專利名稱：降低飛機推進發(fā)動機噴流所排放噪聲的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機推進領(lǐng)域，并涉及到降低推進發(fā)動機噴流所排放噪聲的裝置，特別是裝有這種裝置的渦輪噴氣發(fā)動機。
背景技術(shù)：
噪聲污染目前是機動車輛和飛機制造企業(yè)研究的重要領(lǐng)域，他們將降低包括推進發(fā)動機一特別是渦輪噴氣發(fā)動機一噪聲在內(nèi)的令人討厭的噪音看做是其主要的目標之
O渦輪噴氣發(fā)動機通常是一種多流路裝置，所述裝置帶有構(gòu)成燃氣發(fā)生器的發(fā)動機部件所排放的熱的中央主氣流，和至少一種與主氣流同心的冷氣流，后者又稱之為副氣流。燃氣發(fā)生器包括驅(qū)動風(fēng)扇的燃氣渦輪發(fā)動機，空氣通過風(fēng)扇被直接壓縮并導(dǎo)入所謂的與主·氣流通道同心的副氣流通道內(nèi)。這些氣流在經(jīng)由單個噴管噴入大氣或經(jīng)由同心噴管分別噴出之前在燃氣發(fā)生器的正下游予以混合。雖然噪聲源很強而且很多，但在發(fā)動機以最大功率工作的飛機起飛階段，噴流噪聲總是占主導(dǎo)地位。這種噪聲是由于高擾動和氣流混合區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的剪切層造成的，氣流混合區(qū)域具有不同的物理特性，諸如主氣流和副氣流之間或副氣流和周圍大氣之間。這種噪聲為寬帶噪聲，特別是，其強度會隨著噴流的速度而增加。噴流噪聲在現(xiàn)代飛機上通過增加稀釋比而大大降低，稀釋比是冷氣流和熱氣流之間的比例。然而，該噪聲依然需要進一步降低。目前，為降低噪聲所采用的其中一種手段就是使用稱之為人字形構(gòu)件(chevron)的裝置，在單獨流路發(fā)動機中，這種人字形構(gòu)件安裝在發(fā)動機主氣流噴管上。雖然在起飛和巡航時對發(fā)動機性能具有不利影響，但這種方案因為其可衰減噴氣噪聲而被采用。本發(fā)明的目的是生產(chǎn)可提高噪聲衰減裝置效能的裝置，所述噪聲衰減裝置由人字形構(gòu)件組成，不會影響發(fā)動機的性能。此外,人們已知其它一些通過加速噪聲與周圍介質(zhì)混合的方式來衰減由高速燃氣噴流所致的噪聲的裝置。這些裝置都是產(chǎn)生輔助噴流，其與主噴流是分開的，并沿其周圍分布。輔助噴流沿下游方向流動，而下游方向相對于主噴流的縱軸為傾斜的，可能帶有切向分量。專利FR I 195 859中已經(jīng)介紹了這種原理，SNECMA的專利FR I 542 668介紹了有關(guān)通風(fēng)噴管的另外一種實施方式。專利EP I 580 418介紹了用于燃氣渦輪發(fā)動機噴管的噪聲衰減裝置，所述發(fā)動機在下游邊緣裝有人字形構(gòu)件，包括多個方位布置管與之連接的總管。所述管子與人字形構(gòu)件相連，在其后緣下游排出氣體。當這些管子經(jīng)由總管輸入氣流時，空氣或另一種氣體就會直接噴入每個人字形構(gòu)件下游所產(chǎn)生的漩渦中。該空氣通過向漩渦中心注入能量可使其減弱過程推遲。在§21中提到，壓縮空氣的小量噴流會噴入漩渦而與之相互作用，從而一方面可提高渦旋核心和副氣流之間的混合，而另一方面則會提高副氣流和環(huán)境空氣之間的混合。于是，旋渦的弱化被推遲了，而旋渦則會在噴管后緣下游的很大距離上始終保持其內(nèi)聚性，從而達到降低噴流噪聲的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進一步降低排氣噴管中的噴流噪聲，所述噴管沿其下游邊緣周圍裝有人字形構(gòu)件，術(shù)語“下游”和“上游”系指燃氣噴流的方向。為此，本發(fā)明涉及排氣噴管，特別是飛機推進裝置，所述噴管包括至少一個下游部件，其帶有所謂的人字形后緣，由沿噴管周圍分布的人字形構(gòu)件組成。每個人字形構(gòu)件在上游橫向平面和下游橫向平面之間向下游延伸，自由邊緣朝向兩個匯合下游方向，形成所述后緣，所述人字形構(gòu)件在噴管排放的噴流的邊界處產(chǎn)生旋渦。根據(jù)本發(fā)明，噴管的特征在于，其包括了噴射輔助噴氣流的裝置，所述裝置位于所述人字形構(gòu)件所述自由邊緣的上游，并在人字形構(gòu)件所述上游平面的上游排出氣體，這些裝置可噴射輔助燃氣流，從而能夠在自由邊緣上游產(chǎn)生所述旋渦。為此，與專利EP I 550 418相比，在形成旋渦的上游采取措施。在人字形構(gòu)件上 游噴射空氣，這樣，可在噴射平面之前產(chǎn)生旋渦，從而提高了剪切層的混合。