BR112012028535B1

BR112012028535B1 - Bocal de exaustão de gás e turbojato multifluxo

Info

Publication number: BR112012028535B1
Application number: BR112012028535-1A
Authority: BR
Inventors: Guillaume Bodard; Alexandre Alfred Gaston Vuillemin
Original assignee: Snecma
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2020-12-15
Also published as: FR2960028B1; FR2960028A1; WO2011141678A1; CA2798679A1; US20130055718A1; CN102893009B; RU2012152095A; EP2569527A1; US9422887B2; EP2569527B1; BR112012028535A2; JP6005629B2; JP2013526668A; CN102893009A; CA2798679C

Abstract

dispositivo para redução de ruído emitido pelo jato de um motor de propulsão de aeronave a presente invenção se refere a um bocal de ejeção de gás, em particular, para propulsão de aeronave e que inclui pelo menos uma porção à jusante que tem uma borda posterior chamada " em gaxeta" formada por gaxetas (40) que são distribuidas ao longo da periferia do bocal, sendo que cada gaxeta se estende à jusante entre plano transversal a montante (43) e um plano transversal à jusante com bordas livres orientadas em duas direções à jusante convergentes que definem a dita borda posterior. as gaxetas garantem a criação de enrolamentos em vórtice na borda do jato emitido pelo bocal. o bocal é caracterizado por incluir um meio (50) para injetar jatos de gás auxiliares (a1). os ditos jatos auxiliares são injetados à jusante das ditas bordas livres (41, 42) das gaxetas, levando a montante a partir do dito plano a montante (43) das gaxetas, a fim de iniciar os ditos enrolamentos em vótices a montante das bordas livres das gaxetas.

Description

CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de propulsão de aeronaves e se refere a um dispositivo para reduzir o ruído emitido pelo jato dos motores de propulsão, notavelmente, turbojatos, com os quais esses são equipados.

Descrição da técnica anterior

[0002] A poluição sonora é atualmente uma importante área de estudo para fabricantes de aeronave e motor de veículo, a qual tem como um de seus principais objetivos reduzir o incômodo que consiste no ruído de motores de propulsão, notavelmente, turbojatos.

[0003] Um turbojato é geralmente um dispositivo multifluxo com um fluxo de gás primário central quente emitido pela parte do motor que forma o gerador de gás e pelo menos um fluxo frio concêntrico com o primeiro dito fluxo secundário. O gerador de gás consiste em um motor de turbina a gás que aciona uma sopradora através da qual o ar é simplesmente comprimido e guiado em um denominado canal secundário concêntrico com o canal de fluxo primário. Os fluxos podem ser misturados imediatamente à jusante do gerador de gás antes de serem ejetados na atmosfera por meio de um único bocal ou ejetados separadamente por meio de bocais concêntricos.

[0004] Embora existam inúmeras e intensas fontes de ruído, o ruído do jato permanece predominante na fase de decolagem da aeronave durante a qual o motor opera em sua potência máxima. Esse ruído é gerado por alta turbulência e camadas de cisalhamento criadas nas áreas de mistura de fluxo que têm propriedades físicas diferentes, como entre o fluxo primário e o fluxo secundário ou entre o fluxo secundário e a atmosfera ambiente. Esse ruído é um ruído de banda larga, em que a intensidade do mesmo aumenta, em particular, com a velocidade de fluxo do jato. O ruído do jato foi enormemente reduzido em motores modernos através do aumento da razão de diluição, por exemplo, que é a razão entre o fluxo frio e o fluxo quente. Todavia, continua sendo ainda mais reduzido.

[0005] Um dos meios empregados atualmente para reduzir ruído é o uso de dispositivos chamados de perfis em V que são instalados no bocal do fluxo primário do motor em um motor de fluxo separado. Apesar de ter um impacto negativo no desempenho do motor na decolagem e durante o voo, essa solução é aplicada devido à sua eficácia na atenuação do ruído de jato.

[0006] A invenção tem o objetivo de produzir meios que aprimoram a eficácia do ruído que atenua meios formados pelos perfis em V sem comprometer o desempenho do motor.

[0007] Além disso, são conhecidos outros meios de atenuação do ruído produzido por um jato de gás de alta velocidade através da aceleração de sua mistura com o meio de ambiente. Esses meios consistem na produção de jatos auxiliares que são separados do jato principal e distribuídos ao longo de sua periferia. Esses fluem em uma direção à jusante inclinada em relação ao eixo longitudinal do jato principal, possivelmente com um componente tangencial. Esse princípio já foi descrito na patente FR1195859 e uma variante no caso de um bocal ventilado é descrita na patente FR1542668 de SNECMA.

