Installation pour amortir le bruit engendré par un jet de gaz s'échappant d'une tuyère La présente invention a pour objet une ins tallation pour amortir le bruit engendré par un jet de gaz s'échappant d'une tuyère, pouvant être utilisée par exemple avec avantage pour amortir le bruit engendré par le jet de gaz s'échappant de la tuyère d'un propulseur à réaction lors de l'essai de celui-ci. En effet, lors de l'essai de ces propulseurs, il est important, pour ne pas fausser les mesures, que les pres sions à l'admission et à la sortie soient sensi blement les mêmes. De plus, les gaz déchargés dans ce cas ont une très haute température et les dispositifs de silencieux usuels sont sujets à se détériorer rapidement sous ces conditions.
Conformément à l'invention, cette installa tion, comprenant un conduit ouvert à ses ex trémités, destiné à recevoir le jet de gaz, et dont la paroi est agencée pour amortir les sons, est caractérisée par au moins un canal d'ame née d'air conduisant à au moins un espace si tué en amont de l'extrémité amont dudit con duit et destiné à être traversé par le jet de gaz, des éléments amortisseurs de sons étant disposés dans le canal pour amortir les ondes sonores propagées à travers ledit espace à partir du courant de gaz. Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe en élévation de cette forme d'exécution, adjointe à une cellule d'es sai de turbine à gaz.
La fig. 2 est une vue en coupe suivant 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue suivant 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en perspective d'un détail.
La cellule d'essai 10 est représentée coupée à son extrémité d'admission. Le propulseur à réaction 11 est représenté monté sur la bascule usuelle 12 dans la cellule d'essai et l'extrémité de sa tuyère de décharge 11a est engagée dans une ouverture de plus grande dimension d'une enveloppe 13. L'enveloppe 13 est isolée de la paroi adjacente de la cellule d'essai par un in tervalle d'air 15 et un anneau de joint en caout chouc spongieux 16. La tuyère de décharge 11a traverse une cloison 17 fermant une ouverture de la paroi de la cellule d'essai et il est évident que pour obtenir des indications précises de la performance du turbomoteur les pressions ré gnant sur les deux faces de cette cloison doivent être sensiblement égales.
Un organe tubulaire 18 est monté dans l'axe de la tuyère l la, à l'intérieur d'un espace en touré par la partie inférieure de l'enveloppe 13 de façon que la distance ménagée entre le plan de son admission et cette tuyère soit d'environ une fois et demie le diamètre. L'extrémité aval de l'organe 18 pénètre dans l'extrémité amont d'un conduit 14 de plus grand diamètre. L'organe 18 comprend un corps formé par un tube de section beaucoup plus grande que celle du jet de gaz au niveau de l'extrémité d'admis sion. Le tube formant le corps de l'organe 18 est un tube en forte tôle d'acier.
La paroi du conduit 14 comprend intérieurement un revête ment 14a formé d'une tôle relativement mince revêtue d'une matière amortissant les sons, telle que la laine métallique, recouvert d'une tôle perforée pour le maintenir en place.
L'organe 18 présente à son extrémité amont une pièce annulaire munie d'une bride tronco nique 19 dirigée vers l'intérieur du tube for mant le corps de l'organe 18 et qui est sup portée par des pièces d'écartement 20 à une certaine distance d'une bride 18a présentée par l'extrémité du tube, de sorte qu'un passage d'air 21 est ménagé entre la pièce annulaire et le bord antérieur du tube.
Le plus petit diamètre de la bride tronco nique 19 est sensiblement égal au diamètre à cet endroit du cône divergent des gaz s'échap pant de la tuyère 11a ; en conséquence, l'ori fice formé par la bride 19 se conforme au péri mètre du courant de gaz devant passer par lui.
Une bride radiale extérieure 22 est repré sentée par l'extrémité de sortie du tube for mant le corps de l'organe 18 et réduit l'espace annulaire ménagé entre l'extrémité de sortie de l'organe 18 et l'extrémité d'admission la recouvrant du conduit 14, en ménageant un intervalle d'air 23.
Comme on le voit par la fig. 1, le conduit 14 fait saillie vers l'intérieur à travers une ou verture de la paroi de l'enveloppe 13 et un étroit intervalle annulaire 24 est ménagé entre l'extrémité d'admission du conduit et le bord de cette ouverture. Les dimensions de cet in tervalle d'air sont choisies de façon que sa lon gueur axiale soit plusieurs fois plus grande que son épaisseur radiale. La partie supérieure de l'enveloppe 13 délimite un canal vertical d'ame née d'air à l'espace situé en amont de l'extré mité amont du conduit 14. L'admission d'air à ce canal est effectuée par un intervalle d'air 25 sous l'avancée du toit surmontant l'enveloppe 13.
