CN111232224A - 吸声结构、飞行器推进组件和飞行器 - Google Patents

吸声结构、飞行器推进组件和飞行器 Download PDF

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弗洛里安·拉维斯
洛朗·卡利曼
洛朗·卡佐
安托万·库赞
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Abstract

本发明的主题是一种包括多个谐振器(34)的吸声结构，每个谐振器包括：第一腔室(36)，所述第一腔室具有由压靠在蒙皮的多孔区的内表面上的边缘界定的第一口部(38)，使得第一腔室(36)和所述蒙皮界定第一腔体(40)；第二腔室(44)，第一腔室(36)被定位在所述第二腔室中，所述第二腔室与第一腔室(36)一起界定第二腔体(48)；穿过第一腔室(36)的至少一个声学孔口(50)；穿过第一腔室(36)的至少一个排放孔口(62)和穿过第二腔室(44)的至少一个排放孔(64)，每个排放孔口(62)和每个排放孔(64)被构造成限制流体在谐振器(34)中的积聚。本发明的另一主题是一种包括所述吸声结构的飞行器推进组件或飞行器。

Description

吸声结构、飞行器推进组件和飞行器
技术领域
本申请涉及一种包括液体排放系统的吸声结构和一种包括这种吸声结构的推进组件。
背景技术
根据现有技术的实施例，推进组件包括短舱和涡轮风扇发动机，该涡轮风扇发动机被定位在短舱内部、并且在后部具有主喷射管道，来自燃烧的废气通过该主喷射管道排出。该主喷射管道在其蒙皮处包括吸声结构，该吸声结构用于衰减若干个频带上的噪声，例如与燃烧相关的噪声(300Hz至1000Hz)和与涡轮机的操作相关的噪声(高于或等于4000Hz)。
2013年5月27日至29日在德国柏林举办的第19届AIAA/CEAS航空声学会议中，美国航空航天学会(American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA)2013-2176“宽频带特殊声学吸收器概念的航空声学衬里应用[aero-acoustic linerapplications of the broadband special acoustic absorber concept]”的文件中描述了这种吸声结构。该吸声结构包括多个囊体，这些囊体由主喷射管道的蒙皮封闭，以便各自界定腔体，截头空心锥体被定位在该腔体中距囊体一定距离处，该截头空心锥体的底部出现在主喷射管道的蒙皮处。每个锥体包括至少一个孔口，该至少一个孔口使得可以将锥体的内部同锥体与囊体之间的空间相连接、根据所寻求的声学特性来定位并确定尺寸。此外，主喷射管道的蒙皮在与每个锥体对正的地方是多孔的。
基于与亥姆霍兹谐振器和四分之一波长谐振器相同的原理，如此形成的吸声结构使得可以有效地衰减由涡轮发动机发出的低频声音。
因为主喷射管道的蒙皮在与锥体对正的地方是多孔的并且因为这些锥体是穿孔的，所以在运行时，水或任何其他液体可能在每个锥体内部以及由每个锥体及其囊体界定的空间中积聚并滞留。水或液体的这种积聚影响吸声结构的效率。另外，在结冰的情况下，水转化成冰可能损坏吸声结构。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的全部或部分缺陷。
为此，本发明的主题是一种吸声结构，所述吸声结构包括被定位成抵靠蒙皮的内表面的多个谐振器，每个谐振器包括：
