CN101443543A - 配备有用于减弱由涡轮喷气发动机产生的噪声的装置的涡轮喷气发动机短舱 - Google Patents

Abstract

一种用于飞行器涡轮喷气发动机的短舱(201)，包括下游内部结构(13)和下游外部结构(15)，下游内部结构(13)和下游外部结构(15)限定出用于由涡轮喷气发动机产生的二次气流的内部管道(14)，所述下游外部结构包括至少一个分配线路(18，19a，19b，20)，所述分配线路终止于涡轮喷气发动机的出口并且用以连接至设置在下游外部结构上游的供应减噪流体的源头。该下游外部结构(15)配备有反向推力设备。所述分配线路包括至少一个供应管(19a，19b)，至少当所述反向设备处于其关闭位置时供应管(19a，19b)能够确保空气从所述供应源头朝向涡轮喷气发动机出口的通道。

Description

配备有用于减弱由涡轮喷气发动机产生的噪声的装置的涡轮喷气发动机短舱

技术领域

本发明具体涉及一种涡轮喷气发动机短舱，其配备有用于减弱由所述涡轮喷气发动机产生的噪声的装置。

背景技术

飞行器由一个或者多个推进单元来提供动力，所述推进单元包括容纳在管状短舱中的涡轮喷气发动机。每个推进单元通过挂架而附接至飞行器，所述挂架通常设置在机翼下面或者机身上。

按照惯例，短舱具有如下结构，包括：进气口，其位于发动机上游；中间段，其包围着涡轮喷气发动机的风扇；以及下游段，其包围着涡轮喷气发动机的燃烧室。而后，主喷嘴可以固定在涡轮喷气发动机的出口处。

如果需要，短舱的下游段可以容纳反向推力设备，该反向推力设备的用途是：当飞行器将要着陆时，通过将由涡轮喷气发动机产生的向前推力的至少一部分改变方向来增强飞行器的制动能力。

现代的短舱用来容纳旁路涡轮喷气发动机，旁路涡轮喷气发动机经由旋转风扇的叶片能够生成热气流(也称作主气流)和冷气流(二次气流或者旁通气流)，热气流来自涡轮喷气发动机的燃烧室，冷气流围绕着涡轮喷气发动机的外部、通过内部流动通道——也称作管道——流动，该内部流动通道形成在短舱的下游内部结构与下游外部结构之间。这两股气流从涡轮喷气发动机经由短舱的下游端部喷出。

在当前的这种短舱中，反向推力设备阻塞了冷气流管道并且将该冷气流导向短舱的前部，由此产生了反向推力，该反向推力与飞行器机轮所提供的制动相结合。

在这种方式中，根据反向推力设备的类型，用来重新定向冷气流的装置会发生改变。但是在所有情况下，反向推力设备的结构都包括可以在展开位置和缩回位置之间移动的移动整流罩。一方面，当移动整流罩在展开位置的情况下，其打开短舱内的用于使气流偏转的通道；另一方面，当移动整流罩在缩回位置的情况下，其将隔断所述通道。这些整流罩可以执行偏转功能，或者可以方便地启动其它偏转装置。

在叶栅式反向推力设备的情况下，该反向推力设备包括叶片叶栅，气流通过导向叶片的叶栅重新定向，整流罩简单地具有滑动的功能用以露出或者再次覆盖这些叶栅。由整流罩的滑动来启动的额外的隔断门可基本上隔断叶栅下游的管道，从而优化了冷气流的重新定向。

另外，在反向推力设备的下游可以安装普通的喷嘴，合流(combined-stream)短舱配备有这种反向推力设备。

无论短舱是否配备有反向推力设备，短舱下游段的几何形状都基本上是轴对称的，并且沿着几乎垂直于短舱纵向轴线的平面是连续的。由发动机所支撑并位于发动机结构下游的流线型罩元件完善了短舱的气动设计。

在所有情况下，由短舱排出的空气突然接触到周围的外部空气的方式会产生大量的噪声。

已经提出，例如特别是在专利US 2003/213227中已经提出，通过在短舱下游段的出口处设置扇形切口可以减弱这种不期望的噪声。这种剪切部分通常称为“锯齿状突起”，并且锯齿状突起——其形状可以改变——有助于排出的空气和短舱周围的外部涡流之间的更好的均匀化。这种设计允许两种气流之间逐渐混合，从而减弱了在传统构造中通常会产生的噪声级。

