CN102105669B - 具有活动山形件的用于涡轮喷气发动机舱的噪声消减装置以及相关的发动机舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机舱(1)以及一种适用于该发动机舱的空气声学噪声消减装置，该发动机舱包括位于其下游端的喷嘴(10)，所述喷嘴(10)包括内壁和外壁，来自涡轮喷气发动机的第一气流在内壁内侧流通，对应于周围的外部空气的第二气流在外壁外侧流通。本发明还涉及一种涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置(20)，所述空气声学噪声消减装置(20)包括多个布置在喷嘴(10)的周边上的山形件(201)。本发明的特征在于所述空气声学噪声消减装置还包括滑动件(202)，所述滑动件(202)以能够绕喷嘴的轴线转动的方式设置在所述喷嘴的周边上，每个山形件(201)通过导引元件(204)连接至所述滑动件(202)，所述导引元件(204)在所述滑动件(202)的转动过程中能够沿着所述滑动件(202)运动，以确保所述山形件(201)的运动。

Description

具有活动山形件的用于涡轮喷气发动机舱的噪声消减装置以及相关的发动机舱

本发明涉及一种装备有噪声消减装置的涡轮喷气发动机舱，该噪声消减装置用于消减由涡轮喷气发动机所产生的噪声。

发动机舱通常具有管状结构，该管状结构包括涡轮喷气发动机上游的进气口、设计成环绕涡轮喷气发动机罩的中间段、容纳推力反向器装置并设计成环绕气体发生器的下游段、以及极为常见的喷嘴，该喷嘴的出口位于涡轮喷气发动机的下游。

发动机舱被设计成容纳单流或双流涡轮喷气发动机。

一般来说，由飞行器的涡轮喷气发动机所引发的部分噪声是由来自发动机舱的喷嘴的燃烧气体的快速喷射所产生的，更具体而言，是由喷嘴排出的燃烧气体与周围外部空气的汇合而产生。

对于涡轮喷气发动机以及相关发动机舱的设计而言，消减噪声，尤其在飞行器起飞过程中消减噪声，是高优先级的目标之一。

为此，已知通过采用将发动机舱的进气口结构的部分内壁制成蜂窝结构的方式，来抑制声波的能量。

为此，还已知些机舱，其下游段具有山形件（chevron）形式的消减装置（dècoupe）以使来自涡轮喷气发动机的燃烧气体流与周围外部空气更好的混合，并进而减少由涡轮喷气发动机产生的噪声干扰。

然而，这些山形件通常是固定的，这对飞行器的性能造成了影响。

例如，与平滑喷嘴相比，在相当的推力下燃料消耗量增加。

基于此原因，一些装置被提出，使得既能够消减来自涡轮喷气发动机的空气声学噪声（尤其是在起飞阶段），同时在飞行器的其他飞行阶段中又基本不影响飞行器的性能。

举例而言，文献FR2868131揭示了一种装置的示例，其提出了一种适于双流涡轮喷气发动机的带有可变几何形状的发动机舱喷嘴。“双流涡轮喷气发动机”是指这样一种涡轮喷气发动机：其能够通过转动扇叶来产生热气流（或主流）和冷气流（或次流），其中，该热气流来自涡轮喷气发动机的燃烧室，该冷气流通过在涡轮喷气发动机的整流罩和发动机舱的内壁之间形成的喷射而在涡轮喷气发动机的外部流通，这两种气流通过发动机舱的后部从涡轮喷气发动机喷出并与周围外部气流混合。

本发明的目的之一在于提出一种包括用于消减空气声学噪声的装置的发动机舱，该用于消减空气声学噪声的装置具有可供选择的设计的可变的几何形状。

本发明的另一目的在于提出一种空气声学噪声消减装置，该装置具有可供选择的设计的可变的几何形状，用于安装在涡轮喷气发动机舱上。

本发明还意在提出一种具有可变的几何形状空气声学噪声消减装置，该装置对来自涡轮喷气发动机的气流和周围空气之间的混合效果进行控制，并且在即使存在山形件的情况下仍然降低空气动力的损失。

为此，本发明提出了一种发动机舱，其包括：

位于发动机舱下游端的喷嘴，所述喷嘴包括内壁和外壁，其中，来自涡轮喷气发动机的第一气流在所述内壁内侧流通，对应于周围的外部空气的第二气流在所述外壁外侧流通；以及

涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置，所述空气声学噪声消减装置包括设置在所述喷嘴的周边上的多个山形件，