Trois séries de chicanes rectangulaires in clinées 26, d'une construction amortissant les sons, disposées dans le canal délimité par la partie supérieure de l'enveloppe 13, sont dis posées l'une au-dessus de l'autre. Les chicanes de chaque série s'étendent sur toute la largeur du canal d'amenée d'air et sont articulées à ses parois à leurs bords inférieurs. Les bords su périeurs des chicanes de chaque série sont re liés entre eux par des bielles de liaison 27 mu nies chacune d'une vis de vérin 27' portant contre la paroi de l'enveloppe 13 en permet tant de régler l'incidence des chicanes pour contrôler la pression régnant dans l'espace dé limité par la partie inférieure de l'enveloppe 13 en réduisant ou augmentant la vitesse de pas sage de l'air à travers les canaux formés par l'enveloppe 13 et les intervalles 23 et 25.
Un conduit 28 traversant la cloison 17 au- dessus de la tuyère de décharge lla du turbo moteur est disposé de façon à traverser l'espace délimité par la partie inférieure de l'enve loppe 13 et à s'engager dans le conduit 14 à travers l'intervalle annulaire 23 ménagé entre la surface intérieure de ce conduit et la péri phérie de la bride 22. Dans certaines instal lations, cet intervalle annulaire 23 peut être si étroit qu'il soit nécessaire de disposer deux ou plusieurs conduits 28 afin d'assurer une capacité suffisante. Dans certains cas, des ori fices prévus dans la cloison 17 peuvent assu rer une ventilation suffisante pour permettre de supprimer le ou les conduits 28.
Au cours du fonctionnement, la tuyère 11a du propulseur 11 à l'essai décharge un jet co nique de gaz d'échappement qui remplit sen siblement l'orifice de la bride tronconique 19, et est déchargé par l'organe tubulaire 18 dans le conduit 14. Ces gaz traversent donc l'espace délimité par la partie inférieure de l'enveloppe 13 et situé en amont de l'extrémité amont du conduit 14 en partie à l'air libre et en partie dans l'organe 18. Du moment que le jet de gaz remplit sensiblement l'orifice de la bride 19, de l'air ne peut pas être entraîné et con duit dans le tube de l'organe 18 par cet ori fice, de sorte que l'air ambiant se trouvant entre la tuyère et l'extrémité amont de l'organe tu bulaire 18 n'est pas sérieusement dérangé.
On a trouvé que si de telles conditions règnent sur une distance d'environ une fois et demie le dia mètre de la tuyère, la poussée effective du jet est sensiblement non modifiée. De l'air de re froidissement est introduit dans le tube for mant le corps de l'organe 18 par le passage d'air 21 et cet air de refroidissement est mé langé aux gaz d'échappement dans le tube de l'organe 18. L'air de refroidissement tend à adhérer dans une certaine mesure aux parois du tube en protégeant ainsi ce tube de la sur chauffe, bien que dans certains cas le tube puisse être fait en tôle si forte qu'il puisse résis ter à une chaleur considérable sans effet nui sible.
Le refroidissement des gaz d'échappe ment produit leur contraction, de sorte qu'à la fois leur vitesse et leur température sont beaucoup réduites quand ils sont déchargés de l'organe tubulaire 18 dans le conduit 14. De l'air supplémentaire est aspiré dans ce conduit 14 par l'intervalle annulaire 23 et cet air sup plémentaire refroidit davantage les gaz d'échap pement puis tend de nouveau à adhérer sous la forme d'une pellicule de refroidissement aux parois du conduit 14 pour les protéger de la surchauffe.
En conséquence, les gaz d'échap pement après l'introduction d'air de refroidis sement en deux phases sont beaucoup désaccé- lérés avant leur décharge éventuelle dans l'at mosphère à partir du conduit 14.
Le refroidissement et la désaccélération des gaz d'échappement produits par l'introduction d'air peuvent être augmentés en pulvérisant de l'eau dans le courant gazeux, mais en général le refroidissement à air suffira. L'air destiné au refroidissement est admis dans le canal formé par la partie supérieure de l'enveloppe 13 par les intervalles 25 et passe par les jeux de chicanes 26, qui sont disposés obliquement pour faire dévier et réduire les ondes sonores; leur construction amortissant le son aide à supprimer tout bruit provenant de la décharge des gaz et de l'introduction d'air de refroidissement par les passages 21 et 23.