一旦几何构造已经固定，在操作中就无法再更改锯齿状突起的形状。通常提出的三角形形状会呈现出对于撞击或者变形都十分敏感的端部，特别是当器械围绕短舱移动时，未曾显示出明显损坏的撞击可能会破坏出口段并且降低设备的效率。由此，当实施修理或者当更换锯齿状突起的一部分时，进行维修变得非常困难，由此，难以设定需要维持的喷射截面。

另外，通常通过将金属加强件增加到短舱的下游部分上而对短舱的下游部分进行处理，从而用来承受抵抗闪电的附加装置。现在，由于具有锯齿状突起使得更加难以执行加强操作。

在其它地方已经提出，特别是在文献EP 1 580 417、EP 1 580 418、和US2004/237501中已经提出，提供一种用于飞行器涡轮喷气发动机的短舱，其包括限定出内部管道的下游内部结构和下游外部结构，由涡轮喷气发动机产生的二次气流或者旁路气流流过所述内部管道，下游外部结构包括至少一个分配线路，所述分配线路通向涡轮喷气发动机的出口并且用以连接至位于下游外部结构上游的供应减噪流体的源头。

已知，减噪流体的出口使得可以产生空气动力障，其执行了与固定的锯齿状突起相同的功能，也就是说使得离开短舱的内部管道的空气逐渐地与周围的外部空气混合。这种逐渐混合减弱了由涡轮喷气发动机的操作所产生的噪声。

发明内容

本发明的一个具体目的就是使例如上述的减噪装置适应安装有反向推力设备的短舱。

本发明的该目的是通过使用一种用于飞行器涡轮喷气发动机的短舱来实现，该短舱包括限定出内部管道的下游内部结构和下游外部结构，由涡轮喷气发动机产生的二次气流或者旁路气流流过所述内部管道，下游外部结构包括至少一个分配线路，所述至少一个分配线路通向涡轮喷气发动机的出口并且用以连接至位于下游外部结构上游的供应减噪流体的源头，该短舱的特征在于下游外部结构配备有能够从关闭位置到打开位置交替切换的反向推力设备，在关闭位置中反向推力设备允许气流作为直喷流流过内部管道，在打开位置中通过反向推力设备的启动而露出下游外部结构中的开口从而允许气流重新定向为偏转的喷流，并且所述分配线路包括至少一个供应管，至少当所述反向设备处于其关闭位置时所述至少一个供应管能够将流体从所述供应源头输送至涡轮喷气发动机的出口。

