噴射前，混合在同一個(gè)管道中。
[0003]渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常安裝在艙室中，配置它以使氣動(dòng)阻力盡可能地低；它包括上游的第一部件，其封裝風(fēng)扇，以及下游第二部件，其形成整流罩以引導(dǎo)次級(jí)或旁路流。在其下游部件中的主流在稱為主外殼的發(fā)動(dòng)機(jī)外殼和圓錐殼體之間被引導(dǎo)，該圓錐殼體在后部封閉發(fā)動(dòng)機(jī)和通常稱為尾錐。具有主外殼的艙室整流罩構(gòu)成次級(jí)或旁路流的噴射噴氣管，而具有尾錐的主外殼構(gòu)成主流的噴射噴氣管。
[0004]降低由于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣所引起的噪音是航空器制造者和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者一直關(guān)注的，并且為此提出各種方案。
[0005]目前所采取的措施之ー是使用百葉板，其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的主噴嘴。這種技術(shù)目前基本上用在流是分開的發(fā)動(dòng)機(jī)上。然而，盡管從聲學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，它是相當(dāng)有效的，但是對(duì)巡航飛行的性能具有負(fù)面影響。
[0006]エ業(yè)上已經(jīng)設(shè)想的另ー種方案是在環(huán)繞主流和/或次級(jí)旁路流的外売上使用微噴氣機(jī)，這些微噴氣機(jī)以圓形方位角分布在外売上，并且在各種入射角度和側(cè)向滑動(dòng)角度將空氣噴射成相應(yīng)的噴氣。然而，對(duì)各種裝置進(jìn)行的研究表明使用該性質(zhì)的控制系統(tǒng)可以獲得的聲學(xué)改進(jìn)是有限的，可以歸因于該外部噴氣控制方法缺少影響產(chǎn)生噪音的區(qū)域，在這種情況下噴嘴下游的能力的事實(shí)。問(wèn)題是使用位于噴氣機(jī)外側(cè)上的裝置，特別地在主噴嘴外唇區(qū)域中的裝置，所引入的擾動(dòng)快速地被層的渦流所同化，其中兩種流在該層中混合。這些擾動(dòng)對(duì)渦流發(fā)展的影響由此更多來(lái)源于混合層的初始條件的變化，而不是來(lái)源于對(duì)流的下游區(qū)域的直接作用，而噪音的主要來(lái)源位于這里。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)提出用于降低渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣噪音的新裝置來(lái)克服這些缺陷，其完成的比目前的裝置更好，并且在推力方面或在特定的燃料消耗方面不損害這些渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的巡航性能。
[0008]為此，本發(fā)明的一個(gè)主題是用于包括主轉(zhuǎn)軸的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的后殼體，其產(chǎn)生用于由主噴嘴所噴射的主流，所述后殼配置為定位在所述主轉(zhuǎn)軸的下游和在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)側(cè)上界定主噴嘴下游的所述主流所跟著的通道，其特征在于它包括與加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)的連接和至少ー個(gè)穿孔，該加壓氣體通過(guò)該穿孔噴射到所述主流中。
[0009]殼體的尾錐上穿孔的存在使得它可以通過(guò)改變與主流中獲得的靜壓カ比較的加壓氣體所噴射的條件，以沿著尾錐產(chǎn)生不穩(wěn)定流現(xiàn)象，其傳遍該尾錐的整個(gè)長(zhǎng)度和超過(guò)它，由此降低主流所產(chǎn)生的噴氣噪音。[0010]有利地，以這樣一種方式配置穿孔，這樣穿過(guò)它的噴氣與主流的方向呈20和90°之間的角度。這種定向的目的是引起噴氣盡可能遠(yuǎn)地穿透到主流中，并且更好地產(chǎn)生不穩(wěn)定流現(xiàn)象。
[0011]在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，配置穿孔，這樣噴氣以與所述殼體的表面呈直角噴射。
[0012]優(yōu)選地，殼體包括2和8之間數(shù)量的穿孔，所述穿孔繞著其周緣均勻地分布。兩個(gè)的最小數(shù)量使它可以在所采用的構(gòu)造中保持對(duì)稱性和降低振動(dòng)產(chǎn)生因素，而等同穿孔直徑和噴射速度的過(guò)多數(shù)量的穿孔具有流出太多空氣的缺陷。
[0013]在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，殼體包括用于將它繞著所述主轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的至少一個(gè)裝置。
[0014]轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝殼體由于給定平面中噴氣通過(guò)所引起擾動(dòng)的改變和持續(xù)到該平面中下一個(gè)穿孔行進(jìn)通過(guò)為止的平靜周期，可以產(chǎn)生不穩(wěn)定流現(xiàn)象。
