CN102575616B - 带有腔室的噪声降低装置 - Google Patents

Abstract

本发明的带有腔室的噪声降低装置在喷气式发动机内连接比燃烧器靠上游侧的流路、与设在喷气式发动机的主喷嘴的喷出侧周缘上的多个微喷气喷嘴的供给路径的中途设有腔室（17）；将流路的压缩空气的一部分经由供给路径先向腔室（17）内供给，使压缩空气从该腔室（17）经由多个微喷气喷嘴（63）朝向喷气流喷射。

Description

带有腔室的噪声降低装置

技术领域

本发明涉及在飞机的喷气式发动机中使用的噪声降低装置。

本申请基于2009年10月28日在日本提出申请的特愿2009－247780号主张优先权，这里引用其内容。

背景技术

飞机的喷气式发动机依次排列有将空气取入的风扇、将该风扇取入的空气的一部分取入并压缩的压缩机、将由该压缩机生成的压缩空气与燃料混合而使其燃烧的燃烧器、和通过该燃烧器的燃烧气体驱动风扇及压缩机的涡轮。

压缩机、燃烧器及涡轮设置在作为筒状隔壁的主喷嘴内，风扇设置在主喷嘴的上游侧。风扇取入的空气的大部分通过设在与覆盖主喷嘴的外周的壳体（发动机短舱）之间的旁通流路。通过了该旁通流路后的空气（旁通流）被排出而包围涡轮的核心流（喷气流）的外周并与喷气流合流。

该喷气流与旁通流合流的区域成为噪声发生源而发生噪声。

为了使该噪声降低，公开了各种各样的技术。

例如，公开了在主喷嘴的喷出侧周缘上设置微喷气喷嘴、从该微喷气喷嘴朝向喷气流与旁通流的合流部微喷气喷射的技术（例如，参照非专利文献1）。

微喷气喷嘴经由铺设在主喷嘴的周围的配管与喷气式发动机内的风扇部或压缩机连通。并且，由风扇或压缩机生成的压缩空气的一部分经由配管向微喷气喷嘴导引，从该微喷气喷嘴将压缩空气微喷气喷射。由此，通过微喷气，将喷气流与旁通流适当地混合，能够降低噪声。

在专利文献1中，公开了削减具有突起部（人字纹）的喷气式发动机喷嘴的排气噪声的系统及方法。专利文献1所公开的方法包括如下步骤：由喷气式发动机产生气体的第1流、通过包括具有向后部方向延伸的多个突起部的后缘周长的喷嘴使第1流送达、将加压的流体的第2流向接近于突起部的第1流喷射。

在专利文献2中，公开了用来使用振动喷气降低喷气式发动机排气噪声的装置。

专利文献1：特表2010－518323号公报，

专利文献2：特开2005－195019号公报，

非专利文献1：Brenton Greska等4人，The Effects of Microjet Injection On an F404 Jet Engine，AIAA2005－3047，11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference（26th AIAA Aeroacoustics Conference），23－25 May 2005。

但是，在上述以往技术中，由于使用配管将压缩空气从风扇部或压缩机向微喷气喷嘴导引，所以由于配管内的压力损失而难以高效率地进行微喷气喷射。例如，在上述的专利文献1中，由于因人字纹喷嘴而产生速度差，所以产生压力损失，难以高效率地进行微喷气喷射。

此外，导引压缩空气的配管因喷气式发动机的热而膨胀，有可能受损或喷射位置偏离。

进而，在配管的周围产生空泡流而发生流体噪声，或者发生伴随着配管的振动的附加噪声。

并且，铺设配管的作业较麻烦，组装工时增大。

除此以外，还存在因铺设配管时的离差而不能得到微喷气本来的噪声降低效果的可能性。

在专利文献2中，用于将振动流朝向发动机废气流出而导引的通道由细径的管构成。因此，细径的通道内的压力损失变大，实际上难以供给仅能够有效地降低发动机排气噪声的振动流。此外，在导引振动流的通道中需要安装气流控制阀或气流稳定装置等附加的装置。因此，构成装置的零件件数变多，装置的构造复杂化，组装作业性下降。

