CN101372926A - 一种可降低喷气噪声的双涵道涡轮发动机 - Google Patents

一种可降低喷气噪声的双涵道涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

在双涵道涡轮机(10)中，在主通道(24)内设置了至少一个空气引出孔(34)，所述孔通向位于短舱进气套管(26)内部的空气引出管(40)。空气引出管的出口在吊架(32)附近，并通向两个空气扩散管(42)，每个空气扩散管固定到相应的反推装置舱盖上，每个空气扩散管通向固定到反推装置舱盖上的空气喷气管(44)，该管本身经由其后缘通向短舱的外部，当相应的反推装置舱盖(30)在下游滑动时，每个空气喷气管(44)适于与相应的空气扩散管(42)脱开。

Description

一种可降低喷气噪声的双涵道涡轮发动机
技术领域
本发明涉及降低双涵道涡轮机(bypaSs turbomachine)喷嘴的喷气噪声。本发明特别涉及降低了喷气噪声的双涵道涡轮机。
背景技术
当前，噪声污染已经成为发动机制造商特别关注的问题之一，因为他们正在面临着迄今为止其涡轮机所产生的噪声危害。涡轮机的噪声源很多，但是，人们发现喷嘴出口端的喷气噪声是主要噪声源，特别是在飞机起飞时。
认证机构也越来越强调要关注涡轮机的噪声辐射，为此，要求发动机制造商降低其涡轮机的噪声，而且特别是喷嘴出口端的喷气噪声。
一般来讲，双涵道涡轮发动机都带有由燃气发生器驱动的风扇，用于通过来自燃气发生器的主燃气气流的主环形通道，和副环形通道。所述主环形通道是由主整流罩(primary fairing)在外部形成，所述副环形通道用于通过来自风扇的副燃气流，副通道围绕主通道同轴设置，并由短舱(nacelle)在外部形成。
在这种涡轮机中，喷气噪声主要来自主燃气流和副燃气流的剪力混合以及副燃气流与围绕短舱外部空气流的剪力混合。这种噪声为宽带噪声，噪声频率由两种声源产生的：来自靠近喷嘴的气流间的小型紊流混合结构的高频噪声，以及来自远离喷气发动机的大型紊流结构的低频噪声。
人们已经提出了各种解决方案，以减少喷嘴出口端的喷气噪声。这些解决方案都是基于增加燃气流间的混合。
其中一个已知解决方案就是提供涡轮机多个重复结构形式，全部分布在主整流罩和/或短舱后缘周围。将这些重复结构安装到位后，通过在喷嘴附近产生紊流(或涡流)而形成燃气流间的混合，这样就能更好地耗散动能，最终降低构成主噪声源的大型涡流的紊流强度。例如，可以参考如下专利文献：US 6 532 729和US2002/0164549-A1。
另一个已知的解决方案就是将空气从涡轮机内引出，而后将其喷入主整流罩和/或短舱后缘。另外，采用这样的方式来吹走空气可以通过在喷嘴附近形成紊流来改善燃气流之间的混合，以便更好地耗散动能。例如，可参考如下专利文献EP 1 580417和EP 1 580 418。
本发明旨在提供这样一种通过吹走空气而降低喷气噪声的解决方案，并可将其应用在格栅式(grid type)的反推系统(thrust reverser system)的涡轮机中。
为了完成格栅式反推系统，短舱在其下游部分带有两个反推装置舱盖，这些舱盖呈半圆形，能够沿与涡轮机纵轴平行的下游方向滑动。
令人遗憾的是，这些纵向可移动舱盖的使用显然会在从涡轮机中引出空气处，一直到空气从短舱后缘被吹走为止，产生空气传送的问题。空气输送管道必须穿过反推装置舱盖，所以，该管道必须能够适合舱盖移动。
此外，当这种涡轮机的短舱在其中央部分也设置了两个维护舱盖时，后者可围绕与涡轮机纵轴平行的铰链转动，而输送那些被引出的空气的管道的设置则会变得更加复杂。
发明内容
本发明旨在提出一种简单而有效的解决方案，通过吹走空气而降低喷气噪声，从而解决上述缺陷，该发明所述装置适合安装在短舱内带有可移动反推装置舱盖的涡轮机上。
该目的通过一种双涵道涡轮机来实现，该双涵道涡轮机具有燃气发生器驱动的风扇，由短舱在外部形成的环形风扇通道，和供来自燃气发生器的燃气流穿过的主环形通道，该短舱自上游至下游包括：
·一个固定式进气套管；
·两个半圆形维护舱盖；以及
·两个半圆形反推装置舱盖，其通过与涡轮机纵轴平行的方向滑动而相对于进气套管(26)移动；
所述涡轮机的特征在于，其在主通道内进一步包括至少一个空气引出孔，该孔通向位于短舱进气套管内的空气引出管，该空气引出管的出口在吊架附近，并通向两个空气扩散管，该吊架用来将短舱固定到飞机机翼下方，每个空气扩散管固定到相应的维护舱盖上，每个空气扩散管的开口通向固定到相应的反推装置舱盖上的喷气管，该管本身经由其后缘向短舱的外部打开，每个喷气管都适于与相应的空气扩散管脱开，该空气扩散管是在下游滑动的相应反推装置舱盖上。
采用该种设置，从主通道引出的空气沿着位于空气进气套管内的空气引出管流动，然后沿两个空气扩散管中的其中一个管道流动，空气扩散管固定在相应的维护舱盖上，最后沿相应的喷气管流动。由于每个喷气管都适于与相应的空气扩散管连接，本发明的涡轮机可以适应实施反推动作时反推装置舱盖在下游的滑动动作。这样，就可以在这种涡轮机中从风扇通道中引出空气而后将其一直送到短舱的后缘。
该设置的特点是，维护舱盖通过围绕铰链转动，而可相对进气套管移动，该铰链与涡轮机的纵轴平行并位于吊架附近；每个空气扩散管都适于在相应的维护舱盖转动期间变形。有了这种特性，就可以考虑在对燃气发生器维护操作时转动维护舱盖。
在这种情况下，每个空气扩散管由挠性材料制成，这样就可以很容易地使空气扩散管变形。
较佳地，每个喷气管包括呈锥形地端件，以便于与空气引出管的联接和脱开。