由于这种供应管的存在，通过喷射减噪流体来减弱噪声的设备可以与安装有反向推力设备的短舱兼容。

根据这种短舱的其它可选特征：

-所述供应管能够将供应源头连接到至少一个分配管；

-分配管为复曲面构造；

-每个分配管的下游连接至少一个扩散器；

-每个扩散器具有加工成用以适应所述短舱的下游端部的渐缩线条的形状；

-每个扩散器是漏斗形，扩散器的腔是没有阻碍的或者设有形成偏转器的内部装置；

-每个扩散器包括多个管路，所述多个管路在它们的直径、路线和定向方面可以彼此不同；

-每个扩散器耦联至自主指令及控制系统，该自主指令及控制系统能够调节通过所述扩散器的流体的流率；

-每个扩散器具有下游端部，扰流板附接至下游端部，使得离开扩散器的气流可以沿拱腹或者沿拱背定向；

-供应管被分成至少两个伸缩管，所述至少两个伸缩管能够使反向推力设备从其关闭位置至其打开位置交替切换；

-设置有至少当反向推力设备处于其关闭位置时用来在两个伸缩管之间提供密封的装置；

-供应管包括配备有耦联装置的上游端部，所述耦联装置能够允许与直接或间接地连接于供应源头的接口完全接触。

本发明还涉及一种包括前述短舱的装置，其特征在于所述装置包括连接至每个供应管的流体供应源头。

根据该装置的其它可选特征：

-该短舱包括至少一个指令及控制设备，用来调节由所述供应源头传送至每个供应管的流体的流率；

-每个指令及控制设备包括能够冷却由供应源头传送的流体的冷却装置。

本发明还涉及一种飞行器，其包括至少一个前述的装置，其特征在于供应源头包括涡轮喷气发动机。

根据该飞行器的其它可选特征：

-发动机经由至少一个供给撑杆与分配线路连通；

-供应源头置于所述飞行器上。

附图说明

借助于下文给出的详细描述并参照附图将更好地理解本发明，附图中：

图1是附接于飞行器机翼的、传统的带有锯齿状突起的短舱的示意性局部立体图；

图2是类似于图1、但是根据本发明的短舱的视图；

图3是在发动机的纵向截面上的示意性局部视图，其中，发动机构成供应空气的源头；

图4是根据本发明的短舱的纵向截面上的示意图，其中，短舱配备有固定的下游外部结构；

图5是扩散器的第一替代实施方式的纵向截面上的局部概略俯视图；

图6是类似于图5、但是为扩散器的第二替代实施方式的视图；

图7是图4中所描述的短舱在VII-VII截面上的放大的局部示意图；

图8和图9是安装在图4中所描述的短舱的扩散器端部上的扰流板的两个放大的示意图；

图10是根据本发明的短舱的纵向截面上的示意图，其中，所述短舱具有下游外部结构，所述下游外部结构具有伸缩管并安装有处于关闭位置的反向推力设备；

图11是类似于图10、但是反向推力设备处于打开位置的视图；

图12是安装有反向推力设备的根据本发明的另一短舱的纵向截面的示意图，其中示出了供应管与供应源头的接口连接的一种方式；

图13是供应管与供应源头的接口连接的另一种方式的细节图；

图14是根据本发明的主喷嘴在纵向截面上的示意性局部视图。

具体实施方式

接下来，在针对上面限定的附图的详细的描述中，对于相同的元件或者执行同一功能的元件基本上使用相同的附图标记。

如在图1中所描述的传统的短舱1通过挂架3附接于飞行器的机翼2。按照惯例，短舱1具有如下结构，包括：位于发动机上游的进气口4，用来包围涡轮喷气发动机的风扇的中间段5，以及包围涡轮喷气发动机的燃烧室的下游段6。为了减弱不期望的噪声——该噪声是由于排出的空气突然接触到周围的外部空气而导致，短舱1的下游段6的出口具有扇形切口。这种剪切部分通常称为“锯齿状突起”，并且锯齿状突起7——其形状可以改变——有助于排出的空气与围绕短舱外面的外部涡流之间的更好的均匀化。

图2是类似于图1、但是显示了根据本发明的短舱101的视图。与短舱1不同，该短舱101具有不带锯齿状突起7的下游段106。但是，本发明使得可以产生形成空气动力障的“射流锯齿状突起”，其执行与锯齿状突起7相同的功能。

为此，如在图3中所描述，进行设置使得经由包围风扇的中间段5的内壳体11的至少一个结构撑杆10来从发动机9提取空气，该撑杆10具有第一端部和第二端部，一方面使第一端部固定在发动机9中，另一方面使第二端部附接到中间段5并且连接至位于短舱101下游段106的上游的指令及控制设备12。因此，在本实施例中，发动机9构成了供应所需用来操作该均匀化方法的空气的源头。但是，作为替代，这种空气的供应——或者更广泛地讲这种流体的供应——可以源自于飞行器本身，该供应可以经由挂架3并且利用任何现存的或者附加的能够产生用来完成此功能所需的能量的装置，例如压缩机或者辅助电动机(均未示出)。

参照图4可以看到，下游段106包括：下游内部结构13，其形成了内部管道14的内部空气动力面，离开风扇的气流流过所述内部管道14；以及下游外部结构15，对所述下游外部结构15进行分解，一方面形成内部管道14的外部空气动力面的内壁16，另一方面形成外部空气动力面的流线型罩17。