发明内容

所以，本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够高效率地进行微喷气喷射、并且能够防止配管的损伤、防止配置位置的偏离的噪声降低装置。

此外，提供一种能够防止伴随着配管的振动的附加噪声、并且能够提高组装作业性的噪声降低装置。

本发明第1技术方案所涉及的带有腔室的噪声降低装置的特征在于，在喷气式发动机内连接比燃烧器靠上游侧的流路、与设在上述喷气式发动机的主喷嘴的喷出侧周缘上的多个微喷气喷嘴的供给路径的中途设有腔室；将上述流路的压缩空气的一部分经由上述供给路径先向上述腔室内供给，使上述压缩空气从该腔室经由上述多个微喷气喷嘴朝向从上述主喷嘴喷出的喷气流喷射。

通过这样构成，能够确保从比燃烧器靠上游侧的流路到微喷气喷嘴之间的空间较大。因此，能够降低以往那样因配管产生的压力损失，通过向腔室均匀地施加压力，向周向喷射均匀的微喷气，能够高效率地降低噪声。

此外，由于代替配管而设有腔室，所以能够削减配管，并相应地能够防止因喷气式发动机的热产生的配管的损伤、防止配置位置的偏差。

进而，由于腔室的构造较简单，所以与配管的铺设作业相比能够容易地组装。因此，能够提高组装作业性。

本发明第2技术方案所涉及的带有腔室的噪声降低装置的特征在于，上述腔室设在上述主喷嘴的外周面、并且上述微喷气喷嘴的附近。

通过这样构成，能够减少主喷嘴的外周面上的配管的露出。因此配管减少，相应地能够抑制空泡流，防止伴随着配管的振动的附加噪声，并且能够降低短舱阻力，提高喷气式发动机的空气动力性能。

此外，由于能够将从腔室到微喷气喷嘴前端之间的距离设定得较短，所以相应地能够更可靠地降低压缩空气的压力损失。因此，能够更高效率地进行微喷气喷射。

本发明第3技术方案所涉及的带有腔室的噪声降低装置的特征在于，上述腔室具有构成上述主喷嘴的内周部的一部分的内周壁部，和构成上述主喷嘴的外周部的一部分、并且覆盖上述内周壁部地形成的外周壁部；上述压缩空气取入形成在这些内周壁部与外周壁部之间的空间。

通过这样构成，能够将主喷嘴的外表面平滑地形成，更可靠地防止空泡流，并且能够更可靠地降低短舱阻力。因此，能够更可靠地抑制附加噪声的发生。

此外，能够使腔室的构造更简单化，防止主喷嘴的大型化。除此以外，能够进一步提高组装作业性。

根据本发明，能够确保从比燃烧器靠上游侧的流路到微喷气喷嘴之间的空间较大。因此，能够降低以往那样因配管产生的压力损失，通过向腔室均匀地施加压力，向周向喷射均匀的微喷气，能够高效率地降低噪声。

此外，由于代替配管而设有腔室，所以能够削减配管，并相应地能够防止因喷气式发动机的热产生的配管的损伤、防止配置位置的偏离。

进而，由于腔室的构造较简单，所以与配管的铺设作业相比能够容易地组装。因此，能够提高组装作业性。

此外，能够减少主喷嘴的外周面上的配管的露出。因此配管减少，相应地能够抑制空泡流，防止伴随着配管的振动的附加噪声，并且能够降低短舱阻力，提高喷气式发动机的空气动力性能。

进而，由于能够将从腔室到微喷气喷嘴前端之间的距离设定得较短，所以相应地能够更可靠地降低压缩空气的压力损失。因此，能够更高效率地进行微喷气喷射。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的喷气式发动机的概略结构的示意剖视图；