Il est de grande importance que la pression ré gnant dans l'espace délimité par la partie infé rieure de l'enveloppe 13 soit sensiblement la même que la pression régnant dans la cellule d'essai 10, afin d'éviter de fausser les mesures. On peut élever ou abaisser la pression régnant dans l'espace délimité par la partie inférieure de l'enveloppe 13 en réglant l'inclinaison des chicanes 26.
Dans la pratique réelle, il est dé sirable que la pression régnant au voisinage de la tuyère de décharge lla dans l'espace si tué à l'amont de l'extrémité amont du con duit 14 soit légèrement inférieure (de 2,5 à 5 cm d'eau) à la pression régnant dans la cel lule 10 afin d'assurer que des gaz venant dudit espace n'aient pas tendance à entrer dans la cellule d'essai 10.
Le conduit 28 est en conséquence prévu pour ventiler la cellule d'essai et pour évacuer tous gaz chauds qui peuvent provenir du pour tour du propulseur 11.
Les intervalles 15 et 24 sont tous deux re lativement étroits de façon que toutes ondes sonores tendant à s'échapper par eux soient réfléchies entre les surfaces adjacentes et con sidérablement amorties avant qu'elles puissent s'échapper.
On a trouvé que pour un propulseur dé chargeant x kg à la seconde, des résultats sa tisfaisants peuvent être obtenus en réglant les éléments de l'installation décrite de façon à introduire l'air de refroidissement à x/2 kg à la seconde par chacun des passages 21 et 23 et par le conduit 28, de façon qu'il passe un courant de 3 x/2 kg à la seconde à travers l'organe tubulaire 18 et de 5 x/2 kg à travers le conduit 14.
Installation for damping the noise generated by a gas jet escaping from a nozzle The present invention relates to an installation for damping the noise generated by a gas jet escaping from a nozzle, which can be used for example with the advantage of damping the noise generated by the jet of gas escaping from the nozzle of a reaction propellant during the test thereof. In fact, when testing these thrusters, it is important, in order not to distort the measurements, that the pressures at the inlet and at the outlet are appreciably the same. In addition, the gases discharged in this case have a very high temperature and the usual silencing devices are liable to deteriorate rapidly under these conditions.
In accordance with the invention, this installation, comprising a duct open at its ends, intended to receive the gas jet, and the wall of which is arranged to dampen sounds, is characterized by at least one web channel born from air leading to at least one space if killed upstream of the upstream end of said duct and intended to be crossed by the gas jet, sound damping elements being arranged in the channel to damp the sound waves propagated through said space from the gas stream. The drawing represents, by way of example, an embodiment of the installation according to the invention.
Fig. 1 is a sectional elevation of this embodiment, attached to a gas turbine test cell.
Fig. 2 is a sectional view along 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a view along 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is a perspective view of a detail.
Test cell 10 is shown cut off at its inlet end. The reaction thruster 11 is shown mounted on the usual rocker 12 in the test cell and the end of its discharge nozzle 11a is engaged in a larger opening of a casing 13. The casing 13 is insulated. from the adjacent wall of the test cell by an air gap 15 and a spongy rubber seal ring 16. The discharge nozzle 11a passes through a bulkhead 17 closing an opening in the wall of the test cell and it is obvious that in order to obtain precise indications of the performance of the turbine engine, the pressures prevailing on the two faces of this partition must be substantially equal.
A tubular member 18 is mounted in the axis of the nozzle 11a, inside a space turned by the lower part of the casing 13 so that the distance formed between the plane of its inlet and this nozzle or about one and a half times the diameter. The downstream end of member 18 penetrates into the upstream end of a duct 14 of larger diameter. The member 18 comprises a body formed by a tube of section much larger than that of the gas jet at the level of the inlet end. The tube forming the body of the member 18 is a tube made of strong sheet steel.
The wall of duct 14 internally includes a liner 14a formed of a relatively thin sheet metal coated with a sound dampening material, such as metal wool, covered with a perforated sheet to hold it in place.
The member 18 has at its upstream end an annular part provided with a frustoconical flange 19 directed towards the inside of the tube forming the body of the member 18 and which is supported by spacers 20 at a a certain distance from a flange 18a presented by the end of the tube, so that an air passage 21 is formed between the annular part and the front edge of the tube.
The smallest diameter of the frustoconical flange 19 is substantially equal to the diameter at this location of the divergent cone of the gases escaping from the nozzle 11a; consequently, the ori fice formed by the flange 19 conforms to the perimeter of the gas stream having to pass through it.
An outer radial flange 22 is represented by the outlet end of the tube forming the body of the member 18 and reduces the annular space formed between the outlet end of the member 18 and the inlet end. covering it with duct 14, leaving an air gap 23.