-第一腔室，所述第一腔室具有由压靠在所述蒙皮的内表面上的边缘界定的第一口部，使得所述第一腔室和所述蒙皮界定第一腔体；
-第二腔室，所述第一腔室被定位在所述第二腔室中，所述第二腔室至少部分地与所述第一腔室间隔开，所述第二腔室与所述第一腔室一起界定第二腔体；
-至少一个声学孔口，所述至少一个声学孔口穿过所述第一腔室以连接所述第一腔体和所述第二腔体；
-多孔区，所述多孔区形成所述蒙皮的一部分，使得在操作中能够将声波在其中传播的介质与所述第一腔体连接。
根据本发明，所述第一腔室包括穿过所述第一腔室的至少一个排放孔口，并且所述第二腔室包括穿过所述第二腔室的至少一个排放孔，每个排放孔口和每个排放孔被构造成限制流体在所述谐振器中的积聚。
这种解决方案可以大大减少可能滞留在谐振器中的流体量，从而限制损坏谐振器和影响其在声学处理方面的效率的风险。
根据另一特征，所述第一腔室包括第一侧壁，所述第一侧壁具有形成所述第一口部的第一边缘，并且每个排放孔口被定位在所述第一侧壁上、靠近所述第一侧壁的第一边缘。
根据第一实施例，所述第一腔室包括单个排放孔口，并且所述谐振器被定向成使得所述排放孔口靠近所述第一侧壁的最低点或位于所述第一侧壁的最低点处。
根据第二实施例，所述第一腔室包括分布在所述第一侧壁的整个周缘上的多个排放孔口。
根据一种构型，所述第一腔室包括数量在4和12之间的排放孔口，和/或每个排放孔口具有位于0.8mm和2mm之间的直径。
根据另一特征，所述第二腔室包括第二侧壁和第二底壁，所述第二侧壁由第一边缘和第二边缘界定，所述第一边缘被定向为朝向所述蒙皮，所述第二底壁被定位在所述第二侧壁的第二边缘的水平高度处，并且每个排放孔被定位在所述第二底壁上、靠近所述第二侧壁。
根据第一实施例，所述第二腔室包括单个排放孔，并且所述谐振器被定向成使得所述排放孔靠近所述第二底壁的最低点或位于所述第二底壁的最低点处。
根据第二实施例，所述第二腔室包括分布在所述第二底壁的整个周缘上的多个排放孔。
根据一种构型，所述第二腔室包括数量在4和12之间的排放孔，和/或每个排放孔具有位于0.8mm和2mm之间的直径。
根据另一特征，所述第一腔室和所述第二腔室具有同一回转轴线(Ax)，并且每个排放孔口与包含所述回转轴线的纵向平面交叉，所述纵向平面也与排放孔交叉。
本发明的另一主题是一种包括根据前述特征之一所述的吸声结构的飞行器推进组件或飞行器。
附图说明
其他特征和优点将从本发明的以下描述中显现，该描述单纯是通过举例方式参照附图给出的，在附图中：
[图1]是飞行器的侧向视图，
[图2]是包括展示了本发明的应用的吸声结构的主喷射管道的透视图，
[图3]是从主喷射管道的内部看到的图2中可见的管道的蒙皮的一部分的平面视图，
[图4]是装备有展示了本发明的实施例的吸声结构的主喷射管道的一部分的透视截面，
[图5]是展示了本发明的第一实施例的吸声结构(没有蒙皮时)的谐振器的透视图，
[图6]是图5中可见的谐振器的第一腔室的透视图，
[图7]是图5中可见的谐振器的第二腔室的透视图，
[图8]是展示了第一实施例的在图5中可见的、被定位在管道的上部部分中的谐振器的截面，
[图9]是展示了第一实施例的在图5中可见的、被定位在管道的下部部分中的谐振器的截面，
[图10]是展示了本发明的第二实施例的吸声结构(没有蒙皮时)的谐振器的透视图，
[图11]是图10中可见的谐振器的第一腔室的透视图，
[图12]是图10中可见的谐振器的第二腔室的透视图，
[图13]是展示了第二实施例的在图10中可见的、被定位在管道的上部部分中的谐振器的截面，
[图14]是展示了第二实施例的在图10中可见的、被定位在管道的下部部分中的谐振器的截面，