值得注意的是，所述空气声学噪声消减装置还包括设置在所述喷嘴的周边上的滑动件，从而使得所述滑动件能够绕所述喷嘴的轴线转动，每个山形件通过导引元件连接至所述滑动件，其中，所述导引元件在所述滑动件的转动过程中能够沿着所述滑动件运动，以确保所述山形件的运动。

为此，本发明还提出了一种涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置，所述空气声学噪声消减装置包括设计成布置在涡轮喷气发动机舱的喷嘴周边上的多个山形件，值得注意的是，其还包括设置在所述喷嘴周边上的且能绕所述喷嘴的轴线转动的滑动件，每个山形件通过导引元件连接至所述滑动件，其中，所述导引元件能够在所述滑动件转动过程中沿所述滑动件运动，以确保所述山形件的运动。。

因为本发明，由此能够提出一种装备空气声学噪声消减装置的发动机舱，此种机舱在飞行器的起飞或着陆阶段尤其有利；在该发动机舱中，山形件能够自身定向或缩回，由于上述装置的存在，使得能够更好地控制涡轮喷气发动机的空气动力的损失，尤其是在飞行器起飞和着陆之外的其他阶段。

有利地，本发明提供了空气声学噪声消减装置的声学效率和在存在该装置装置的情况下飞行过程中空气动力损失之间的平衡。

根据本发明的具体实施例，该装置可包括一个或多个以下特征（可选择单独适用或根据所有技术上的可能组合适用）：

-空气声学噪声消减装置还包括多个杆，所述多个杆中的每一个均在其一端处通过导引元件安装在滑动件上，每个杆还在相对端处紧固至山形件，从而使得所述山形件能够转动运动。

-所述滑动件为安装在所述喷嘴的所述内壁和所述外壁之间的圆环，所述圆环的半径是可改变的以使得每个山形件能够绕与所述喷嘴的周边相切的轴线转动运动。

-每个山形件具有梯形形状。

-所述滑动件具有根据所述喷嘴的周边而定的波浪形或三角形的形状，以使得每个山形件能够在第一位置和第二位置之间平移运动；其中，在所述第一位置所述山形件缩回在所述喷嘴的所述内壁和所述外壁之间；所述第二位置对应于所述山形件的展开状态。

-发动机舱包括多个导轨，所述导轨设置在所述喷嘴的所述内壁与所述外壁之间，以在所述第一位置和所述第二位置之间引导每个山形件。

-发动机舱包括位于每个所述山形件两侧的导轨，以确保独立引导每个山形件。

-每个导轨对应为凹形，相应的所述山形件具有对应的侧向凸形。

-紧挨着地设置在所述喷嘴的周边上的两个山形件不同程度地倾斜，以改善所述第一气流和代表周围外部空气的所述第二气流之间的混合。

-第一山形件平行于所述喷嘴的所述内壁设置，紧跟着的山形件平行于所述喷嘴的所述外壁设置。

-发动机舱包括由电机、或由电力或液压传动装置驱动的机架，以确保所述滑动件绕所述喷嘴的周边转动。

根据提供作为非限制性的示例并参照附图完成的实施例，在阅读了以下具体的描述后，本发明的其它特征和有益效果将得到清楚的显现，其中：

图1a示出了根据本发明第一实施例的包括空气声学噪声消减装置的发动机舱的视图；

图1b示出了图1a中在发动机舱的空气声学噪声消减装置的滑动件和导引元件方面的细节视图；

图2示出了图1a中所示的发动机舱的空气声学噪声消减装置的山形件的三种位置状态，分别叫做关闭、中立和打开；

图3示出了根据本发明第二实施例的包括空气声学噪声消减装置的发动机舱的示意图，从中能够分别看到在多种可能的山形件的状态下（在左边的缩回状态以及在右边的展开状态）的装置的动作；

图4更加详细示出了根据本发明第二实施例的空气声学噪声消减装置的具有波浪及准正弦形状的滑动件；

图5示出了根据本发明的第二实施例的空气声学噪声消减装置的具有三角形形状的滑动件的实施例；

图6示出了根据本发明的第二实施例的空气声学噪声消减装置的整体视图，该空气声学噪声消减装置具有根据图4的可选实施例的滑动件；

图7示出了图6中在根据本发明第二实施例的空气声学噪声消减装置的轨的方面的细节视图；

图8示出了发动机舱的喷嘴的内壁和外壁的剖视图，其中，带有山形件，该山形件平行于喷嘴的内壁设置；

图9示出了发动机舱的喷嘴的内壁和外壁的剖视图，其中，带有与图8所示的山形件接近的另一山形件，所述另一山形件平行于喷嘴的外壁设置，形成了周围外部空气的空气动力学线；以及