As can be seen from fig. 1, the duct 14 projects inwardly through an opening in the wall of the casing 13 and a narrow annular gap 24 is formed between the inlet end of the duct and the edge of this opening. The dimensions of this air gap are chosen so that its axial length is several times greater than its radial thickness. The upper part of the casing 13 delimits a vertical channel of air born in the space located upstream of the upstream end of the duct 14. The air admission to this channel is effected by an interval air 25 under the roof overhanging the envelope 13.
Three series of angled rectangular baffles 26, of sound damping construction, arranged in the channel delimited by the upper part of the casing 13, are arranged one above the other. The baffles of each series extend over the entire width of the air supply channel and are articulated to its walls at their lower edges. The upper edges of the baffles of each series are interconnected by connecting rods 27 each fitted with a jack screw 27 'bearing against the wall of the casing 13 so that the incidence of the baffles can be adjusted. to control the pressure prevailing in the space limited by the lower part of the casing 13 by reducing or increasing the speed of passage of the air through the channels formed by the casing 13 and the intervals 23 and 25.
A duct 28 passing through the partition 17 above the discharge nozzle 11a of the turbo engine is arranged so as to pass through the space delimited by the lower part of the casing 13 and to engage in the duct 14 through the annular gap 23 formed between the inner surface of this duct and the periphery of the flange 22. In some installations, this annular gap 23 may be so narrow that it is necessary to have two or more ducts 28 in order to ensure sufficient capacity. In certain cases, openings provided in the partition 17 can provide sufficient ventilation to allow the duct (s) 28 to be eliminated.
During operation, the nozzle 11a of the propellant 11 under test discharges a conical jet of exhaust gas which substantially fills the orifice of the frustoconical flange 19, and is discharged by the tubular member 18 into the duct 14. These gases therefore pass through the space delimited by the lower part of the casing 13 and located upstream of the upstream end of the duct 14 partly in the open air and partly in the member 18. As long as the gas jet substantially fills the orifice of the flange 19, air cannot be entrained and led into the tube of the member 18 through this orifice, so that the ambient air located between the nozzle and the upstream end of the tu bular member 18 is not seriously disturbed.
It has been found that if such conditions prevail for a distance of about one and a half times the diameter of the nozzle, the effective thrust of the jet is substantially unaltered. Cooling air is introduced into the tube forming the body of the member 18 through the air passage 21 and this cooling air is mixed with the exhaust gases in the tube of the member 18. The cooling air tends to adhere to some extent to the walls of the tube thereby protecting the tube from overheating, although in some cases the tube may be made of sheet so strong that it can withstand considerable heat. without harmful effect.
The cooling of the exhaust gases causes them to contract, so that both their speed and temperature are greatly reduced when they are discharged from the tubular member 18 into the duct 14. Additional air is drawn into. this duct 14 through the annular gap 23 and this additional air further cools the exhaust gases and then again tends to adhere in the form of a cooling film to the walls of the duct 14 to protect them from overheating.
As a result, the exhaust gases after the introduction of two-phase cooling air are greatly de-accelerated before their eventual discharge into the atmosphere from line 14.
The cooling and de-acceleration of the exhaust gases produced by the introduction of air can be increased by spraying water into the gas stream, but in general air cooling will suffice. The air intended for cooling is admitted into the channel formed by the upper part of the casing 13 through the intervals 25 and passes through the sets of baffles 26, which are arranged obliquely to deflect and reduce the sound waves; their sound dampening construction helps suppress any noise from gas discharge and the introduction of cooling air through passages 21 and 23.
It is of great importance that the pressure prevailing in the space delimited by the lower part of the casing 13 is substantially the same as the pressure prevailing in the test cell 10, in order to avoid falsifying the measurements. The pressure in the space delimited by the lower part of the casing 13 can be raised or lowered by adjusting the inclination of the baffles 26.
In actual practice, it is desirable that the pressure prevailing in the vicinity of the discharge nozzle 11a in space if killed upstream of the upstream end of the pipe 14 is slightly lower (from 2.5 to 5 cm of water) at the pressure prevailing in cell 10 to ensure that gases from said space do not tend to enter test cell 10.
The duct 28 is therefore provided to ventilate the test cell and to evacuate any hot gases which may come from the turn of the thruster 11.
The gaps 15 and 24 are both relatively narrow so that any sound waves tending to escape through them are reflected between adjacent surfaces and greatly dampened before they can escape.
It has been found that for a thruster discharging x kg per second, satisfactory results can be obtained by adjusting the elements of the installation described so as to introduce the cooling air at x / 2 kg per second by each. passages 21 and 23 and through conduit 28, so that a current of 3 x / 2 kg per second passes through the tubular member 18 and of 5 x / 2 kg through conduit 14.