BRPI1102371A2

BRPI1102371A2 - sistemas de reduÇço de ruÍdo em uma unidade de potÊncia auxiliar, e de refrigeraÇço de silenciador de escapamento para um motor de turbina a gÁs, e, mÉtodo para refrigerar um silenciador de escapamento

Info

Publication number: BRPI1102371A2
Application number: BRPI1102371-6A
Authority: BR
Inventors: Jay M Francisco; Greg R Giddings; Anthony C Jones; Nagamany Thayalakhandan
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-20
Also published as: CN102235266B; US8621842B2; US20110271686A1; FR2959774B1; FR2959774A1; RU2505695C2; CA2736454C; RU2011117639A; CA2736454A1; CN102235266A

Abstract

SISTEMAS DE REDUÇçO DE RUÍDO EM, UMA UNIDADE DE POTÊNCIA AUXILIAR, E DE REFRIGERAÇçO DE SILENCIADOR DE ESCAPAMENTO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, E, MÉTODO PARA REFRIGERAR UM SILENCIADOR DE ESCAPAMENTO. Um exemplo de silenciador de escapamento de unidade de potência auxiliar (APU) inclui características de refrigeração para proteger a uperficie externa e outros componentes, do calor gerado pelos gases que passam através de Um duto de escapamento. O fluxo de ar de refrigeração através de uma passagem de ar de refrigeração em contato térmico com o silenciador de escapamento transporta calor para fora de outros componentes próximos e da superfície da aeronave.

Description

"SISTEMAS DE REDUÇÃO DE RUÍDO EM UMA UNIDADE DE POTÊNCIA AUXILIAR, E DE REFRIGERAÇÃO DE SILENCIADOR DE ESCAPAMENTO PARA UM MOTOR DE TURBINA A GÁS, E, MÉTODO PARA REFRIGERAR UM SILENCIADOR DE ESCAPAMENTO"

FUNDAMENTOS

Essa descoberta se refere geralmente a um bocal de escapamento atenuante de ruído para um motor de turbina a gás. Mais particularmente, essa descoberta se refere a uma estrutura refrigerada atenuante de ruído de um bocal de exaustão.

A aeronave pode incluir uma unidade de potência auxiliar (APU) para alimentar vários sistemas de aeronave separados dos motores de propulsão principais. Uma APU é geralmente um motor de turbina a gás montado dentro da estrutura da aeronave. Um silenciador de escapamento pode ser utilizado para reduzir o barulho gerado pela APU e emitido através de um duto de escapamento. O duto de escapamento e o silenciador de escapamento operam em altas temperaturas e são, portanto, circundados por materiais isolantes para proteger componentes circundantes e a estrutura. Os materiais circundantes, por sua vez, ocupam um espaço valioso, agregam peso à aeronave e aumentam os custos de fabricação.

SUMÁRIO

Um exemplo de unidade de potência auxiliar de sistema de redução de ruído inclui características de refrigeração para proteger a superfície externa e outros componentes do calor gerado pelos gases que passam através do duto de escapamento.

O exemplo se sistema de redução de ruído APU inclui um silenciador de escapamento colocado em torno do duto de escapamento. A energia sonora dentro do duto de escapamento é comunicada ao silenciador de escapamento onde a energia sonora é negada. Uma passagem de ar de refrigeração em contato térmico com o silenciador de escapamento transporta o calor para fora de outros componentes próximos e da superfície da aeronave. Em um exemplo, o fluxo de ar é criado por uma ventoinha acionando ar através das passagens de ar. Em outro exemplo, um edutor cria uma pressão diferencial que puxa o ar através das passagens para dentro de um duto de escapamento.

Essas e outras características descobertas aqui podem ser mais bem entendidas a partir das seguintes especificações e desenhos o seguimento do que é uma breve descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1 é uma vista esquemática de um silenciador de escapamento de exemplo.

Figura 2 é uma vista adicional do exemplo

Figura 3 é uma vista esquemática de outro silenciador de exemplo.