图2是本发明的实施方式的噪声降低装置的立体图；

图3是沿着图2的A－A线的剖视图；

图4是图3的B部放大图；

图5是表示本发明的实施方式的喷气流及空气流的说明图；

图6是表示验证由本发明的噪声降低装置具备的腔室产生的压力损失降低的效果的结果的图。

附图标记说明： 

1：噪声降低装置，2：壳体，3：筒状隔壁（主喷嘴），4：压缩机，5：流路，12：燃烧器，17：腔室，18：内周壁部，18a、62：外凸缘部，20：供给路径，22：外周壁部，63：微喷气喷嘴，63a：第一配管部，63b：第二配管部，100：喷气式发动机，A：空气，K：空间，X：喷气流。

具体实施方式

（喷气式发动机）

接着，基于图1～图5说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明所涉及的噪声降低装置1所适用的喷气式发动机100的概略结构的示意剖视图。

如图1所示，喷气式发动机100具备筒状的壳体2、一部分从壳体2的喷出侧周缘（后缘）2a突出而内插的筒状隔壁3、和从上游侧向下游侧沿着中心轴线C1依次排列在壳体2内的风扇11a、压缩机4、燃烧器12、及涡轮13。此外，在喷气式发动机100的筒状隔壁3的喷出侧（图1中的右侧）设有噪声降低装置1。

使筒状隔壁3内为高速的喷气流X流动的流路5。使筒状隔壁3与壳体2之间为低速的旁通流Y流动的流路6。

喷气式发动机100的壳体2及筒状隔壁3具有作为形成喷气式发动机100的外形的发动机短舱的功能。壳体2将筒状隔壁3的外周一部分覆盖。

壳体2的上游侧的开口作为将空气A取入的空气取入口2A发挥功能，另一方面，壳体2的下游侧的开口作为将旁通流Y排出的旁通流排出口2B发挥功能。

旁通流Y是从空气取入口2A取入的空气A中没有被取入到压缩机4中的空气A，是在筒状隔壁3与壳体2之间流动的低速的流体。喷气流X是从涡轮13排气而在筒状隔壁3内流动的流体，是比旁通流Y高速的流体。在壳体2的外侧，外气流Z沿着该外周面流动。即，外气流Z是在旁通流Y的外侧流动的低速的流体。

筒状隔壁3相对于壳体2沿着中心轴线C1方向稍稍向下游侧偏移而配设，将喷气流X流动的流路5与旁通流Y流动的流路6分隔。

在壳体2内的上游侧端部附近、筒状隔壁3的上游设置有风扇11a。风扇11a从外部将空气A取入。

在比风扇11a靠下游侧、筒状隔壁3内设置有压缩机4。压缩机4将风扇11a取入的空气A的一部分取入并压缩。

在比压缩机4靠下游侧、筒状隔壁3内设置有燃烧器12。燃烧器12向压缩机4压缩的空气A混合燃料而使其燃烧，将燃烧气体排出。

在比燃烧器12靠下游侧、筒状隔壁3内配置有涡轮13。

涡轮13通过燃烧器12排出的燃烧气体驱动风扇11a及压缩机4。

这样构成的喷气式发动机100的壳体2及筒状隔壁3经由延伸到喷气流X及旁通流Y的下游侧的外挂架8吊设在未图示的飞机的机翼上。

外挂架8是沿与壳体2及筒状隔壁的中心轴线C1正交的方向延伸的部件，具有从壳体2向下游侧延伸的突出部8A。

筒状隔壁3作为将喷气流X排出的主喷嘴发挥功能，在该筒状隔壁3的外周部设有噪声降低装置1。

（噪声降低装置）

图2是噪声降低装置1的立体图，图3是沿着图2的A－A线的剖视图，图4是图3的B部放大图。

如图1～图4所示，噪声降低装置1具有设在筒状隔壁3的外周部的腔室17，和在该腔室17的下游侧（图1、图2中的右侧）、并且沿着筒状隔壁3的喷出侧周缘3A设有多个的微喷气喷嘴63。另外，多个微喷气喷嘴63都是相同形状，所以在图2中仅图示1个微喷气喷嘴63，将其他的微喷气喷嘴63的图示省略。