更具体地，指令及控制设备12设置成借助于大致沿着发动机9的轴线布置的供应管19而与分配管18连通。更具体地，分配管18和供应管19定位在下游外部结构15的内壁16与外部流线型壁17之间。分配管18为复曲面构造，并且能够将来自发动机8的空气在下游外部结构15的整个下游圆周上进行分配。顺便指出，在应用蛤形门式反向推力设备时(没有描述该应用)，将分配管18定位在门的下游。

分布在下游的扩散器20连接于分配管18，并且设计并加工成具有用以适应短舱101的下游端部的渐缩线条的形状，特别是从图7中可以看出。根据所期望的位于涡轮喷气发动机出口处的射流锯齿状突起的几何形状，扩散器20在构成和选择方面可以进行改变。

具体地，如图5所示，每个扩散器20可以是具有无阻碍腔21的漏斗形，也就是说每个扩散器20具有对其结构不会造成内部不连续的腔。但是，可以在其结构中结合诸如偏转器、渐开线部、折流板等内部装置，这些内部装置可以单独考虑或者结合考虑。

可替代地，如在图6中所示，每个扩散器20可以由多个管路22构成，多个管路22可生产成具有不同的直径、路线及定向的变体。

另外，自主指令及控制系统24与每个扩散器20相联，从而允许对来自于分配管18的气体流动的流率进行调节。提供此种选择使得可以根据飞行器的飞行阶段而进一步改善射流锯齿状突起的性能。

如在图8和图9中所示，通过在每个扩散器20的下游端部处增加扰流板25而在气流混合的处理方面提供了额外的选择，该扰流板25设置在所述扩散器20的全部长度上或者部分长度上。这种扰流板25允许离开扩散器20的气流在期望的方向上定向，即沿拱腹或者拱背定向，这种选择可以留给本领域的技术人员。应当指出，每个扰流板25也可以固定在下游外部结构15的下游边缘，而与此同时保持在相应扩散器20的延续部分上。

此外，应当容易理解，在合流短舱的情况下，类似的构造可以应用在处于下游外部结构15下游的普通的喷嘴(未示出)。

图10和11示出了本发明申请的关于短舱201的一个实施例，短舱201包括具有下游外部结构15的下游段206，下游外部结构15包括反向推力设备，反向推力设备以传统的方式通过利用偏转叶栅26来对流过内部管道14的气流进行重新定向，下游外部结构15的分别朝上游方向或者朝下游方向的平移运动导致偏转叶栅26的展开和缩回。

在本实施例中，每个供应管19被分成两个伸缩管19a、19b，所述两个伸缩管执行双重功能，即，一方面输送由指令及控制设备12传送至分配管18的空气，另一方面使得在适当的点处及时引发下游外部结构15的平移运动。非常明显地，设置界面，以便使两个伸缩管19a、19b之间在所有的位置下——收缩和展开位置——都能够确保连续的或者局部的密封。

图12描述了短舱301，短舱301设有的下游段306在反向推力阶段期间不适于提供射流锯齿状突起。因此，仅在直喷流的状态下才能够提供使空气均匀化的功能，在所述正向喷射的状态下偏转叶片的叶栅26缩回。为此进行设置，使得供应管19的上游端部27以及指令及控制设备12的出口28配备有密封装置，仅当下游外部结构15处于直喷流的位置时所述密封装置才允许所述上游端部27与出口28进入完全接触。

但是，密封界面可以设置在指令及控制设备12与分配管18之间的任何位置处。

例如，如图13所描述，更具体地在安装有蛤形门式反向推力设备(未示出)的短舱的环境下，可以在箭头29的方向上实现在侧面部分上的供应接口，指令及控制设备12在其出口上设有管路30，所述管路30具有的截面完全对应于供应管19的截面。接口可以关于短舱位于任何的角位置，只要认为该角位置有利于更好的结构元件的操作动态。另外，在这种构造中，扩散器20的空气供应源头有利地形成在短舱的固定下游外部结构的中央翼梁上，从而允许经由飞行器挂架3周围的每个半结构的传统开口而接近发动机9。

最后，在图14中描述了在根据本发明的均匀化方法中应用的主喷管31。空气输送元件的布置和构造所遵循的逻辑与将所述方法应用于短舱101的下游外部结构15所使用的布置和构造的逻辑相同。