[图15]是展示了实施例的谐振器的透视图，并且
[图16]是图15中可见的谐振器的截面。
具体实施方式
在图1中，示出了飞行器10，该飞行器具有机身12、布置在机身12的两侧的两个机翼14、以及固定在机翼14下方的推进组件16。每个推进组件16包括短舱18和被定位在短舱18内部的涡轮发动机20。
根据一个实施例，涡轮发动机20包括在后部的主喷射管道22，涡轮发动机20中燃烧的气体通过该主喷射管道逸出，该主喷射管道在外侧由主喷口24界定、并且在内侧由被喷口锥体28延长的内部结构26界定。
根据一种构型，内部结构26包括被定位成抵靠蒙皮32的吸声结构30，该蒙皮界定了主喷射管道22并且具有与废气相接触的外表面SE以及与外表面SE相反的内表面SI。
尽管被描述成应用于主喷射管道22，但是本发明并不限于这种应用。因此，吸声结构30可以被定位在具有与声波在其中传播的介质相接触的外表面SE和与表面SE相反的内表面SI的任何蒙皮32上。
除了蒙皮32之外，吸声结构30还包括被定位成抵靠蒙皮32的内表面SI的多个谐振器34。根据一种构型，谐振器34可以被定位在压靠在内表面SI上的至少一个(例如蜂窝型的)蜂窝结构中。每个谐振器34包括：
-第一腔室36，也称为锥体，该第一腔室具有由压靠在蒙皮32的内表面SI上的边缘界定的第一口部38，使得第一腔室36和蒙皮32界定第一腔体40；
-第二腔室44，也称为囊体，第一腔室36定位在该第二腔室中，该第二腔室与第一腔室36至少部分地间隔开，该第二腔室具有第二口部46，该第二口部由压靠第一腔室36(或可能地蒙皮32的内表面SI)的边缘界定，使得第二腔室44和第一腔室36(以及可能地蒙皮32)界定第二腔体48；
-至少一个声学孔口50，该至少一个声学孔口穿过第一腔室36以连接第一腔体40和第二腔体48；
-多孔区42，该多孔区形成蒙皮32的一部分，使得能够将声波在其中传播的介质与第一腔体40连接。
根据图3中可见的布置，谐振器34被布置成多行和多列。
根据一个实施例，第一口部38和第二口部46各自具有呈圆盘形式的截面，并且多孔区42具有与第一口部38大致相同的截面。
每个第一腔室36是锥形的，并且包括：
-锥形的第一侧壁52，该第一侧壁由第一边缘52.1和第二边缘52.2界定，该第一边缘形成第一口部38并被定向为朝向蒙皮32，该第二边缘与第一边缘52.1相反并大致平行；
-平坦的第一底壁54，该第一底壁大致平行于蒙皮32、被定位在第一侧壁42的第二边缘52.2的水平高度处；以及
-凸缘56，该凸缘被定位在第一侧壁52的第一边缘52.1的水平高度处、在第一侧壁52的外侧并且压靠蒙皮32的内表面SI。
每个第二腔室44是锥形的，并且包括：
-锥形的第二侧壁58，该第二侧壁由第一边缘58.1和第二边缘58.2界定，该第一边缘形成第二口部46、被定向为朝向蒙皮32并且压靠第一腔室36的凸缘56，该第二边缘与第一边缘58.1相反并大致平行；
-平坦的第二底壁60，该第二底壁大致平行于蒙皮32、被定位在第二侧壁58的第二边缘58.2的水平高度处。
根据一种构型，第一腔室36大致位于第二腔室44的中心，并且第一底壁54和第二底壁60是间隔开的。声学孔口50被定位在第一腔室36的第一底壁54的水平高度处。根据所寻求的至少一个声学特性来构造该声学孔口。
显然，本发明不限于谐振器34的这种布置和/或不限于第一腔室36和第二腔室44的这些几何形状和构型。