腔室17由不锈钢（例如，SUS321）或铬镍铁合金等形成，具有构成筒状隔壁3的内周部的一部分的圆筒状的内周壁部18。

即，内周壁部18形成为随着朝向喷出侧（下游侧）而缩径的侧视大致圆锥台状，下游侧端部的内径与筒状隔壁3的内周面的上游侧端部的外径相等。

在内周壁部18的上游侧周缘上，一体成形有外凸缘部18a。该外凸缘部18a是用来将内周壁部18固定在筒状隔壁3上的部件，在周向上以等间隔形成有多个螺栓孔（未图示）。另一方面，在筒状隔壁3的对应于螺栓孔的位置上刻设有凹螺纹部，通过从内周壁部18侧将未图示的螺栓拧在凹螺纹上，能够将内周壁部18锁紧固定在筒状隔壁3上。

在外凸缘部18a上避开未图示的螺栓孔的位置上，在周向上以等间隔形成有多个空气取入口19。

该空气取入口19经由设在筒状隔壁3上的供给路径20连接在比燃烧器12靠上游侧的流路5上。供给路径20的一端经由未图示的接头连接在外凸缘部18a的空气取入口19上。由此，将风扇部11或压缩机4压缩的空气A的一部分取入到腔室17中。此外，在供给路径20的中途设有阀21。

另外，作为供给路径20，例如使用聚四氟乙烯（注册商标）管等。

通过使用聚四氟乙烯（注册商标）管，除了能够防止因发动机的热伸长造成的管的破损以外，还能够降低管摩擦损失而高效率地喷射。

在内周壁部18的下游侧周缘上，一体地成形有外凸缘部62。在外凸缘部62上，在周向上以等间隔形成有多个贯通孔65，在这些贯通孔65中分别插入微喷气喷嘴63。

在内周壁部18的外周侧，设有跨越两个外凸缘部18a、62而覆盖内周壁部18地形成的圆筒状的外周壁部22。外周壁部22沿着内周壁部18的延伸方向地形成为侧视大致圆锥台状，构成筒状隔壁3的外周部的一部分。即，外周壁部22的外周面的上游侧端部的外径与筒状隔壁3的外周面的下游侧端部的外径相等（参照图1）。

外周壁部22的上游侧周缘部通过焊接等固定在内周壁部18的外凸缘部18a上，并且外周壁部22的下游侧周缘部通过焊接等固定在内周壁部18的外凸缘部62上。由风扇11a或压缩机4压缩的空气A的一部分取入由这样固定的外周壁部22和内周壁部18包围的空间K。

安装在内周壁部18的外凸缘部62上的微喷气喷嘴63由配管形成。微喷气喷嘴63由沿着筒状隔壁3的外周面并且沿着轴向延伸的第一配管部63a、和从第一配管部63a的前端沿着筒状隔壁3的喷出侧周缘3A并且朝向中心轴线C1斜向延伸的第二配管部63b构成。

第一配管部63a与腔室17的外凸缘部62的连接部通过焊接等确保密封性。

此外，第二配管部63b的倾斜角度θ相对于中心轴线C1设定为30～45度，能够使取入到腔室17中的空气A向从喷气流排出口16A排出的喷气流X可靠地喷射。这里，筒状隔壁3的喷出侧周缘3A形成为能够将第二配管部63b配置成希望的角度，其壁厚随着朝向下游而变薄。

这里，如图4详细表示那样，筒状隔壁3随着朝向下游而逐渐缩径。并且，微喷气喷嘴63设置成其前端部、即第二配管部63b的前端部沿着筒状隔壁3的喷出侧周缘3A。因而，成为在筒状隔壁3的狭道SP处配置微喷气喷嘴63的喷射口的状态。