Figura 4 é uma vista em perspectiva do silenciador de exemplo mostrado na Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Com referência à Fig. 1, um sistema de redução de ruído de uma unidade de potência auxiliar (APU) é esquematicamente indicado em 15 para reduzir o ruído gerado pela APU 10 e é colocado dentro de um cone da cauda da aeronave 12. O exemplo do cone da cauda da aeronave 12 é definido por uma superfície externa 14. A superfície externa de exemplo 14 é um material em folha que define uma porção da superfície externa da aeronave de exemplo. A superfície externa de exemplo 14 pode ser uma folha de material composto, ou um metal de peso leve tal como alumínio, que não se pretende para exposição a altas temperaturas associadas a gases de escapamento gerados pela APU 10. Adequadamente, o exemplo APU 10 inclui característica de refrigeração por convecção para proteger a superfície externa 14 e outros componentes próximos da aeronave do calor gerado pelos gases através de um duto de escapamento 20.

O exemplo APU 10 inclui um motor de turbina a gás 16 e pode ser de qualquer configuração conhecida, onde o duto de escapamento 20 seja configurado para receber gases de escapamento do motor de turbina a gás 16. Adicionalmente, embora o exemplo APU 10 seja ilustrado e explicado em relação a uma localização em um cone da cauda da aeronave 12, as características de refrigeração descobertas são aplicáveis a outras localizações dentro da estrutura da aeronave.

O exemplo de cone da cauda 12 é colocado em uma porção traseira da aeronave e define um compartimento para o APU 10. O compartimento de exemplo é definido em uma extremidade por uma parede à prova de fogo 18 e em um ponto mais a ré por uma extremidade plana 30. A extremidade plana 30 inclui uma abertura 31 em uma extremidade mais à ré do duto de escapamento 20. A operação da APU 10 produz gases de exaustão de alta temperatura 48 e ruídos que são direcionados através do duto de escapamento 20. Um silenciador de escapamento 24, também referenciado como atenuador de ruído 24, é provido sobre o duto de escapamento 20. O silenciador 24 preenche um espaço anular entre o duto de escapamento 20 e a superfície externa 14, com exceção do espaço para passagem 28. Além do mais, o silencioso 24 pode também ter uma forma cilíndrica que circunda o duto de escapamento 20. A fonte de ruído primária da APU 10 é o motor de turbina a gás 16. Portanto, o sistema de redução de ruído da APU 15 é também geralmente referenciado como sistema de refrigeração do silenciador de escapamento 15 para o motor de turbina a gás 16.

Com referência à Fig. 2, com referência continuada à Fig. 1, o exemplo de duto de escapamento 20 inclui uma superfície interna 22. A superfície interna 22 inclui uma superfície interna porosa que é provida por uma pluralidade de aberturas 23 que formam uma superfície interna que comunica o ruído e outra energia de som ao silenciador 24. A superfície interna 22 pode incluir também outras estruturas porosas que provém comunicação da energia de som dentro do silenciador de escapamento 24. O silenciador de exemplo 24 inclui uma pluralidade de defletores 26, que estão, cada um, em comunicação com o duto de escapamento 20 através, pelo menos, de algumas dentre a pluralidade de aberturas 23. Os defletores 26 operam para absorver a energia do som e dissipar essa energia como calor. Os defletores 26 podem também ser configurados como uma câmara de ressonância para não permitir ruído a determinadas freqüências. O calor gerado no silenciador 24 pela absorção do som e através do contato térmico com o duto de escapamento 20 é controlado para evitar efeitos prejudiciais à superfície 14.