尽管本发明已经结合一些具体实施方式而进行描述，但是显然地，本发明不以任何方式限制于所描述的具体实施方式，并且本发明包含落入本发明范围内的所描述装置的所有技术等同物及它们的结合。

Claims (18)

1.一种用于飞行器涡轮喷气发动机的短舱(201，301)，包括限定出内部管道(14)的下游内部结构(13)和下游外部结构(15)，由所述涡轮喷气发动机产生的二次气流或旁路气流流过所述内部管道(14)，所述下游外部结构包括至少一个分配线路(18，19，20)，所述至少一个分配线路通向所述涡轮喷气发动机的出口并且用以连接至位于所述下游外部结构上游的供应减噪流体的源头(9)，

其特征在于，所述下游外部结构(15)配备有能够从关闭位置到打开位置交替切换的反向推力设备，在所述关闭位置中所述反向推力设备允许所述气流作为直喷流流过所述内部管道(14)，在所述打开位置中通过所述反向推力设备的启动而露出所述下游外部结构上的开口从而允许所述气流重新定向为偏转的喷流，

并且所述分配线路包括至少一个供应管(19)，至少当所述反向设备处于其关闭位置时所述至少一个供应管(19)能够将所述流体从所述供应源头(9)输送至所述涡轮喷气发动机的出口。

2.如权利要求1所述的短舱(201，301)，其特征在于，所述供应管(19)能够将所述供应源头(9)连接到至少一个分配管(18)。

3.如权利要求2所述的短舱(201，301)，其特征在于，所述分配管(18)为复曲面构造。

4.如权利要求2或3所述的短舱(201，301)，其特征在于，每个分配管(18)的下游连接至少一个扩散器(20)。

5.如权利要求4所述的短舱(201，301)，其特征在于，每个扩散器(20)具有加工成用以适应所述短舱的下游端部的渐缩线条的形状。

6.如权利要求4或5所述的短舱(201，301)，其特征在于，每个扩散器(20)是漏斗形，所述扩散器的腔(21)是没有阻碍的或者设有形成偏转器的内部装置。

7.如权利要求4或5所述的短舱(201，301)，其特征在于，每个扩散器(20)包括多个管路(22)，所述多个管路(22)在它们的直径、路线和定向方面可以彼此不同。

8.如权利要求4至7中任一项所述的短舱(201，301)，其特征在于，每个扩散器(20)耦联至自主指令及控制系统(24)，所述自主指令及控制系统能够调节通过所述扩散器的流体的流率。

9.如权利要求4至8中任一项所述的短舱，其特征在于，每个扩散器(20)具有下游端部，扰流板(25)附接至所述下游端部，使得离开所述扩散器的气流能够沿拱腹或者沿拱背定向。

10.如前述权利要求中任一项所述的短舱(201)，其特征在于，所述供应管(19)被分成至少两个伸缩管(19a，19b)，所述至少两个伸缩管能够使所述反向推力设备从其关闭位置至其打开位置交替切换。

11.如权利要求10所述的短舱(201)，其特征在于，设置有至少当所述反向推力设备处于其关闭位置时用来在两个伸缩管(19a，19b)之间提供密封的装置。

12.如权利要求1至9中任一项所述的短舱(301)，其特征在于，所述供应管(19)包括配备有耦联装置的上游端部(27)，所述耦联装置能够允许与直接或间接地连接于所述供应源头(9)的接口(28)完全接触。

13.一种包括如前述权利要求中任一项所述的短舱(201，301)的装置，其特征在于，所述装置包括连接于每个供应管(19)的流体供应源头(9)。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个指令及控制设备(12)，所述指令及控制设备(12)用来调节由所述供应源头(9)传送至每个供应管(19)的流体的流率。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，每个指令及控制设备(12)包括能够冷却由所述供应源头(9)传送的流体的冷却装置。

16.一种包括至少一个如权利要求13至15中任一项所述的装置的飞行器，其特征在于，所述供应源头包括涡轮喷气发动机(9)。

17.如权利要求16所述的飞行器，其特征在于，所述发动机(9)经由至少一个供给撑杆(10)与分配线路(18，19，20)连通。

18.一种包括至少一个如权利要求13至15中任一项所述的装置的飞行器，其特征在于，所述供应源头置于所述飞行器上。

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