涡轮机还可以包括安装在空气引出管上的控制阀。
附图说明
下面结合附图对本发明进行说明，本发明的其它特性和优点就会显现出来，附图示出了本发明的一个实施例，但本发明并不仅限于所示实施例，附图如下：
图1为本发明的涡轮机的一个纵向剖面图；
图2为沿图1的II-II截面剖开的透视图，；
图3至图6为图2所示涡轮机的局部详图；
图7为径向平面上的剖面图，示出了图1所示涡轮机的短舱的一部分。
具体实施方式
图1所示的纵向轴X-X的涡轮机10为双涵道涡轮发动机。
众所周知，该涡轮发动机具体包括由燃气发生器14驱动的风扇12，和在发动机短舱18的外部形成的环形风扇通道16。
涡轮机10还包括以纵轴X-X为中心的中央环形体20，和主环形整流罩22，后者围绕中央本体20同轴设置，以便与中央本体配合形成主环形通道24，以供来自燃气发生器的燃气流流过。
按涡轮机内燃气流的流动方向，从上游向下游方向，短舱18包括一个环形进气套管26，两个半圆形维护舱盖28(图2中只能看到其中一个)，和两个反推装置舱盖30，同样呈现半圆形式(图2中只能看到其中一个)。
维护舱盖28位于发动机短舱的中央部分。这些舱盖通过围绕铰链31转动而相对于进气套管26移动，所述铰链31与纵轴X-X平行，且位于将短舱固定在飞机机翼下方的吊架32附近。
为此，如图2中虚线部分所示，每个维护舱盖28可以围绕其铰链沿箭头F1方向转动而升起。在舱盖打开位置，就可以接近燃气发生器，以便对涡轮机进行维护操作。维护舱盖的转动是由液压执行机构驱动。
反推装置舱盖30包括涡轮机的部分反推系统。该系统本身已为人们所熟知，其通过在着陆时提供制动力而增加飞机的安全性。
本示例中所使用的反推系统是已知的一种格栅型：反推装置舱盖30位于短舱的下游端，可以通过沿与涡轮机纵轴X-X平行的方向滑动而相对于进气套管26移动。
更确切地说，如图2中虚线所示，每个反推装置舱盖30可以沿箭头F2的方向在下游滑动，这种滑动动作由(例如)液压驱动系统(图中未示)来实现。
舱盖30的打开位置对应反推位置：当舱盖在这个位置时，舱盖30的开口露出(图中未示)，向风扇通道16打开并倾斜，从而引导气流沿上游方向通过这些开口，向飞机提供反推力。所属技术领域的人员都非常熟悉格栅式反推力系统的详细情况，为此，在此不再赘述。
本发明提供了将主通道24内流动的空气引出，以便将其喷入短舱18的后缘，更确切地说，将其喷入反推装置舱盖30的后缘。
为此，本发明的涡轮机在主环形通道24内设有一个空气引出孔(或通气口)34。如图2所示，该空气引出孔34可以穿过涡轮机的中间壳体36而形成，并可以经由风扇的静止导流叶片38的内部而穿过风扇通道16。
空气引出孔34的开口通向空气引出管40，后者为静止的且位于短舱18的进气套管26内。
如图2到图6所示，该空气引出管40可设置为围绕涡轮机中间壳体36，并一直向上到“正午”位置，即，一直上到涡轮机的吊架(pylon)位置，它也同样固定于此。
在每个空气引出管40与空气引出孔相对的那一端，其开口是在吊架32附近，并通向两个空气扩散管42中对应的一个内，每个空气扩散管42都固定到对应的其中一个维护舱盖28上。
空气扩散管42首先连接到静止的空气引出管40上，而后再固定到可移动的各自对应的维护舱盖上。为了能与舱盖一起绕枢轴转动，每个空气扩散管42在相应的维护舱盖28绕枢轴转动期间都适于变形。
这样，在图3所示位置，维护舱盖(出于清晰原因，图中未示)处于关闭位置，而在图4中，维护舱盖是在打开位置(即，舱盖已经转向吊架32)。在这些图中，可以非常清楚地看到，空气扩散管42也可以按箭头F3所示方向绕枢轴转动(图3)。
为了能使空气扩散管42绕枢轴转动，这些管子的特点是采用挠性材料制成，诸如塑料材料，上面可以覆盖一道网，以增强其强度。
此外，在每个空气扩散管42远离空气引出管的一端，其开口通向空气喷气管44，后者固定到相应的反推装置舱盖30上。
如图7所示，该图为反推装置舱盖30的径向剖面图，每个喷气管44经由其后缘通向短舱的外部。
更确切地说，每个喷气管44都具有下游端，下游端开口通向在相应的反推装置舱盖30内形成的腔室46，该腔室通过一个或多个开口48通向舱盖的后缘处。
喷气管44首先连接到空气扩散管42上，而后固定到可在纵向滑动中移动的反推装置舱盖上。
为了适应反推装置舱盖的这种滑动动作(不论是上游还是下游)，每个喷气管42都适于与相应的空气扩散管连接和脱开。
这样，在图5所示位置，该位置对应于在闭合位置的反推装置舱盖30，喷气管44连接到空气扩散管42上，这样从主环形通道引出的空气实际上就通过短舱的后缘被喷入。
相反，在图6所示位置，反推装置舱盖相对于图5(沿箭头F4方向)在下游滑动，从而使得固定到所述舱盖上的喷气管道44与空气引出管脱开。在这个与反推动作相一致的位置，自主通道引出的空气则不再送到短舱的后缘。
一旦反推阶段结束，反推装置舱盖就会关闭，喷气管44再次与空气扩散管道42相连接。
如图6所示，为了方便喷气管和空气扩散管的连接与脱开，每个空气喷气管44都带有实际上呈锥形的端件44a，而每个空气扩散管42的端件42a则为互补匹配形状。
自然，同样也可以应用于其它装置，以对喷气管道导向并方便与空气扩散管道的连接。
根据本发明的有利特性，涡轮机还包括阀门50，其安装在排气管道40上，用来控制从风扇通道引出的空气的特性(通/断、引出流量，等等)。
应该注意的是，为了清晰起见，附图中没有示出各种管道的与涡轮机相应舱盖和构件之间的紧固件。然而，所属技术领域的人员对这些紧固件本身都应非常熟悉。

