一種聲學(xué)優(yōu)化的進(jìn)氣口的制作方法
【專利說明】一種聲學(xué)優(yōu)化的進(jìn)氣口
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域，特別地涉及渦輪發(fā)動機(jī)機(jī)艙的進(jìn)氣口，渦輪發(fā)動機(jī)即為飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。
[0003]以傳統(tǒng)的方式，飛機(jī)發(fā)動機(jī)被容納在位于飛機(jī)上各種位置的機(jī)艙中，或在翼中或翼下，或事實(shí)上在后機(jī)身，例如，其中這種機(jī)艙具有沿其軸線定向的進(jìn)氣口，在前面具有通常環(huán)形的前緣，并具有用于引導(dǎo)由發(fā)動機(jī)吸入的空氣的流線型輪廓。
[0004]由這種發(fā)動機(jī)發(fā)出的聲音主要來源于離開噴嘴的噴射流，并且也來源于風(fēng)機(jī)的噪聲，該噪聲由旋轉(zhuǎn)和移動通過風(fēng)機(jī)外殼的其葉片產(chǎn)生。
[0005]在跨聲速的速度下，葉片上流體的馬赫數(shù)局部地大于1，沖擊波在葉片的前緣形成并沿螺旋路徑從進(jìn)口的上游振幅減少地傳播，從而形成帶有諧波的噪聲，該諧波為葉片通頻的倍數(shù)。
[0006]為了限制將從發(fā)動機(jī)朝地面向前發(fā)出的噪聲的影響，該噪聲因此特別地在起飛和降落操作中是可聽到的，已經(jīng)提出建議使用具有倒角形狀的進(jìn)口輪廓的機(jī)艙。由于進(jìn)氣口的底部被延長，發(fā)動機(jī)的進(jìn)口平面因此向后傾斜。然而，這種延長逆流約束與重量相關(guān)，其相反往往盡可能多地縮短進(jìn)氣口。
[0007]已知特別地用于減少沖擊相關(guān)的噪聲的另一解決方案通過申請EP 1783346描述，其提出通過在其中制造溝槽或接頭而修改風(fēng)機(jī)外殼，以防止沖擊波在進(jìn)氣口傳播。不幸地，這些溝槽導(dǎo)致進(jìn)口聲學(xué)性能的明顯退化，帶有其他類型的噪聲，并且在巡航時，它們也對發(fā)動機(jī)的性能具有負(fù)面影響。
[0008]發(fā)明目的和內(nèi)容
[0009]申請人因此具有找到用于衰減由飛機(jī)發(fā)動機(jī)的風(fēng)機(jī)所導(dǎo)致噪聲的簡單設(shè)備的目的，特別地在起飛時與沖擊相關(guān)的噪聲，但不降低發(fā)動機(jī)在巡航條件下的氣動性能。
[0010]該目的通過圍繞風(fēng)機(jī)的機(jī)艙結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)，所述結(jié)構(gòu)包括:
[0011].具有內(nèi)側(cè)表面的進(jìn)氣口，所述內(nèi)側(cè)表面限定供氣通道；以及
[0012].布置在所述進(jìn)氣口中并且在展開位置和收縮位置之間可選擇地移動的至少一個環(huán)，在所述展開位置中，所述至少一個環(huán)從所述內(nèi)側(cè)表面徑向向內(nèi)移動，而沒有由此形成間隔以對來自所述風(fēng)機(jī)的沖擊波形成連續(xù)障礙，在所述收縮位置中，所述至少一個環(huán)從所述展開位置徑向向外移動，以與所述內(nèi)側(cè)表面齊平，從而重新組成所述供氣通道。
[0013]對于提供周向和徑向連續(xù)性的這種可伸縮結(jié)構(gòu)，有可能獲得對由風(fēng)機(jī)葉片發(fā)出的與沖擊相關(guān)的聲學(xué)噪聲的顯著減少或者甚至抑制，而在巡航條件下對發(fā)動機(jī)的性能沒有任何影響。
[0014]有利地，所述機(jī)艙結(jié)構(gòu)包括被連接到所述至少一個環(huán)的致動器，與所述致動器連通的控制單元，以及傳感器，所述傳感器檢測與所述展開和收縮位置分別對應(yīng)的第一和第二狀態(tài)，所述控制單元被配置成致使所述至少一個環(huán)在所述展開和收縮位置之間移動以響應(yīng)于由所述傳感器檢測的所述第一和第二狀態(tài)。
[0015]當(dāng)所述風(fēng)機(jī)是飛行器渦輪發(fā)動機(jī)風(fēng)機(jī)時，所述第一和第二狀態(tài)分別對應(yīng)于實(shí)施起飛或降落操作的所述飛行器以及進(jìn)行巡航飛行的所述飛行器。