（作用）

接着，对喷气式发动机100及噪声降低装置1的作用进行说明。

如图1所示，在飞机的起飞时，首先，使风扇11a旋转而从空气取入口2A取入空气A。该空气A的一部分被压缩机4压缩、在燃烧器12中与燃料混合而燃烧。

在涡轮13中，通过从燃烧器12排出的燃烧气体产生风扇11a及压缩机4的驱动力。然后，通过由涡轮13产生的驱动力，风扇11a旋转而将空气A取入。

通过这样的动作，喷气流流到筒状隔壁3内的流路5中、并从喷气流排出口16A排出。此外，旁通流Y流到筒状隔壁3与壳体2之间的流路6中、并从旁通流排出口2B排出。结果，得到推进力而飞机起飞。

此时，将阀21打开，将由风扇11a或压缩机4压缩的空气A的一部分取入到腔室17内。并且，如果腔室17内的空气A升高到规定的压力，则该空气A经由微喷气喷嘴63朝向喷气流X喷射。

图5是表示进行微喷气喷射时的喷气流X及空气A的气流的说明图。

在图5中，喷气流X的比筒状隔壁3的狭道SP靠上游侧为压力较高的区域。另一方面，比狭道SP靠下游侧与上游侧相比为压力较低的区域。因而，微喷气喷射成为被朝向压力较低的区域喷射，所以不会将腔室17内的压力提高的所需以上，能够确保充分的流量。并且，在狭道SP之后、即从狭道SP朝向下游以相对于轴向成锐角地进行喷射。

这里，由于不会将腔室内的压力提高的需要以上，所以配管内的马赫数不会变高，能够降低供给路径20内的空气A的压力损失。进而，能够将产生压力损失的路径大致仅限定于微喷气喷嘴63。

此外，由于腔室17相邻于微喷气喷嘴63的上游侧而配置，所以能够将微喷气喷嘴63形成为其轴向的长度尽可能短。因此，能够将产生压力损失的微喷气喷嘴63的长度设定得尽可能短，能够将压力损失抑制在最小限度。

将对本实施方式所涉及的噪声降低装置1验证通过在微喷气喷嘴63的上游侧设置腔室17产生的压力损失降低的效果的结果表示在图6中。图6所示的验证结果是抽取从比燃烧器12靠上游侧的流路5经过腔室17达到微喷气喷嘴63的部位，图示了其轴向位置的全压损失系数（%）。在图6中，横轴表示轴向位置，纵轴表示全压损失系数（%）。

图6所示的验证通过使用以下的条件对各个轴向位置的全压损失系数进行数值解析来进行。

流路5的内径：Φ5mm，32条

微喷气出口面积：喷射管内径Φ3.15（mm）×sqrt（32条/20条）=Φ3.52mm

如图6所示，全压损失系数在腔室17与微喷气喷嘴63的连接位置、即轴向位置为0.1（m）的部位处急剧地增加。这认为是由于与截面积较大的腔室17相比、微喷气喷嘴63的截面积较小，所以全压损失增加的缘故。但是，由于微喷气喷嘴63的截面积较小，所以即使如图6所示那样全压损失急剧地增加，微喷气喷嘴63的全压损失的增加也停留在10%到20%的程度。

这里，在如图6中用虚线表示那样没有设置腔室17的情况下，与图6所示的轴向位置为0.1（m）的位置处的全压损失的增加同样，从作为流路5与腔室17的连接位置的轴向位置为－0.18（m）的位置起，全压损失急剧地增加。可知如果从轴向位置为－0.18（m）的位置起、与轴向位置为0.1（m）的位置同样全压损失增加，则微喷气喷嘴63的出口处的全压损失超过50（%）。

