CN101149025A - 采用喷射器消音处理降低噪声级的直升机燃气涡轮发动机 - Google Patents

采用喷射器消音处理降低噪声级的直升机燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直升机燃气涡轮发动机，包括：一个燃烧室、至少一个涡轮(20)布置在距离燃烧室的下游，接收燃烧室发出的燃烧气体，还包括一个喷嘴，所述喷嘴带有一个部件，构成一个连接在涡轮下游的扩散器(26)，喷嘴还包括一个喷射器(30)，其上游部分围绕在扩散器下游端的周围，与扩散器一起形成了一个发动机舱冷却空气二次流的输出通道(32)，所述喷射器沿下游方向布置一直延伸到扩散器的下游端外。喷射器(30)带有一个壁板，至少部分地由消音器(34)构成，所述消音器设计用来可衰减每个涡轮转动和/或燃烧室所产生的声频。

Description

采用喷射器消音处理降低噪声级的直升机燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及直升机燃气涡轮发动机。
背景技术
在试图努力降低直升机旋翼桨叶转动产生的噪声时，本发明申请者发现，实际上，燃气涡轮发动机产生的噪声正在成为直升机整个噪声级中一个相当大的部分。
因此，通过降低燃气涡轮发动机本身噪声就可以实现进一步适当降低直升机的整体噪声级。
为此，欧洲1 010 884号专利文件中提出，在接收来自涡轮的燃气的多路喷嘴壁上使用一道涂层，能够用来吸收声能。考虑到需要衰减的声频，该涂层应该相对较厚，但这则意味着实际重量的增加，尤其是该涂层必须是一种能够承受涡轮排出的主燃气流的温度。此外，涂层的厚度也阻止了涡轮产生的燃气流，以确保有效吸入经由喷嘴周围通道用来冷却发动机舱的二次气流，为此，喷嘴的声处理(采用噪声抑制成套设备进行消音处理)是无法和喷射器的功能相兼容的。
发明专利内容
本发明的目的是避免上述问题，并因此而提出了一种直升机燃气涡轮发动机，所述发动机包括一个燃烧室、至少一个布置在燃烧室下游的涡轮，该涡轮接收燃烧室排出的燃烧气体，还包括一个喷嘴，而所述喷嘴包括一个部件，构成与涡轮下游相连接的扩散器，另外所述喷嘴还包括一个喷射器，喷射器的上游部分围绕在扩散器的下游端周围并与扩散器一起形成了一个发动机舱冷却空气二次流的输出通道，所述喷射器沿下游方向布置伸过扩散器的下游端，并带有一个至少部分由消音器构成的壁板，设计用来衰减每个涡轮转动和/或燃烧室所产生的声频。
在直升机燃气涡轮发动机中，来自涡轮的燃气喷射速度被尽可能降低，目的是优化燃气能转换成机械能。因此，喷嘴出口处的噪声基本上都是因发动机转动部件所致，特别是因每个涡轮-距离最近的转动部件-和燃烧室所致。因此，采用喷射器壁来构成一种消音器可在每个涡轮和/或燃烧室转动时产生的声频范围内发挥有效作用，实现有效降低噪声，与此同时，可从二次气流获得益处，二次气流可保护喷射器壁，防止其受到涡轮热燃气的损伤。
为此，消音器可以用轻金属材料制成，例如钛基材料，即钛或钛合金，这样，消音器的使用就不会导致重量的增加。此外，在喷射器处，留有一个空间可用于制作消音器，其形式-例如-可以是几厘米厚的亥姆霍兹共鸣器，设计用来可衰减每个涡轮转动和/或燃烧室所产生的几百赫兹到几千赫兹的声频率，且同时又不会影响喷射器的功能。
在此需要指出的是，解决直升机发动机燃气涡轮出口处的噪声问题完全不同于解决航空发动机燃气涡轮出口处的噪声问题。确实，对于航空燃气涡轮发动机来讲，目的是产生推力，因此以高速喷射大量的燃气。所产生的噪声主要是燃气喷流时的噪声，对于这样的噪声，在燃气流通管道内使用消音器没有任何作用。
附图说明
下面参照附图并阅读发明说明，可以更进好地理解本发明，但本发明决不仅限于所述示例。附图如下：
图1为直升机燃气涡轮发动机示意图；
图2为根据本发明的一个实施例，示出了直升机发动机扩散器-喷射器装置的局部示意图。
具体实施方式
