CN103786890B - 能悬停的飞行器 - Google Patents

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Abstract

一种能悬停的飞行器（1），具有推进装置（6）；至少一个旋翼（3）；传动装置（5），用于将来自推进装置（6）的动力传输到旋翼（3）并且使用润滑剂润滑；热交换器（9），接收来自传动装置（5）的受热后的润滑剂并且将冷却后的润滑剂输送回传动装置（5）；以及风扇（10），用于产生穿过热交换器（9）的气流以使润滑剂冷却，并且具有带有叶片（21）的叶轮（16）及用于将由于冷却润滑剂而产生的热空气排出的排气管道（18）；排气管道（18）的壁（22）的至少一个部分（23）具有消散装置（25），该消散装置设计成选择性地吸收给定频带下的压力波，该给定频带与叶轮（16）的旋转速度（V）及叶轮（16）的叶片（21）的数量（N）相关。

Description

能悬停的飞行器
技术领域
本发明涉及能悬停的飞行器，诸如推力换向式飞机或者直升机，下文中的描述仅仅以实例的方式涉及后者。
背景技术
如已知的，在飞行器制造业中，降低客舱外和客舱内的噪音正变成主要的设计问题。
噪音主要由发动机、由发动机提供动力的辅助部件、活动部件、以及流过机体的气流产生，并且主要沿着气流和结构路径（即将外壳板连接至机身的位置）直接地传播到外部并传播进飞行器自身中。
通过直接在噪音源元件上采取措施并且通过在直升机的结构框架与外壳板之间应用噪音阻尼材料来降低噪音，以使从外部到客舱内部的噪音传播最小。
发明内容
本发明的目的是提供与已知的飞行器相比设计成显著地降低工作噪音的能悬停的飞行器。
根据本发明，提供一种能悬停的飞行器，该能悬停的飞行器包括：
-推进装置；
-至少一个旋翼（rotor）；
-传动装置，用于将来自所述推进装置的动力传输至所述旋翼并且使用润滑剂润滑；
-热交换器，从所述传动装置接收受热后的润滑剂并且将冷却后的润滑剂输送回传动装置；以及
-风扇，用于产生穿过所述热交换器的气流以冷却所述润滑剂，并且该风扇包括具有叶片的叶轮（impeller）及用于排出由冷却所述润滑剂而产生的热空气的排气管道；
所述排气管道的壁的至少一个部分包括消散装置，该消散装置设计成选择性地吸收给定频带的压力波，其中该给定频带与所述叶轮的旋转速度及叶轮的叶片的数量相关。
附图说明
将参照附图以实例的方式来描述本发明的优选非限制性实施例，附图中：
图1示出了根据本发明教导的能悬停的飞行器（特别是直升机）的立体图；
图2示出了适配有根据本发明的降噪特征的图1的飞行器的驱动器组件的示意图；
图3示出了图2的驱动器组件的风扇的较大比例的立体图；
图4示出了图3的风扇的较大比例的截面。
具体实施方式
图1中的数字1整体上表示根据本发明教导的能悬停的飞行器（在示出的实例中为直升机）。
直升机1大致包括机身2；主旋翼3，安装在机身2上以在第一平面中旋转并且产生升力以整体支撑直升机1；以及在机身2的后端处的尾部旋翼4。更具体地，旋翼4在横过第一平面的第二平面中旋转以抵消由旋翼3在机身2上产生的旋转扭矩。
直升机2还包括主传动器5，该主传动器用于将动力从涡轮机6（在图2中示意性示出）传递至旋翼3的驱动轴（未示出）；以及辅助传动器7，该辅助传动器由传动器5提供动力并且自身为旋翼4提供动力。
传动器5和7两者均使用在直升机1的已知流体回路（未示出）中循环的润滑剂（例如油）不断地润滑。
润滑剂显然在使用中会变热并且必须不断地冷却，因此传动器5与包括热交换器9和风扇10的冷却系统8关联。传动器5与冷却系统8一起限定直升机1的驱动器组件11。
更具体地，热交换器9使传动器5的润滑剂冷却；热交换器9因此沿着入口管道1212接收来自传动器5的受热后的润滑剂，并且沿着出口管道13将冷却后的润滑剂输送回传动器5。
在热交换器9内，润滑剂通过来自外部的空气冷却。
更具体地，机械地连接至传动器5的风扇10产生在与管道12与13交叉的方向上穿过热交换器9的气流，以使润滑剂冷却。
如在图2至图4中示出的，风扇10通过至少一个轴14连接至传动器5，并且由传动器5以恒定的旋转速度V提供动力。
风扇10优选地为混合流的、离心式的，但是也可为轴向流或者其他类型的。
更具体地，风扇10大致包括壳体15；叶轮16，连接至轴14并且安装在壳体15内部以围绕轴线A旋转；流入区段17，与轴线A共轴地形成在壳体15上；以及排气管道18，连接至流出区段19，该流出区段形成在壳体15上并且相对于轴线A径向地定位。