[0008] A patente EP1580418 descreve um dispositivo atenuador de ruído para um bocal de um motor de turbina a gás dotado de perfis em V na borda à jusante, que compreendem um coletor na qual uma pluralidade de tubos azimutalmente dispostos é conectada. Os tubos são associados aos perfis em V e descarregam à jusante de sua borda de fuga. Quando são alimentados a partir do coletor, o ar ou outro gás é injetado diretamente nos enrolamentos de vórtices gerados à jusante de cada perfil em V. Esse ar permite o enfraquecimento do mesmo para que seja atrasado pela energização do núcleo dos vórtices. É mencionado em §21 que um pequeno jato de ar comprimido é injetado nos vórtices e interage com esses para aprimorar a mistura entre o núcleo do vórtice e o fluxo secundário, por um lado, e o fluxo secundário e o ar ambiente, por outro lado. Dessa forma, o enfraquecimento do vórtice é atrasado e a coesão do vórtice é mantida ao longo de uma distância maior à jusante da borda de fuga do bocal, que leva a uma redução do ruído do jato.

Sumário da Invenção

[0009] A presente invenção tem como objetivo aprimorar a redução de ruído de jato em um bocal de exaustão de gás dotado de perfis em V ao longo da periferia de sua borda à jusante, sendo que as expressões à jusante e a montante se referem à direção do jato de gás.

[00010] Assim, a invenção se refere a um bocal de exaustão de gás, notavelmente, para propulsão de aeronaves, que compreende pelo menos uma parte à jusante com uma borda de fuga do denominado tipo perfil em V, formada por perfis em V distribuídos ao longo da periferia do bocal. Cada perfil em V se estende à jusante entre um plano transversal a montante e um plano transversal à jusante com bordas livres orientadas em duas direções à jusante convergentes e que definem a dita borda de fuga, sendo que os perfis em V geram enrolamentos de vórtices no limite do jato emitido pelo bocal. De acordo com a invenção, o bocal é caracterizado pelo fato de que inclui meios para injetar jatos de gás auxiliares dispostos a montante das ditas bordas livres dos ditos perfis em V e descarregar a montante do dito plano a montante dos perfis em V, sendo que esses meios são adaptados para injetar jatos de gás auxiliares capazes de gerar os ditos enrolamentos de vórtices a montante das bordas livres.

[00011] Em conformidade, em contraposição à patente EP1550418, a ação é tomada a montante da formação dos vórtices. O ar é injetado a montante do perfil em V de modo a gerar enrolamento de vórtices à frente do plano de ejeção. Isso aprimora a mistura na camada de cisalhamento. Essa solução tem vantagem dupla visto que permite a organização de mistura aprimora e redução de baixas frequências, ao mesmo tempo em que explora as vantagens de jatos auxiliares ou microjatos que geram penalidades inferiores em frequências maiores que os perfis em V sozinhos.

[00012] Adicionalmente, em relação ao ensinamento da patente EP1550418, os tubos de alimentação de ar que formam os jatos auxiliares podem ser alojados dentro da espessura do bocal; os jatos citados por último não se estendem tanto quanto os perfis em V e o tamanho total dos perfis em V, uma fonte de perdas aerodinâmicas não é aumentada.

[00013] Os meios de injeção de jato auxiliar descarregam a montante do dito plano a montante dos perfis em V, e, assim, os enrolamentos de vórtices podem ser gerados de maneira mais eficiente. Mais particularmente, os perfis em V que têm um plano de simetria axial, os meios de injeção de jato auxiliar descarregam em qualquer um dos lados do dito plano de simetria.

[00014] Para otimizar o efeito dos jatos auxiliares, esses podem ter uma ou mais características a seguir:

[00015] Os jatos auxiliares são direcionados na direção do eixo do bocal em um ângulo entre 10 e 50° em relação ao dito eixo.

[00016] A orientação dos jatos auxiliares tem um componente tangencial.

[00017] Os jatos auxiliares distribuídos ao longo da periferia do bocal têm todos a mesma direção ou direções diferentes. Mais particularmente, os jatos auxiliares associados a cada perfil em V têm direções diferentes.

[00018] Os perfis em V são de formato substancialmente triangular ou trapezoidal.