[0015]本發(fā)明也涉及組件，包括上述殼體和加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)，其中設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的尺寸以給每個(gè)穿孔供應(yīng)小于或等于主流流速0.25%的流速。
[0016]在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)穿孔的截面和進(jìn)給系統(tǒng)尺寸，這樣當(dāng)噴氣通過(guò)所述穿孔時(shí)，它具有至多聲速的速度。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方式中，殼體包括用于將它繞著所述主轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的至少一個(gè)裝置，并且加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)輸送恒定的壓力。
[0018]在另一個(gè)實(shí)施方式中，殼體包括連接裝置，用于將其不動(dòng)地固定于所述主轉(zhuǎn)軸，以及根據(jù)時(shí)間調(diào)節(jié)進(jìn)給系統(tǒng)所輸送的壓力。
[0019]本發(fā)明最后涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其裝配有上述的組件。
[0020]在下面，通過(guò)參考所附的示意性附圖的純示例性和非限制性實(shí)施例所給出的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的解釋性詳細(xì)描述的過(guò)程期間，可以更好地理解本發(fā)明，并且其目的、細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將更清楚地顯而易見。
[0021]在這些圖中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的裝配有噪音降低裝置的旁路渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)后部的立體圖。
[0023]圖2是圖1發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面的示意圖；和
[0024]圖3是圖1渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主轉(zhuǎn)軸的后部的剖面圖。
[0025]參考圖1，其表示具有高旁路比率的旁路渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1，安裝在航空器(未示出)的吊架2上。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)I包括艙室3，其前部繞著風(fēng)扇和其后部形成用于次級(jí)或旁路流的噴嘴4。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的主轉(zhuǎn)軸封裝在連續(xù)的殼體中，該殼體終止于主外殼5的下游端，該主外殼分開主流和次級(jí)流。在內(nèi)側(cè)上，主流由尾錐7通過(guò)管道輸送，該尾錐和主外殼5 —起形成主流噴嘴6。尾錐7鉆穿有一系列穿孔8，其繞著在主噴嘴6下游的其周緣均勻地分布。目的是將加壓空氣的微噴氣9噴射到主流中的這些穿孔8以這種方式定向以至于在相對(duì)于渦輪機(jī)組I的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的徑向平面中進(jìn)行該噴射。盡管從圖1看這不是明顯的，使尾錐繞著渦輪機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣微噴氣9的方向不斷地被改變。
[0026]圖2表示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)I的后體。都是圓柱形狀的艙室3的下游端和主外殼5通過(guò)管道輸送次級(jí)或旁路流20，而由主外殼5的內(nèi)面和尾錐7通過(guò)管道輸送主流10。該圖也表示在尾錐7的外壁中所制成的穿孔8，其由未示出的供給系統(tǒng)供給加壓空氣。尾錐7連接內(nèi)殼體17，這樣尾錐能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，該內(nèi)殼體在主轉(zhuǎn)軸下游部分終止它。
[0027]圖3提供了發(fā)動(dòng)機(jī)大多數(shù)下游部件的詳細(xì)視圖，其中主流10在主外殼5和內(nèi)殼體17之間通過(guò)管道輸送。安裝尾錐7，這樣它可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，諸如齒輪裝置、滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承在該固定的內(nèi)殼體17上轉(zhuǎn)動(dòng)，未示出這些轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。也提供了用于控制尾錐相對(duì)于內(nèi)殼體17轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置(未示出)。該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置可以，例如由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)軸所驅(qū)動(dòng)的減速齒輪系統(tǒng)組成。