Em montagens convencionais de cones de cauda 12, uma superfície externa 25 do silenciador de escapamento 24 pode ser circundada por um material isolante térmico que pode reduzir a quantidade de espaço para o silenciador 24 e agregar peso. A superfície externa descoberta 25 do exemplo do silenciador de escapamento 24 é circundada pela passagem 28 que define um trajeto para o ar de refrigeração. A passagem de exemplo 28 é anular e circunda substancialmente a superfície externa 25 do silenciador de escapamento 24. A passagem 28 está colocada entre a superfície externa 25 do silenciador de escapamento 24 e a superfície 14. O fluxo de ar refrigerado através da passagem 28 absorve o calor gerado no silenciador de escapamento 24 e no duto de escapamento 20 para controlar a quantidade de energia térmica comunicada à superfície 14. O calor absorvido pelo fluxo de ar através da passagem 28 é a forma de escapamento da superfície 14 e de outros componentes da aeronave.

A passagem de exemplo 28 é colocada em contato térmico com o silenciador de escapamento 24. Mais especificamente, a passagem de exaustão 28 é um contato térmico com a superfície externa 25 dos defletores 26 do silenciador de escapamento 24.

A passagem de exemplo 28 está em comunicação com o meio ambiente através da abertura 34. A abertura 34 é colocada dentro do plano da extremidade 30 e é substancialmente anular. O ar do lado de fora da aeronave é puxado para dentro das passagens através da abertura 34 e passa através da passagem 28 em direção a uma passagem anular 32. A passagem anular 32 é colocada em uma extremidade mais à frente do duto de escapamento 20 e está em comunicação com o duto de escapamento 20 através de uma saída 35. A saída de exemplo 35 é anular e colocada adjacente a um edutor de ar refrigerado 44. O edutor de ar refrigerado 44 gera uma pressão diferencial que aciona o fluxo e ar através das passagens 28 e da saída 35.

O APU de exemplo 10 da Figurâ 1 inclui uma entrada de ar 38 através da qual o ar 40 é puxado para a operação do motor de turbina a gás 16. O ar puxado através da entrada 38 é utilizado também por um edutor refrigerador de óleo 42. O edutor refrigerador de óleo 42 gera fluxo de ar utilizado por um sistema refrigerador de óleo do motor de turbina a gás 16. O ar indicado em 46 é puxado para dentro do edutor refrigerador de óleo 42 para refrigerar o óleo e em seguida é descarregado com gases de exaustão 48 gerados pelo motor de turbina a gás 16. Outros dispositivos e sistemas de refrigeração de óleo também poderiam ser utilizados dentro do escopo dessa descoberta.

Um gerador de fluxo de ar produz o fluxo de ar desejado para dentro e através da passagem 28. Nesse exemplo, o gerador de fluxo de ar é um edutor de ar de refrigeração 44 que gera uma pressão diferencial aumentando o fluxo de ar além da saída 35. O fluxo de ar aumentado além da saída 35 gera uma área de baixa pressão que puxa o ar através das passagens 28. O fluxo de ar gerado adicionalmente provê a sucção de ar através da abertura 34 no plano de extremidade 30. O ar puxado a partir do ambiente externo é significativamente mais refrigerado em relação aos gases quentes de escapamento 48 direcionados através do duto de escapamento 20. O fluxo de ar de refrigeração indicado em 36 é puxado através das passagens 28 em contato térmico com o silenciador de escapamento 24 e absorve o calor do silenciador de escapamento 24 e flui em direção à saída 35 e ao edutor de ar de refrigeração 44. O ar refrigerado agora aquecido 36 é passado em seguida para dentro do duto de exaustão 20 através da saída 35 e é descarregado para fora através das aberturas de exaustão 31.

Esse exemplo de edutor de ar de refrigeração 44 inclui uma forma anular que coopera com a saída 35 dentro do duto de escapamento 20. O gás de exaustão de alta velocidade APU 48 determina uma região de baixa pressão na saída 35 para entrar por motivo de fluxo de ar de refrigeração 36 através da abertura 34. O fluxo de ar de refrigeração aumentado 36 cria a zona de pressão desejada que puxa o ar através da abertura 34 e das passagens 28. Como o ar refrigerante 36 flui a partir da abertura 34 para frente em direção à passagem anular 32 e à saída 35 dentro das passagens 28, o ar de refrigeração 36 absorve o calor do silenciador de escapamento 24.