图1为直升机燃气涡轮发动机的示意图，所述燃气涡轮发动机包括一个压气机10(例如，一个离心压气机)，通过一个环形进气道12接收外部空气，一个环形燃烧室14(例如，带有一个逆流系统)，所述燃烧室安装有供给燃油和压气机主空气流的喷射器(图中未示)，一个带动压气机10的涡轮16-通过轴18与压气机连接-和一个动力涡轮20(例如，只有一个级的动力涡轮)，所述动力涡轮通过轴22连接到齿轮系，向输出轴24以及同轴连接的轴18和轴22提供机械动力。
在下游方向，即来自燃烧室的气体流动方向(箭头F方向)，动力涡轮20通过一个喷嘴得以延伸，该喷嘴包括一个扩散器26和一个喷射器30，如图2所示。
扩散器26接收来自动力涡轮20的主热燃气流，并同喷射器30一起减缓该燃气流，这样，流过涡轮16的燃气能量就可以最大限度地转换成机械能，传输到输出轴。按照一种已知方式，喷射器至少在其下游端弯曲，防止向外流的燃气沿发动机中心线转向，流向直升机的后部。
在其上游端，喷射器30固定到发动机机体(图中未示)，并围绕在扩散器26的下游端，从而与所述下游端部一起，形成了一个环形间隙32。专门用来冷却发动机舱内设备的“冷”的二次空气流此时在燃烧室、涡轮16、20以及扩散器26组件周围流动循环冷却。扩散器呈一个“平直”形，与用来促进主燃气流和二次燃气流混合的径向圆形突起或“踏板”形状相反。这样，二次燃气流从环形间隙32处流出，沿喷射器30的内表面流动。二次燃气流的排出是因为扩散器出口端的主燃气流造成的吸气效应而促成。
在喷射器的内侧，有一道壁，由一个消音器34构成，适用于喷射器轴向长度的至少一部分。消音器34可以采用几个连续相邻的部分组成，为生产制造提供了更大的方便。
正如图2中的放大部分所示，消音器可以是一套相邻腔体或小空间34a构成，通过隔板34b隔开，形成了一种蜂窝夹心状结构。隔板34b垂直于背部34c和一个前端面34d之间的喷射器表面，所述背部34c由一个密封刚性板或薄板(声波不会穿过)构成，而前端面34d则也由一个板或薄板，但允许声波穿过。例如，前部的板或薄板34d可以做成孔状。也可以使用一种孔板或薄板，对需要衰减的声波是可透的。
腔体或空间34a的深度(背部和前端面之间的距离)取决于拟要衰减的声波的波长。声波主要是由涡轮16，20或燃烧室14产生的，频率可以是几百赫兹到几千赫兹之间，需要的腔室深度(波长的四分之一)为几个厘米。
因为位于内侧的喷射器是经由“冷”的二次气流扫过，可选用于消音的材料范围相当广泛，为此，特别应从轻材料中选取。例如，可以使用的一种材料是钛。当然，其它金属或非金属材料也可以选用。
为了获得最有效的衰减效果，消音器最好沿喷射器的整个长度布置，与扩散器长度相比，所述长度应该优先考虑。喷射器长度和扩散器长度之比可以选择至少为1∶1。
虽然以亥姆霍兹衰减器名义下的已知类型的衰减器结构如上进行了描述，但其它类型的消音器，诸如泡沫塑料或陶瓷或金属孔状材料都可以使用。

Claims (4)

1.一种直升机燃气涡轮发动机，包括：一个燃烧室(14)、至少一个涡轮(16，20)布置在距离燃烧室的下游，接收燃烧室发出的燃烧气体，还包括一个喷嘴，所述喷嘴带有一个部件，构成一个连接在涡轮下游的扩散器(26)，所述喷嘴还包括一个喷射器(30)，其上游部分围绕在扩散器下游端的周围，与扩散器一起形成了一个发动机舱冷却空气二次流的输出通道(32)，所述喷射器沿下游方向布置一直延伸到扩散器的下游端外，并带有一个壁板，该壁板至少部分地由消音器(34)构成，所述消音器设计用来可衰减每个涡轮(16和20)转动和/或燃烧室(14)所产生的声频。
2.根据权利要求1所述的直升机发动机，其特征在于：消音器(34)是采用亥姆霍兹共鸣器结构形式。
3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的直升机发动机，其特征在于：消音器(34)是一种采用钛基金属材料制成的构件。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的直升机发动机，其特征在于：喷射器(30)和扩散器(26)的轴线长度之比至少为1∶1。
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