該方案具有兩個好處，其能夠改善混合組織并可降低低頻，同時，可利用輔助噴流或微噴流的優(yōu)點，在高頻時造成的不利影響低于人字形構(gòu)件單獨所產(chǎn)生的影響。此外，與專利EP I 550 418的教導(dǎo)相關(guān)，構(gòu)成輔助噴氣流的空氣輸送管可以置放在噴管的厚度內(nèi)；噴管的噴射不會一直延伸到人字形構(gòu)件，人字形構(gòu)件的總體尺寸(即氣動力損失的來源)則不會增加。由于輔助噴流噴射裝置在人字形構(gòu)件所述上游平面的上游排放，渦旋會更有效地產(chǎn)生。更具體地來講，因采用帶有軸向?qū)ΨQ平面的人字形構(gòu)件，輔助噴流噴氣裝置可在所述對稱平面的任一側(cè)排放氣流。為了優(yōu)化輔助噴流的效果，后者可能帶有一個或多個如下特性輔助噴流朝向沿噴管軸線方向，與所述軸線的夾角在10到50°之間。輔助噴流的方向帶有切向分量。沿噴管周圍分布的輔助噴流都具有相同方向或不同方向。更具體地來說，與每個人字形構(gòu)件相連的輔助噴流都具有不同的方向。人字形構(gòu)件都呈大體三角形或梯形形狀。本發(fā)明特別涉及到多路式渦輪噴氣發(fā)動機，所述發(fā)動機包括至少一個排氣噴管，所述噴管帶有至少其中一項上述特性。這個噴管可以是主氣流噴管、副氣流噴管或二者兼有。在混合流路式渦輪噴氣發(fā)動機的情況下，本發(fā)明還應(yīng)用于氣流混合器。


通過閱讀如下參照附圖給出的說明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來，附圖如下圖I示出了本發(fā)明所適用的雙路式渦輪噴氣發(fā)動機，所示為軸向截面；圖2示出了翼下安裝式渦輪噴氣發(fā)動機的排氣噴管，包括本發(fā)明的裝置，所示為四分之三后視圖；圖3詳細示出了人字形構(gòu)件，本發(fā)明的排放輔助氣體的裝置與之相連。
具體實施例方式圖I所示渦輪噴氣發(fā)動機I為雙路式和雙體式，圍繞軸線X-X'對稱的旋轉(zhuǎn)體，采用獨立的氣流排放。按照已知方式，這種渦輪噴氣發(fā)動機I在作為其各個部件機匣的短艙2內(nèi)裝有進氣口 3，入口氣流F穿過該進氣口，然后流過輸入風(fēng)扇4。該氣流F然后經(jīng)由中間機匣5分成主氣流FP和副氣流FS，中間機匣的端部構(gòu)成分離器頭部。在本發(fā)明說明的其余部分中，術(shù)語“上游”和“下游”系指在渦輪噴氣發(fā)動機I內(nèi)氣流流動方向上沿縱軸X-X^的軸向位置。副氣流FS流過同步級，然后經(jīng)由冷或副氣流噴管20而在渦輪噴氣發(fā)動機的下游排出。主氣流FP接連流過低壓壓縮級6、高壓壓縮級7、燃燒室8、高壓渦輪級9和低壓渦輪級10，最后經(jīng)由主氣流噴管30而排出渦輪噴氣發(fā)動機。
這種渦輪噴氣發(fā)動機的短艙2為環(huán)形，圍繞縱軸IV同軸布置。短艙可輸送渦輪噴氣發(fā)動機所產(chǎn)生的氣流，形成內(nèi)外氣動力氣流流動線路。進氣口 3軸線與渦輪機I的旋轉(zhuǎn)軸線X-X'重合，進氣口包括進氣道11和進氣道錐體12。后者可圍繞軸線\_V實現(xiàn)總通量F的氣動力導(dǎo)向和分布。主氣流噴管30與排氣道錐體31 —起形成環(huán)形空間，主氣流FP經(jīng)由該空間排出。副氣流噴管20與主氣流導(dǎo)流罩一起形成環(huán)形空間，副氣流FS經(jīng)由該空間排出。在圖2所示示例中，懸掛發(fā)動機的外掛架P穿過這些環(huán)形空間。眾所周知，在一個或兩個噴管邊緣的下游，采用三角形或梯形板形式來布置構(gòu)件可降低噴流噪聲，此處所示圖2實施例中為兩個噴管。稱之為人字形構(gòu)件的這些部件40，在其最寬處固定到噴管上，并在與噴管排放截面一致的上游平面和下游平面之間延伸；人字形構(gòu)件與發(fā)動機縱軸XX之間的夾角優(yōu)選為非零角。此處，所有的人字形構(gòu)件都為相同形狀和相同尺寸，但同樣，它們也可沿噴管周圍采用不同形狀和尺寸。人字形構(gòu)件的自由邊緣朝向上游平面和下游平面之間的收斂方向。人字形構(gòu)件為平直的或包括彎曲部分。因此，后緣的形狀通常沿噴管周圍為鋸齒形。這種布置有利于主氣流和副氣流之間以及副氣流和周圍空氣之間的剪切層內(nèi)漩渦的產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明，通過在人字形構(gòu)件自由邊緣41和42的上游產(chǎn)生漩渦可提高人字形構(gòu)件的效能。在人字形構(gòu)件自由邊緣41和42的上游，更確切地說，是在上游平面43的上游，經(jīng)由噴射輔助噴流裝置50內(nèi)所包括的裝置，將輔助氣流噴入主噴流或副噴流，便可獲得如上所述的這種結(jié)果。