[0016]優(yōu)選地，所述至少一個環(huán)由多個圓向布置的環(huán)形段形成，并且所述至少一個環(huán)距離所述風(fēng)機(jī)的葉片前緣幾十厘米，并具有幾毫米的高度和厚度。
[0017]在一個特定的實(shí)施方式中，所述機(jī)艙結(jié)構(gòu)具有三個軸向間隔分開的環(huán)，每個所述環(huán)具有不超過幾毫米的厚度和高度，并且所述環(huán)彼此間隔約10厘米。
[0018]本發(fā)明還提供了一種包括以上指定的機(jī)艙結(jié)構(gòu)的飛行器渦輪發(fā)動機(jī)，并且它還提供了一種在圍繞風(fēng)機(jī)的機(jī)艙結(jié)構(gòu)的供氣通道中衰減噪聲的方法，所述方法包括由以下組成的步驟:
[0019].檢測第一狀態(tài)；
[0020].響應(yīng)于所述第一狀態(tài)，從限定供氣通道的所述機(jī)艙結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)表面徑向向內(nèi)展開至少一個環(huán)，以對來自所述風(fēng)機(jī)的沖擊波提供障礙；
[0021].檢測不同于所述第一狀態(tài)的第二狀態(tài)；以及
[0022].響應(yīng)于所述第二狀態(tài)，從所述展開位置徑向向外收縮所述至少一個環(huán)，以與所述內(nèi)側(cè)表面齊平，從而重新形成所述供氣通道。
[0023]附圖簡要說明
[0024]在閱讀參考附圖給出的對本發(fā)明實(shí)施方式的以下描述后，可以更好地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0025].圖1是圍繞渦輪發(fā)動機(jī)風(fēng)機(jī)的機(jī)艙的局部縱向半剖視圖，并設(shè)置有本發(fā)明的噪聲降低系統(tǒng)；
[0026]?圖1A是圖1機(jī)艙的進(jìn)氣口的透視圖；
[0027]?圖2是圖1A機(jī)艙的進(jìn)氣口的展開視圖；以及
[0028].圖3是裝配有本發(fā)明的噪聲降低系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的圖1機(jī)艙的局部縱向半剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1是圍繞渦輪發(fā)動機(jī)動力裝置的風(fēng)機(jī)12的機(jī)艙10的局部縱向半剖視圖，例如飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。通常，該機(jī)艙在氣流穿過的方向中(在圖1中從左到右以及在圖2中參考F)包括:前環(huán)形部或進(jìn)氣口 100 ;中間環(huán)形部或風(fēng)機(jī)外殼102 ;以及后環(huán)形部104。該機(jī)艙通常通過桅桿或塔架(未示出)被固定到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0030]進(jìn)氣口，并且更特別地形成供氣通道的其內(nèi)側(cè)表面100A，被成形以確保在各種飛行條件下無湍流的流動:起飛、巡航和降落，從其前緣開始并升到風(fēng)機(jī)的葉片。
[0031]目前，由于高風(fēng)險以及每個領(lǐng)域中野心的、有時相互矛盾的目標(biāo)，當(dāng)設(shè)計風(fēng)機(jī)葉片時在機(jī)械、氣動和聲學(xué)工程師之間的交換正變得越來越復(fù)雜。此外，在葉片上修改的每個參數(shù)對其機(jī)械、氣動和聲學(xué)性能具有不同影響，使得必須找到一種能使噪聲減少而不影響風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計的技術(shù)解決方案。
[0032]本發(fā)明通過以下方式提供了解決方案:通過用于減少(甚至消除)由進(jìn)氣口向前發(fā)出的噪聲的有源系統(tǒng)，特別地來自風(fēng)機(jī)的與沖擊相關(guān)的噪聲，但不影響在巡航條件下的性能，其中巡航條件對于發(fā)動機(jī)的性能是關(guān)鍵的。
[0033]如圖1和圖1A所示，該系統(tǒng)20包含在從風(fēng)機(jī)12的葉片120上游的進(jìn)氣口 100的至少一個環(huán)22，該環(huán)22在展開位置和收縮位置(虛線)之間可選擇地移動，在該展開位