Claims (5)

1.一种双涵道涡轮机(10)，其具有由燃气发生器(14)驱动的风扇(12)，由短舱(18)在外部形成的环形风扇通道(16)，和供来自燃气发生器的气体流穿过的主环形通道(24)，该短舱自上游至下游包括：
一个固定式进气套管(26)；
两个半圆形维护舱盖(28)；以及
两个半圆形反推装置舱盖(30)，其通过与涡轮机纵轴平行的方向滑动而相对于进气套管(26)移动；
所述涡轮机的特征在于，其在主通道内进一步包括至少一个空气引出孔(34)，该孔通向位于短舱进气套管内部的空气引出管(40)，该空气引出管的出口在吊架(32)附近，并通向两个空气扩散管(42)，该吊架(32)用于将短舱固定到飞机机翼下方，每个空气扩散管固定到相应的维护舱盖上，每个空气扩散管的开口通向固定到相应的反推装置舱盖上的喷气管(44)，后者本身经由其后缘向短舱的外部打开，每个空气喷气管(44)都适于与相应的空气扩散管(42)脱开，该空气扩散管是在下游滑动的相应的反推装置舱盖(30)上。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，维护舱盖(28)通过围绕铰链转动而相对进气套管(26)移动，该铰链与涡轮机纵轴(X-X)相平行并位于吊架(32)附近；每个空气扩散管(42)适于在相应的维护舱盖(28)转动期间变形。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其中，每个空气扩散管(42)由挠性材料制成。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的涡轮机，其中，每个喷气管(44)包括呈锥形的端件(44a)。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的涡轮机，进一步包括安装在空气引出管(40)上的控制阀(50)。
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