[00019] A invenção se refere, de forma notável, a um turbojato multifluxo que compreende pelo menos um bocal de exaustão que tem pelo menos uma das características acima. Isso pode ser o bocal de fluxo primário, o bocal de fluxo secundário ou ambos os bocais. A invenção também se aplica ao misturador de fluxos, no caso de um turbojato de fluxos misturados.

Breve Descrição das Figuras

[00020] Outras características e vantagens da invenção surgirão na leitura da descrição a seguir com referência aos desenhos anexos nos quais:

[00021] A Figura 1 representa um turbojato de fluxo duplo ao qual a invenção se aplica conforme visto na seção axial;

[00022] A Figura 2 representa os bocais de exaustão de um turbojato montado sob a asa que inclui o dispositivo da invenção conforme visto na vista traseira de três quartos;

[00023] A Figura 3 mostra em detalhes um perfil em V com a qual são associados meios e conformidade com a invenção para a ejeção de gases auxiliares.

Descrição de uma modalidade

[00024] O turbojato 1 da figura 1 é do tipo de corpo duplo e fluxo duplo que tem simetria de revolução ao redor do eixo X-X', com ejeção de fluxo separado. Em um modo conhecido, esse turbojato 1 inclui, dentro de uma nacela 2 que serve como um envelope para seus vários componentes, uma entrada de ar 3 através da qual um fluxo de ar de admissão F pode penetrar, então, passando através de uma sopradora de entrada 4. Esse fluxo de ar F é, então, separado em um fluxo primário FP e um fluxo secundário FS por meio de um cárter intermediário 5, em que a extremidade do mesmo forma um bico separador.

[00025] No restante da descrição, os termos "a montante" e "à jusante" se referem a posições axiais ao longo do eixo longitudinal X-X' na direção do fluxo do fluxo de ar no turbojato 1.

[00026] O fluxo secundário FS passa por um estágio retificador e, então, é ejetado à jusante do turbojato por meio do bocal de fluxo secundário ou frio 20. O fluxo primário FP passa sucessivamente por um estágio de compressão de baixa pressão 6, um estágio de compressão de alta pressão 7, uma câmara de combustão 8, um estágio de turbina de alta pressão 9 e um estágio de turbina de baixa pressão 10, finalmente, para ser ejetado para fora do turbojato por meio do bocal de fluxo primário 30.

[00027] A nacela 2 desse turbojato é anular e disposta coaxialmente ao redor do eixo longitudinal X-X'. Isso permite a canalização dos fluxos de gás gerados pelo turbojato, definindo linhas de escoamento de gás aerodinâmicas internas e externas.

[00028] A entrada de ar 3, o eixo da qual coincide com o eixo geométrico XX' de revolução da turbomáquina 1, inclui um duto de entrada de ar 11 e um cone de entrada de ar 12. O último citado permite a distribuição e guia aerodinâmica ao redor do eixo X-X' do fluxo total F.

[00029] O bocal de fluxo primário 30 define com o cone de descarga 31 um espaço anular através do qual o fluxo primário FP é ejetado.

[00030] O bocal de fluxo secundário 20 define com a carenagem do fluxo primário um espaço anular através do qual o fluxo secundário FS é ejetado.

[00031] No exemplo mostrado na figura 2, o pilão P a partir do qual o motor é suspenso cruza esses espaços anulares.

[00032] Conforme é conhecido, o ruído do jato é reduzido pela disposição de elementos na forma de painéis triangulares ou trapezoidais à jusante da borda de um ou de ambos os bocais, ambos os bocais da modalidade na figura 2 são mostrados aqui. Esses elementos 40, chamados de perfis em V, são fixados em sua maior largura ao bocal e se estendem entre um plano a montante alinhado com a seção de ejeção do bocal e um plano à jusante; esses estão, de preferência, em um ângulo diferente de zero em relação ao eixo XX do motor. Aqui, todos têm o mesmo formato e o mesmo tamanho, mas podem ser igualmente diferentes ao longo da periferia dos bocais. As bordas livres dos perfis em V são orientadas em direções convergentes entre o plano a montante e o plano à jusante. Essas são retas ou incluem partes curvadas. O formato geral da borda de fuga é, portanto, um formato de dente de serra ao longo da periferia do bocal. Essa disposição encoraja a geração de vórtices na camada de cisalhamento entre os fluxos primário e secundário e entre o fluxo secundário e o ar ambiente.