Como apreciado, o edutor de ar de refrigeração 44 é mostrado a título de exemplo e outras configurações de editores poderiam ser utilizadas para prover a potência necessária de acionamento de motor para puxar o ar através da passagem 28. Além do mais, outros fluxos geradores de ar, tais como uma ventoinha ou outros dispositivos conhecidos podem ser utilizados para gerar o fluxo de ar de refrigeração desejado 36. Nesse exemplo, o edutor de ar de refrigeração 44, cria passivamente a potência acionadora que puxa o resfriamento através das passagens 28. Essa geração passiva de fluxo de ar não aumenta uma carga na APU ou exigem fontes de potências externas tais como uma ventoinha poderia exigir, e, portanto, não apenas provê o fluxo de ar de refrigeração para manter a superfície externa 25 do silenciador de escapamento 24 e superfície 14 em uma temperatura desejada, mas também reduz substancialmente a necessidade de materiais isolantes. Com referência às Figuras 3 e 4, outro exemplo de sistema de redução de ruído APU 55 ou sistema de refrigeração do silenciador de escapamento 55 em montagem de cone de cauda 50 inclui o duto de escapamento 20 através do qual os gases de exaustão 48 a partir do motor de turbina a gás 16 são direcionados para fora através de aberturas de extremidade 31. Nesse exemplo, o gerador de fluxo de ar é provido por uma ventoinha de refrigeração para refrigeradores de óleo 52. A ventoinha de refrigeração 56 puxa o ar 40 da entrada 38 e força o ar para dentro da passagem 28 através de uma entrada 54 A entrada 54 é colocada em uma passagem anular 32 que circunda uma extremidade dianteira do duto de escapamento 20.

O refrigerador de óleo 52 resfria o óleo utilizado pela APU 10 usando o ar puxado através da entrada 38. Opcionalmente, o ar poderia ser puxado de locais e dutos alternados pela ventoinha 56 e através do refrigerador de óleo 52. O ar de refrigeração é injetado através do refrigerador de óleo 52 e em seguida é descarregado através da entrada 54 para dentro da passagem anular 32. O ar na passagem 32 é puxado para fora da passagem 28 circundando o silenciador 24. Embora o ar de refrigeração descarregado do refrigerador de óleo 52 tenha absorvido algum calor do óleo, o ar permanece significativamente mais frio do que os gases quentes de escapamento 48.

O fluxo de ar de refrigeração 36 absorve progressivamente o calor a medida que ele flui em contato térmico com a superfície externa 25 do silenciador de escapamento 24 em direção à saída 58 no plano da extremidade 30. Adequadamente, nesse exemplo, a ventoinha de refrigeração do óleo 56 é utilizada para acionar o ar de resfriamento através da passagem 28. O fluxo de ar de refrigeração 36 por sua vez, absorve e remove o calor da superfície externa 25 do silenciador 24 e do duto de escapamento 20.

Adequadamente, a superfície externa 25 do silenciador de escapamento de exemplo 24 e do duto de escapamento 20 são arrefecidas por um fluxo de fluxo de ar de resfriamento. O fluxo de ar de resfriamento transporta para fora o calor gerado no silenciador de escapamento 24 e no duto de escapamento 20 para proteger os materiais e componentes não compatíveis com exposição a altas temperaturas dos gases de exaustão 48. O método e características de resfriamento descobertos reduz substancialmente e/ou elimina a necessidade de isolamento adicional de material isolante. Adicionalmente, a passagem de refrigeração 28 exige menos espaço de forma significativa enquanto provê aumento de refrigeração, permitindo assim que os defletores 26 do silenciador de exaustão 24 sejam de um tamanho aumentado para prover uma função atenuante de ruído mais eficiente.