由图6所示的结果可知，腔室17的存在是飞机用发动机中为了在现实上进行微喷气喷射而不可或缺的机构。这是由于通过腔室17存在，能够根据腔室部体积抑制全压损失的缘故。

这样，在本实施方式所涉及的噪声降低装置中，由于具备腔室17，所以使用于喷射微喷气的来自发动机的抽气压力的损失大幅降低，不需要来自压缩器的大量的抽气。

进而，如果驱动喷气式发动机100，则各零件的温度上升，但由于与以往的配管相比、腔室17是由内周壁部18和外周壁部22形成的空间，所以即使热伸长也不会导致配管的破损。由此，能够进行稳定的微喷气喷射。

微喷气喷射出的空气A到达排出的喷气流X与旁通流Y合流的区域，使两者良好地混合。由此，使因喷气流X与旁通流Y的合流产生的噪声降低。

（效果）

根据上述实施方式，在微喷气喷嘴63与压缩机4之间设置腔室17，将由风扇11a或压缩机4压缩的空气A、即比燃烧器12靠上游侧的流路5的压缩空气先供给到腔室17内，从该腔室17经由微喷气喷嘴63进行微喷气喷射。因此，能够降低以往成为问题的因配管带来的压力损失。由此，能够高效率地进行微喷气喷射。

此外，由于代替配管而设置腔室17，所以能够将在从风扇部11或压缩机4到微喷气喷嘴63之间使用的配管的一部分削减。微喷气喷嘴63及腔室17与以往的配管相比能够将相对于热膨胀的破损风险抑制得较小，所以能够防止因配管破损造成的压力泄漏。除此以外，通过使用腔室17，没有了空气A的流路位置偏离的可能性，所以能够进行稳定的微喷气喷射。

进而，由构成筒状隔壁3的内周部的一部分的圆筒状的内周壁部18、和覆盖内周壁部18地形成的外周壁部22来构成腔室17，向由这些内周壁部18和外周壁部22包围的空间K取入由风扇11a或压缩机4压缩的空气A的一部分。因此，能够使腔室17的构造简单化，并且能够防止筒状隔壁3的大型化。

除此以外，仅通过由未图示的螺栓将内周壁部18的外凸缘部18a锁紧固定在筒状隔壁3上即能够完成组装作业。因此，与以往那样的配管的铺设作业相比，能够提高组装作业性。

此外，由于腔室17的外周壁部22构成筒状隔壁3的周围，所以配管等不会露出到外部，能够防止空泡流，防止随之产生的附加噪声。进而，能够降低喷气式发动机100的短舱阻力，能够提高空气动力性能。

本发明所涉及的带有腔室的噪声降低装置能够高效率地进行微喷气喷射，并且能够防止配管的损伤、防止配置位置的偏离。

此外，本发明所涉及的带有腔室的噪声降低装置能够防止伴随着配管的振动的附加噪声，并且能够提高组装作业性。

Claims (2)

1.一种带有腔室的噪声降低装置，其特征在于，

在喷气式发动机内连接比燃烧器靠上游侧的流路、与设在上述喷气式发动机的主喷嘴的喷出侧周缘上的多个微喷气喷嘴的供给路径的中途设有腔室；

将上述流路的压缩空气的一部分经由上述供给路径先向上述腔室内供给，使上述压缩空气从该腔室经由上述多个微喷气喷嘴朝向从上述主喷嘴喷出的喷气流喷射，

上述腔室具有与从上述燃烧器排出的燃烧气体流动的区域相接地设置的构成上述主喷嘴的内周部的一部分的圆筒状的内周壁部，和露出到上述主喷嘴的径向外侧地设置的构成上述主喷嘴的外周部的一部分、并且覆盖上述内周壁部地形成的圆筒状的外周壁部，

将上述压缩空气取入形成在这些内周壁部与外周壁部之间的空间。

2.如权利要求1所述的带有腔室的噪声降低装置，其特征在于，

上述腔室设在上述主喷嘴的外周面、并且上述微喷气喷嘴的附近。