[0028]圖3也示意了微噴氣9的兩個(gè)可能的方向，該微噴氣噴射到主噴嘴6下游的主流中。在第一種情況中，微噴氣相對(duì)于渦輪機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線徑向地定向，并且在第二種情況中，它們的方向與該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線呈20°角度。這兩個(gè)值之間其它的噴射角度同樣地是可能的。在所有的情況中，噴氣在這樣的方向和具有的動(dòng)量下噴射，以至于它們深深刺穿到主流中，并且通過(guò)立刻與該流混合以沿著尾錐7的壁流動(dòng)而不擴(kuò)散。
[0029]現(xiàn)在將描述本發(fā)明用于降低渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的裝置工作的方式。
[0030]所建議的技術(shù)主要在于制造中心轉(zhuǎn)軸的部件，在這種情況下，尾錐7轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在于將其裝配有兩個(gè)或多個(gè)壓縮空氣的噴氣機(jī)，該噴氣機(jī)以合理的方位角分布在錐體的周緣上和連續(xù)地輸送該空氣。噴氣機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)由此將不穩(wěn)定構(gòu)件引入到噴氣機(jī)中，因?yàn)樵诮o定的徑向平面中，噴氣的通道在時(shí)間順序上接著是沒(méi)有擾動(dòng)的時(shí)刻。因此，所獲得的流體動(dòng)力學(xué)更接近尾流的流體動(dòng)力學(xué)，而不是混合層的流體動(dòng)力學(xué)。因此，引入到流中的這些擾動(dòng)可以期望不被混合層的渦流同化的太快，并且在基本上軸向范圍，甚或遠(yuǎn)至可能錐體的端部，維持它們的粘著性質(zhì)。
[0031]所建議的裝置特征也在于其極其簡(jiǎn)單:
[0032]-其優(yōu)化相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼉H僅涉及有限數(shù)量的參數(shù)，諸如穿孔8的數(shù)量和位置，噴氣的輸送速率和將要給予尾錐7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
[0033]-沒(méi)有可能進(jìn)入振動(dòng)的機(jī)械構(gòu)件，因此改善了裝置的可靠性。
[0034]-它只需要少量能量，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)時(shí)低質(zhì)量設(shè)定。
[0035]-它需要添加僅僅很少數(shù)量的部件，因此在機(jī)載質(zhì)量方面降低了成本。
[0036]-它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心轉(zhuǎn)軸的端部，在有不使用的空間的位置中，在現(xiàn)有技術(shù)中尾錐通常是空的。
[0037]-它不需要改變中心轉(zhuǎn)軸的形狀，因此不會(huì)引入氣動(dòng)力學(xué)損失。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)該裝置具有下面的特定參數(shù):
[0039]-噴射壓縮空氣的穿孔8的數(shù)量根據(jù)錐體7的直徑在2和8個(gè)之間變化。來(lái)源于這些穿孔的微噴氣9以方位角均勻地間隔，以維持渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)后體的幾何対稱性。這種對(duì)稱性的考慮可以克服隨著轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的ー些振動(dòng)問(wèn)題。
[0040]-微噴氣刺入主流中的角度可以如圖3中所示根據(jù)設(shè)想的情況，相對(duì)于噴氣機(jī)的軸線在20°和90°之間變化。噴氣可以特別地垂直于尾錐7的壁而定向。
[0041]_微噴氣9的輸送定義為主流的流速的百分比，允許發(fā)明適于各種現(xiàn)存渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)這些噴氣保持有效的流速，該流速每個(gè)穿孔8不超過(guò)主噴氣的
0.25%百分比。結(jié)果，即使錐體7裝配有穿孔8，這些穿孔所噴射的和離開壓氣機(jī)的流出空氣的流速不會(huì)超過(guò)主噴氣流速的2%。通過(guò)不過(guò)多地?fù)p害其發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛推力方面的性能，這種流出水平保持了與良好的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的相容性。起飛階段以外，并且特別地在巡航飛行期間，由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的噪音問(wèn)題不會(huì)強(qiáng)烈地感覺到，做噪音降低裝置從運(yùn)行移除的準(zhǔn)備，這樣它不會(huì)像在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中一樣降低熱力學(xué)效率或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