Embora tenha sido descrita uma configuração de exemplo, uma pessoa habilitada na arte poderia reconhecer que algumas modificações poderiam acontecer dentro do escopo dessa descoberta. Por essa razão, as reivindicações seguintes deveriam ser estudadas para determinar o escopo e o conteúdo dessa invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar, caracterizado pelo fato de incluir: um duto de escapamento; um silenciador de escapamento circundando o duto de escapamento; uma passagem em comunicação térmica com o silenciador de escapamento; e uma fonte de fluxo de ar de refrigeração através da passagem para controlar uma temperatura do silenciador de escapamento.

2. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto de escapamento inclui uma superfície interna porosa e o silenciador de escapamento inclui uma pluralidade de defletores em comunicação com o duto de exaustão através da superfície interna porosa.

3. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem está em comunicação térmica com uma superfície externa do silenciador de escapamento e com uma superfície interna de uma superfície externa.

4. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem inclui uma passagem circundando uma superfície externa do silenciador de escapamento e uma superfície interna de uma superfície externa.

5. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem inclui uma abertura dentro de um plano comum com uma extremidade terminal do duto de escapamento.

6. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de incluir um edutor colocado em uma entrada para o duto de escapamento , o edutor sendo adaptado para puxar o ar para dentro da abertura dentro do plano comum com uma extremidade terminal do duto de exaustão, através da passagem e para dentro da entrada do duto de escapamento.

7. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de incluir uma ventoinha acionando o ar recebido através de uma entrada de ar através da passagem e para fora da abertura dentro do plano comum com a extremidade terminal com o duto de escapamento.

8. Sistema de redução de ruído em uma unidade de potência auxiliar de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de incluir uma câmara anular em comunicação com o duto de escapamento e a passagem para comunicação do fluxo de ar de refrigeração para dentro do duto de escapamento.

9. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento para um motor de turbina a gás, caracterizado pelo fato de incluir: um silenciador de escapamento colocado sobre um duto de escapamento, em que o duto de escapamento está configurado para receber gases de escapamento do motor de turbina a gás; uma passagem para refrigerar o ar que está em comunicação térmica com o silenciador de escapamento; e uma fonte de fluxo de ar de refrigeração em comunicação com a passagem para criar fluxo de ar de refrigeração através da passagem para remover o calor.

10. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o silenciador eletrônico inclui uma pluralidade de defletores em comunicação com o duto de escapamento para dissipar a energia do ruído.

11. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a passagem é colocada sobre uma superfície externa do silenciador de escapamento.

12. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a passagem inclui uma passagem anular colocada sobre o silenciador de escapamento.

13. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a passagem inclui uma primeira abertura que comunica o ar com uma entrada do duto de escapamento e uma segunda abertura em comunicação com um ambiente externo.

14. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o gerador de fluxo de ar puxa o ar através da segunda abertura através da passagem e para dentro do duto de escapamento através da primeira abertura.

15. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o gerador de fluxo de ar empurra o ar refrigerado através da passagem e para fora por uma saída para o ambiente externo.

16. Sistema de refrigeração de silenciador de escapamento de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a saída é colocada dentro de um plano comum com uma abertura no duto de escapamento.

17. Método para refrigerar um silenciador de escapamento, caracterizado pelo fato de incluir: circundar um duto de escapamento com um silenciador de escapamento; colocar uma passagem para ar refrigerado em comunicação térmica com o silenciador de escapamento; comunicar energia de ruído através de aberturas no duto de escapamento para o silenciador de escapamento; e fluir o ar refrigerado através da passagem para ar refrigerado para remover o calor do silenciador de escapamento.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de puxar o ar refrigerado para dentro da passagem a partir de uma abertura adjacente a uma extremidade aberta para trás do duto de escapamento e descarregando o ar refrigerado dentro de uma extremidade para frente do duto de escapamento.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de acionar uma extremidade para a frente da passagem através de uma saída em uma extremidade aberta para trás do duto de escapamento.