圖3示出了人字形構(gòu)件40。在該示例中，其呈三角形并經(jīng)由其位于上游平面43的邊緣剛性連接到副噴管20上。從軸線XX可以看出，噴管20的內(nèi)表面上設(shè)有兩個孔51和52，排氣管53和54經(jīng)由這兩個孔來提供來自總管55的空氣或燃燒氣體。在圖2中可以看到沿副氣流導(dǎo)流罩布置的一部分管路。來自總管55的輸送空氣由閥門56控制。兩個孔51和52位于上游平面43的上游，當噴流噪聲衰減器工作時，兩個孔可輸送輔助噴流Al。在所示實施例中，噴流朝向主噴流的軸線，兩個噴流均沿邊緣方向。優(yōu)選地，以可能等于人字形構(gòu)件傾斜角的角度，噴流沿發(fā)動機軸線方向傾斜，這些噴流與所述人字形構(gòu)件相關(guān)。在另一個實施例中，噴流方向不同；例如，它們可以是叉開的。其間隔和直徑都是要考慮的參數(shù)。同樣情況也適用于副氣流的氣動力參數(shù)，諸如壓力、溫度和流量。
圖3示出了人字形構(gòu)件兩個輔助噴流形成用的兩個孔，但是，提供不同數(shù)量輔助噴流和不同于的布置形式也都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在飛機起飛階段啟動噴氣噪聲衰減器時，閥門56動作，在燃氣發(fā)生器的水平上，在總管和氣源之間建立聯(lián)系。來自孔51和52的輔助噴流產(chǎn)生漩渦，這些旋渦因為其所處的位置而在流過人字形構(gòu)件自由邊緣41和42時得到增強。在人字形構(gòu)件下游以這樣方式建立的對轉(zhuǎn)旋渦能量較大，使得氣流混合得到改 善，降低了低頻福射。
權(quán)利要求
1.一種排氣噴管，其用于飛機推進發(fā)動機，包括至少一個帶有所謂人字形構(gòu)件的后緣的下游部件，由沿噴管周圍分布的人字形構(gòu)件(40)構(gòu)成，帶有自由邊緣的每個人字形構(gòu)件在上游橫向平面(43)和下游橫向平面之間向下游延伸，自由邊緣朝向兩個匯合下游方向并形成所述后緣 ，人字形構(gòu)件在噴管排放的噴流邊界處產(chǎn)生旋渦，其特征在于，其包括可噴射輔助噴氣流(Al)的裝置(50)，所述輔助噴氣流在人字形構(gòu)件所述自由邊緣(41，42)的上游噴射，這樣，就可在人字形構(gòu)件所述上游平面(43)的上游排出，從而在人字形構(gòu)件自由邊緣的上游產(chǎn)生所述旋渦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴管，人字形構(gòu)件(40)具有軸向?qū)ΨQ平面，輔助噴氣流噴射裝置布置成在所述對稱平面的任一側(cè)上噴射輔助噴氣流。
3.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，輔助噴氣流噴射裝置是這樣布置的，即以相對于所述軸線的10°和50°之間的角度，沿噴管軸線方向噴射輔助噴氣流。
4.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，包括輔助噴氣流噴射裝置，其布置成噴射具有切向分量的輔助噴氣流。
5.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，其人字形構(gòu)件呈大體三角形或梯形形狀。
6.一種多路式渦輪噴氣發(fā)動機，包括至少一個根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的排氣噴管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排氣噴管，其用于飛機推進發(fā)動機，包括至少一個帶有所謂人字形構(gòu)件的后緣的下游部件，由沿噴管周圍分布的人字形構(gòu)件(40)構(gòu)成，每個人字形構(gòu)件在上游橫向平面(43)和下游橫向平面之間向下游延伸，自由邊緣朝向兩個匯合下游方向并形成所述后緣，人字形構(gòu)件在噴管排放的噴流邊界處產(chǎn)生旋渦，噴管的特征在于，其包括可噴射輔助噴氣流(A1)的裝置(50)，所述輔助噴氣流在人字形構(gòu)件所述自由邊緣(41，42)的上游噴射，這樣，就可在人字形構(gòu)件所述上游平面(43)的上游排出，從而在人字形構(gòu)件自由邊緣的上游產(chǎn)生所述旋渦。
文檔編號F02K1/46GK102893009SQ201180023234
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者紀堯姆·博德爾德, 亞歷山大·阿爾佛雷德·加斯頓·威勒敏 申請人:斯奈克瑪