更具体地，风扇10的流入区段17被输送以来自热交换器9的热空气；该空气然后被沿着排气管道18排出至外部。
如在图3和图4中示出的，叶轮16包括以A为轴线的中心轴20；以及多个叶片21，适配至轴20并从该轴突出，并且围绕轴线A等距地间隔开。
在下文的描述中，叶轮16的叶片21的数量简单以N表示。
排气管道18由管状壁22界定，该管状壁具有平行于轴线A延伸的主部分23；以及分支部分24，该分支部分相对于轴线A大致径向地延伸，在一端连接至壳体15的流出区段19，并且在相反端连接至主部分23。
由于在直升机1的工作过程中产生的大量热能，通常要求风扇10具有极大量的气流。对于通常的飞行器部件，为了实现紧凑的轻重量的冷却系统8，具有相对于轴线A而言非常小的直径及非常高的旋转速度V的风扇10是优选的。
类似地，热交换器9为了紧凑性具有非常小的空气通道（已知且并未示出），并且具有密集的散热片（已知且并未示出）以增大润滑剂热交换表面。这一切产生沿着空气回路的相当的负载损耗，这样的负载损耗必须通过风扇10的压力来克服以保证正确量的流穿过热交换器9。
本申请人已观察到，在由于叶轮16的叶片21移动经过风扇10的流出区段19时产生的压力的显著变化产生恒定频率f0下的声音，该恒定频率等于叶轮16的轴20的旋转速度V乘以叶片21的数量N。
本申请人还已观察到，由于高的旋转速度V，该声音可落入可听频率范围内并且因此构成直升机1的客舱内部和外部的噪音源。
为了降低或者消除该声音，排气管道18的壁22的一部分有利地适配有消散装置25，该消散装置设计成选择性地吸收给定频带的压力波，该给定频带与旋转速度V和叶轮16的叶片21的数量N相关。
换言之，消散装置25用来防止所述压力波传播到直升机1的客舱的外部或者内部。
所述频带优选地介于通过将叶轮16的旋转速度V乘以叶轮16的叶片21的数量N而计算出的频率值f0的90%与110%之间的范围内。
更具体地，消散装置25结合在排气管道18的壁22中。在所示实例中，消散装置25容纳在壁22的主部分23的内部，该壁为此而是更厚的并且限定内腔体26。
如在图4中示出的，消散装置25包括吸声材料层27，该吸声材料层设计成通过多孔性而吸收频率值f0附近的所述频带下的压力波。
更具体地，吸声材料层27优选地为纤维（例如玻璃纤维）材料，或者为开孔（open-cell）材料（诸如三聚氰胺泡沫）。
吸声材料层27具有与旋转速度V及叶轮16的叶片21的数量N相关的密度，以及与待过滤的声音的强度相关的体积。
吸声材料层27优选地封闭在透气但不透水的袋（例如聚芳酰胺面料的）28中。
通过将声音转换成动能而使穿过吸声材料层27的声波消散。
消散装置25还包括穿孔金属片29，该穿孔金属片限定朝向排气管道18内部的腔体26，并且设计成允许压力波通过吸声材料层27，以对压力波产生初步的腔体共振（cavity-resonance）吸声效果。
穿孔金属板29还保护吸声材料层27不受流过它的空气的速度的影响。
腔体26在外部由刚性保持壳30（优选地由玻璃纤维制成）界定，该刚性保持壳固定至优选地由碳纤维制成的排气管道18的壁22的其余部分。
壳30用来保护吸声材料层27不与直升机1的相邻部件物理接触，以及用来在所有工作条件下保持其形状和密度。
在实际使用中，叶轮16围绕轴线A的旋转产生穿过热交换器9的气流以使沿着入口管道12从传动器5流动的润滑剂冷却；冷却后的润滑剂然后沿着出口管道13输送回传动器5。
由叶轮16产生的气流被抽吸到风扇10的流入区段17中，沿着排气管道18被引导，并且被排出至外部。
当每个叶片21经过风扇10的流出区段19时，叶片产生压力的变化，这样的压力变化产生频率为f0（等于叶轮16的旋转速度V乘以叶片21的数量N）的可听声音。
通过气流传输的高频压力分量（一般而言恒定地来自于风扇10）首先通过在它们经过穿孔金属板29中的开孔时发生的腔体共振而减弱，并且随后通过吸声材料层27的变形而减弱。
气流被从排气管道18排出至外部的压力因此不具有产生在可听频率范围中的不需要的噪声的高频分量。
通过以上描述，根据本发明的直升机1的优点将是清楚的。
特别地，通过将消散装置25结合在排气管道18的壁22中，当叶轮16的叶片21经过风扇10的壳体15的流出区段19时产生的压力波在它们流过穿孔金属板29中的开孔时被部分地吸收，并且通过吸声材料层27的变形而被部分地吸收。这因此减小了压力的变化以及来自于冷却系统8的声音的强度。
显然，在不背离在所附权利要求中限定的保护范围的情况下，可对如在本文中描述和图示的直升机1做出改变。