[00033] De acordo com a invenção, a eficácia dos perfis em V é aprimorada pela geração de enrolamento de vórtices a montante das bordas livres 41 e 42 dos perfis em V.

[00034] Esse resultado é obtido pela injeção de jatos de gás auxiliares no jato primário principal ou no jato secundário a montante das bordas livres 41 e 42 dos perfis em V e, mais particularmente, a montante de seu plano a montante plane 43, por meio de meios incluídos em um dispositivo 50 para a injeção de jatos de gás auxiliares. A Figura 3 mostra um perfil em V 40. Esta tem formato triangular nessa modalidade e é rigidamente conectada ao bocal secundário 20 por meio de sua borda situada no plano a montante 43. A face interna do bocal 20, conforme visto a partir do eixo XX, é perfurada por dois orifícios 51 e 52 nos quais os tubos de descarga 53 e 54 se alimentam com ar ou gás de combustão a partir de um coletor 55. Parte dos tubos que correm ao longo da carenagem do fluxo secundário é visível na figura 2. A alimentação a partir do coletor 55 é controlada por uma válvula 56. Os dois orifícios 51 e 52 são dispostos a montante do plano a montante 43 e, quando o atenuador de ruído de jato está em operação, fornece jatos auxiliares A1. Na modalidade mostrada, os jatos são orientados no eixo do jato principal, cada um na direção de uma borda. Esses são, de preferência, inclinados na direção do eixo do motor em um ângulo que pode ser igual ao ângulo de inclinação do perfil em V com o qual são associados. Esses podem, em outra modalidade, ter uma orientação diferente; por exemplo, podem ser divergentes. Sua separação e seu diâmetro são parâmetros a serem levados em consideração. O mesmo se aplica aos parâmetros termodinâmicos dos jatos auxiliares como a pressão, temperatura e taxa de fluxo.

[00035] Dois orifícios são representados na figura 3 para a formação de dois jatos auxiliares para um perfil em V, mas também se encontra no âmbito da invenção para fornecer um número diferente de jatos auxiliares e uma disposição diferente daquela mostrada.

[00036] Quando o atenuador de ruído de jato é ativado quando a aeronave decola, a válvula 56 é operada para estabelecer comunicação, em particular, entre o coletor e uma fonte de ar no nível do gerador de gás. Os jatos auxiliares dos orifícios 51 e 52 geram vórtices que, por virtude de sua posição, são reforçados ao passarem pelas bordas livres 41 e 42 do perfil em V. Os vórtices de contrarrotação criados nesse modo à jusante do perfil em V são de maior energia permitem o aprimoramento da mistura dos fluxos, reduzindo a radiação em baixas frequências.

Claims

1. Bocal de exaustão de gás, notavelmente para propulsão de aeronave, que compreende pelo menos uma parte à jusante com uma borda de fuga do denominado tipo perfil em V, formado por perfis em V (40) distribuídos ao longo da periferia do bocal, sendo que cada uma se estende à jusante entre um plano transversal a montante (43) e um plano transversal à jusante com bordas livres orientadas em duas direções à jusante convergentes e que definem a dita borda de fuga, sendo que os perfis em V geram enrolamentos de vórtices no limite do jato emitido pelo bocal, caracterizado pelo fato de que compreende meios (50) para injetar jatos de gás auxiliares (A1), sendo que os ditos jatos de gás auxiliares são injetados a montante das ditas bordas livres (41, 42) dos perfis em V, no jato ejetado pelo bocal através dos orifícios (51,52) dispostos a montante do dito plano a montante, de modo que descarreguem a montante do dito plano a montante (43) dos perfis em V para gerar os ditos enrolamentos de vórtices a montante das bordas livres dos perfis em V.

2. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os perfis em V (40) do mesmo têm um plano de simetria axial, sendo que os meios de injeção de jato de gás auxiliar são dispostos de modo a injetar os jatos auxiliares em qualquer lado do dito plano de simetria.

3. Bocal, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de injeção de jato de gás auxiliar do mesmo são dispostos de tal modo a injetar os jatos auxiliares na direção do eixo em um ângulo entre 10° e 50° em relação ao dito eixo.

4. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende meios de injeção de jato de gás auxiliar dispostos de modo a injetar jatos auxiliares que têm um componente tangencial em relação ao eixo do bocal.

5. Bocal, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os perfis em V do mesmo são de formato substancialmente triangular ou trapezoidal.

6. Turbojato multifluxo, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um bocal de exaustão como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.