图10示出了发动机舱的喷嘴的内壁和外壁的剖视图，其中，带有图8所示的山形件，该山形件处于展开状态，使得能够看到相应喷嘴截面的增加。

图1a，1b和2示出了本发明的第一实施例。

第一实施例提供一种涡轮喷气发动机舱1，该发动机舱1在其下游端具有喷嘴10，喷嘴10包括内壁和外壁102，其中，来自涡轮喷气发动机的第一气流在内壁内侧流通，对应于周围外部空气的第二气流在外壁102外侧流通。

发动机舱1还包括用于消减来自涡轮喷气发动机的空气声学噪声的装置20，该装置20包括布置在喷嘴10的周边的多个山形件201。

根据本发明，涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置包括滑动件202，该滑动件202布置在喷嘴10的周边并能够绕喷嘴10的轴线转动，每个山形件通过导引元件204连接至滑动件202，所述导引元件204能够在滑动件202的转动过程中沿滑动件运动，以确保山形件201的运动。

优选地，该导引元件为滚轮。

根据该第一实施例，滑动件202是安装于喷嘴10的内壁101和外壁102之间的圆环，其半径是可变的使得每个山形件201能够绕与喷嘴10的周边相切的轴线转动运动。

为此，空气声学噪声消减装置还包括多个杆203，每个杆在其一端通过滚轮204安装在滑动件202上，并在其相对端安装至山形件201，从而使得山形件201能够转动运动。

实际上，举例来说，如果环202的半径相对于中立状态减小（图2中的第三个示意图中的所谓“打开”，），则山形件201趋于朝喷嘴10的外壁102上升，且同时绕其转动轴线转动。

然而，如果环202的半径相对于中立状态（图2中的中间示意图或图1中箭头F）增加，则山形件趋于朝喷嘴10的内壁101下降，且同时绕其转动轴线转动（图2中的第一个示意图中的所谓“关闭”）。

采用这种方式，每个山形件201能够因此按照要求来定向，并且因此根据飞行器的飞行阶段为可调整的。

因此，能够根据飞行器的不同飞行阶段改变发动机舱的喷嘴10的截面。

来自涡轮喷气发动机的气流和周围空气之间的混合效果于是得到控制。

山形件201的形状对于本发明所关心的问题而言不是至关重要的。

然而，在该第一实施例中，采用梯形的形状具有能够在两个相邻的山形件201之间形成完全阻塞的优点，以防止处于关闭位置的山形件之间有任何空气通过，气体的这种通过会对消减噪声的目标造成不利影响。

参照图3-7说明第二实施例。

在第二实施例中，滑动件202例如具有根据喷嘴10的周边而定的波浪状形状（图4）或三角形形状（图5）。

这样的形状使得能够改变滑动件202和喷嘴10的后缘之间的距离，从而使得每个山形件201能够在第一位置和第二位置之间平移运动，其中，在第一位置处山形件缩回在喷嘴10的内壁101和外壁102之间（如图3左部和图7所示），第二位置对应于山形件的展开状态（如图3右部和图4、5、6所示）。

因此能够完全地缩回山形件，并使发动机舱还原到在空气动力学特性方面具有与没有任何空气声学噪声消减装置的发动机舱相同的发动机舱性能。

当飞行器在飞行时，这一点尤其有利于降低飞行过程中的空气动力损失，并借此减少相关燃料消耗。

同时，还设置有多个导轨205，其布置在喷嘴10的内壁101和外壁102之间，用以在第一的缩回状态和第二的展开状态之间引导每个山形件201。

优选地，每个山形件201的两侧都设置有导轨205，从而确保独立引导每个山形件201。

在一个替代实施例中，每个导轨205对应为凹形，相应的山形件201因此具有对应的侧向的凸形。

在图7中，每个导轨例如具有大致U形的截面。

也可以考虑实施一种上述两种实施例的替代性实施例，如图8和9中所示。

事实上，可以将空气声学噪声消减装置安装成使得喷嘴10周边上的两个相邻山形件201不同地倾斜，从而改善来自涡轮喷气发动机的第一气流和周围的外部空气之间的混合（通过利用山形件201干扰第一气流，然后干扰外部空气）。