Claims (9)

1.一种能悬停的飞行器(1)，包括：
-推进装置(6)；
-至少一个旋翼(3)；
-传动装置(5)，用于将来自所述推进装置(6)的动力传输至所述旋翼(3)并且使用润滑剂润滑；
-热交换器(9)，所述热交换器接收来自所述传动装置(5)的受热后的润滑剂并且将冷却后的润滑剂输送回所述传动装置(5)；以及
-风扇(10)，用于产生穿过所述热交换器(9)以冷却所述润滑剂的气流，并且所述风扇包括具有叶片(21)的叶轮(16)以及用于将由于冷却所述润滑剂而产生的热空气排出的排气管道(18)；
其中，所述排气管道(18)的外界定壁(22)的至少一个部分(23)结合有消散装置(25)，所述消散装置设计成选择性地吸收给定频带下的压力波，所述给定频带与所述叶轮(16)的旋转速度(V)及所述叶轮(16)的叶片(21)的数量(N)相关。
2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述频带介于通过将所述叶轮(16)的旋转速度(V)乘以所述叶轮(16)的叶片(21)的数量(N)而计算出的频率值(f0)的90％与110％之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述消散装置(25)包括吸声材料层(27)，所述吸声材料层设计成通过多孔性来吸收所述压力波，并且所述吸声材料层具有与所述叶轮(16)的旋转速度(V)以及所述叶轮(16)的叶片(21)的数量(N)相关的密度。
4.根据权利要求3所述的飞行器，其中，所述吸声材料层(27)是纤维材料，或者所述吸声材料层是开孔材料。
5.根据权利要求3所述的飞行器，其中，所述吸声材料层(27)容纳在所述排气管道(18)的所述外界定壁(22)的腔体(26)中，并且所述腔体(26)在内部由穿孔表面(29)界定，所述穿孔表面设计成允许所述压力波通过所述吸声材料层(27)以对所述压力波产生初步的腔体共振吸声效果。
6.根据权利要求5所述的飞行器，其中，所述腔体(26)在外部由刚性保持壳(30)界定。
7.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述风扇(10)的所述叶轮(16)由所述传动装置(5)提供动力。
8.根据权利要求4所述的飞行器，其中，所述纤维材料是玻璃纤维材料。
9.根据权利要求4所述的飞行器，其中，所述开孔材料是三聚氰胺泡沫。
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