[0042]-給微噴氣進(jìn)給的噴射系統(tǒng)內(nèi)壓力可以設(shè)定在這樣的值，以至于微噴氣的空氣速度至多是聲速，就像它通過(guò)穿孔8 —樣。
[0043]-根據(jù)在錐體7上所安裝的穿孔8的數(shù)量和所采用的噴射壓力，穿孔8的尺寸可以從直徑0.0lm到0.05m變化。
[0044]-給予錐體7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度依賴于其尺寸，由此依賴于它所安裝于其上的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。舉例說(shuō)明，在具有0.76m直徑的主外殼5的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上，錐體7在其最寬部分具有0.30的直徑，并且以IlOOOrpm的速度被驅(qū)動(dòng)。
[0045]已經(jīng)描述了具有來(lái)自于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定的錐體的壓縮空氣的連續(xù)噴射的本發(fā)明的裝置，這具有產(chǎn)生噴射到主流10中流體的不穩(wěn)定流的作用，其起點(diǎn)定位在該主流的中心。如前面已經(jīng)記載的，不穩(wěn)定的性質(zhì)來(lái)源于在給定平面中擾動(dòng)的改變，該擾動(dòng)由于噴氣9的通過(guò)和持續(xù)到該平面中下個(gè)穿孔8行進(jìn)通過(guò)的平靜周期而引起。可以設(shè)想實(shí)現(xiàn)相同功能的其它裝置，并且這些都落入本發(fā)明的上下午范圍內(nèi)。
[0046]舉例說(shuō)明，可以從不連接固定錐體7，但具有壓縮空氣噴射器的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)帶獲得該不穩(wěn)定的噴射，這將產(chǎn)生相同的作用。通過(guò)組織壓力的脈沖調(diào)制，甚至可以從固定的噴射器或通過(guò)不動(dòng)的尾錐7獲得它，該壓力施加于通過(guò)穿孔8的空氣。然后，壓力調(diào)制將產(chǎn)生期望的不穩(wěn)定效果和在主流中的動(dòng)力學(xué)效果，后者將產(chǎn)生噪音降低。
【權(quán)利要求】
1.一種用于包括主轉(zhuǎn)軸的潤(rùn)輪發(fā)動(dòng)機(jī)的后殼體，其產(chǎn)生用于由主噴嘴(6)所噴射的主流(10)，所述后殼體(7)配置為定位在所述主轉(zhuǎn)軸的下游和在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)側(cè)上界定主噴嘴(6)下游的所述主流所跟著的通道，所述殼體包括與加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)的連接和至少一個(gè)穿孔(8)，該加壓氣體通過(guò)該穿孔噴射到所述主流中，其特征在于它包括用于繞著所述主轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線將其轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的至少一個(gè)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的殼體，其中配置穿孔(8)，這樣通過(guò)它的噴氣(9)與主流(10)的方向呈20和90°之間的角度。
3.如權(quán)利要求2所述的殼體，其中配置穿孔(8)，這樣噴氣(9)以與所述殼體的表面呈直角噴射。
4.如權(quán)利要求1至3中之一的殼體，包括2和8個(gè)之間的穿孔(8)的數(shù)量，所述穿孔繞著它的周緣均勻地分布。
5.如權(quán)利要求1所述的殼體，包括用于繞著所述主轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線將其轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的至少一個(gè)裝置。
6.一種組件，包括如權(quán)利要求1至5中之一所述的殼體和加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)，其中設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的尺寸以給每個(gè)穿孔(8)供應(yīng)小于或等于主流流速0.25%的流速。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中設(shè)計(jì)穿孔(8)的截面和進(jìn)給系統(tǒng)尺寸，這樣當(dāng)噴氣(9)通過(guò)所述穿孔時(shí)，它具有至多聲速的速度。
8.—種組件，其包括如權(quán)利要求1至7中之一所述的殼體和輸送恒定壓力的加壓氣體進(jìn)給系統(tǒng)。
9.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其裝配有如權(quán)利要求6至8中之一所述的組件。
【文檔編號(hào)】F02K3/06GK103597195SQ201280022342
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月12日
【發(fā)明者】亞歷山大·阿弗萊德·加斯頓·維勒敏, 馬克西姆·凱尼格, 彼得·喬丹, 伊夫斯·格威斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪, 國(guó)家科學(xué)研究中心, 普瓦捷大學(xué), 恩斯瑪