更详细地，可以考虑平行于喷嘴10的内壁101设置第一山形件201（图9所示），以及平行于喷嘴的外壁102设置紧挨着的山形件201（图8所示）。

需要注意的是，将山形件平行于喷嘴的外壁102展开使得能够增加发动机舱的出口截面，但是第一气流的输出流率仍受到缩回状态下（如图10所示）的出口面积的限制。

在这种情况下，对于代表起飞的传统操作而言，在喷嘴的气体流率方面的增加可达约2%。

无论基于哪种实施例，都能够设置由电机、或可替代地由电力或液压传动装置驱动的机架，以确保滑动件202绕喷嘴周边的转动运动。

Claims (12)

1.一种涡轮喷气发动机舱（1），包括

位于涡轮喷气发动机舱下游端的喷嘴（10），所述喷嘴（10）包括内壁（101）和外壁（102），其中，来自涡轮喷气发动机的第一气流在所述内壁内侧流通，对应于周围的外部空气的第二气流在所述外壁外侧流通；以及

涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置（20），所述空气声学噪声消减装置（20）包括设置在所述喷嘴（10）的周边上的多个山形件（201），

其特征在于，所述空气声学噪声消减装置还包括滑动件（202），所述滑动件（202）以能够围绕所述喷嘴的轴线转动的方式设置在所述喷嘴的周边上，每个山形件（201）通过导引元件（204）连接至所述滑动件（202），其中，所述导引元件（204）在所述滑动件（202）的转动过程中能够沿着所述滑动件（202）运动，以确保所述山形件的运动。

2.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，所述空气声学噪声消减装置还包括多个杆（203），所述多个杆（203）中的每一个均在其一端处通过所述导引元件（204）安装在所述滑动件（202）上，每个杆还在相对端处紧固至所述山形件（201），从而使得所述山形件（201）能够转动运动。

3.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，所述滑动件（202）为安装在所述喷嘴（10）的所述内壁（101）和所述外壁（102）之间的圆环，所述圆环的半径是可改变的以使得每个山形件（201）能够绕与所述喷嘴（10）的周边相切的轴线转动运动。

4.如上述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，每个山形件（201）具有梯形形状。

5.如权利要求1所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，所述滑动件（202）具有根据所述喷嘴（10）的周边而定的波浪形或三角形的形状，以使得每个山形件（201）能够在第一位置和第二位置之间平移运动；其中，在所述第一位置所述山形件（201）缩回在所述喷嘴的所述内壁和所述外壁之间；所述第二位置对应于所述山形件的展开状态。

6.如权利要求5所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，包括多个导轨（205），所述导轨（205）设置在所述喷嘴（10）的所述内壁（101）与所述外壁（102）之间，以在所述第一位置和所述第二位置之间引导每个山形件（201）。

7.如权利要求4所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，包括位于每个所述山形件（201）两侧的导轨（205），以确保独立引导每个山形件（201）。

8.如权利要求6或7所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，每个导轨（205）对应为凹形，相应的所述山形件（201）具有对应的侧向凸形。

9.如权利要求1至3中任一项所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，紧挨着地设置在所述喷嘴（10）的周边上的两个山形件（201）不同程度地倾斜，以改善所述第一气流和代表周围外部空气的所述第二气流之间的混合。

10.如上述权利要求9所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，所述两个山形件中的第一个山形件平行于所述喷嘴（10）的所述内壁（101）设置，紧跟着的山形件平行于所述喷嘴（10）的所述外壁（102）设置。

11.如权利要求1至3中任一项所述的涡轮喷气发动机舱，其特征在于，包括由电机、或由电力或液压传动装置驱动的机架，以确保所述滑动件（202）绕所述喷嘴（10）的周边转动。

12.一种涡轮喷气发动机的空气声学噪声消减装置，包括设计成布置在涡轮喷气发动机舱的喷嘴（10）周边上的多个山形件（201），其特征在于，还包括设置在所述喷嘴（10）周边上的且能绕所述喷嘴的轴线转动的滑动件（202），每个山形件（201）通过导引元件（204）连接至所述滑动件（202），其中，所述导引元件（204）能够在所述滑动件（202）转动过程中沿所述滑动件运动，以确保所述山形件（201）的运动。

Images