根据本发明的特征，第一腔室36包括至少一个排放孔口62，该至少一个排放孔口穿过第一腔室36以连接第一腔体40和第二腔体48，并且第二腔室44包括至少一个排放孔64，该至少一个排放孔穿过第二腔室44以连接第二腔体48和谐振器34的外部。每个排放孔口62和每个排放孔64被构造成限制流体和任何固体颗粒在谐振器34中的积聚。由于可能滞留在谐振器34中的流体体积非常小，因此不会干扰谐振器34在声学处理方面的效率，也不会有损坏谐振器的风险。
根据图5至图9中可见的第一实施例，第一腔室36包括单个排放孔口62，该单个排放孔口根据谐振器34的取向来定位，以便限制液体在第一腔体40中的积聚。此外，第二腔室44包括单个排放孔64，该单个排放孔根据谐振器34的取向来定位，以便限制液体在第二腔体48中的积聚。
根据一种构型，单个排放孔口62被定位第一侧壁52上、靠近第一侧壁52的第一边缘52.1。单个排放孔64被定位在第二底壁60上、靠近第二侧壁58的第二边缘58.2。因为第一腔室36和第二腔室44是锥形的、同轴的并且具有相同的回转轴线Ax，所以排放孔口62和排放孔64与包含回转轴线Ax的同一纵向平面交叉。
根据这个第一实施例，每个谐振器34必须根据排放孔口62和排放孔64的位置正确定位，如图8和图9所示。
根据图8中可见的第一取向，当谐振器34包括被定位在比第一底壁54和第二底壁60的高度更低的高度处的第一口部38和第二口部46时，流体流过排放孔口62、然后流过蒙皮32的多孔区42。根据这个第一取向，谐振器34被定向成使得排放孔口62靠近第一侧壁52的最低点或位于第一侧壁的最低点处。
根据图9中可见的第二取向，当谐振器34包括被定位在比第一底壁54和第二底壁60的高度更高的高度处的第一口部38和第二口部46时，流体流过声学孔口50、然后流过排放孔64。根据这个第二取向，谐振器34被定向成使得排放孔64靠近第二底壁60的最低点或位于第二底壁的最低点处。
根据图10至图14中可见的第二实施例，第一腔室36包括多个排放孔口62，该多个排放孔口被定位在第一侧壁52上、靠近第一侧壁52的第一边缘52.1、均匀分布在第一侧壁52的整个周缘上。此外，第二腔室44包括多个排放孔64，该多个排放孔被定位第二底壁60上、靠近第二侧壁58的第二边缘58.2、均匀分布在底壁60的整个周缘上。
根据图10至图14中可见的构型，谐振器34包括八个排放孔口62和八个排放孔64。因为第一腔室36和第二腔室44是锥形的、同轴的并且具有同一回转轴线Ax，每个排放孔口62与包含回转轴线Ax的纵向平面交叉，该纵向平面也与排放孔64交叉。
根据第二实施例，排放孔口62均匀分布在第一侧壁52的整个周缘上，无论谐振器34的取向如何，这些排放孔口中的一个排放孔口必须被定位成靠近第一侧壁52的最低点，如图13所示。另外，排放孔64均匀分布在第二底壁60的整个周缘上，这些排放孔中的一个排放孔必须被定位成靠近第二底壁60的最低点，如图14所示。
排放孔口62的数量可以不同于排放孔64的数量。根据图15和图16中可见的第三实施例，谐振器34包括八个排放孔口62和四个排放孔64。
根据一个实施例，排放孔口62和/或排放孔64是圆柱形或椭圆形的，并且具有平行于回转轴线Ax的轴线。
作为示例，为了给出数量级，第一腔室36具有15mm量级的小直径d36(在其小的底部处)、40mm量级的大直径D36(在其大的底部处)，并且形成60°量级的立体角。第二腔室44具有位于17mm和42mm之间的小直径d44(在其小的底部处)、位于43mm和45mm之间的大直径D44(在其大的底部处)、25mm量级的高度H44，第一腔室36和第二腔室44之间的高度差H1为4mm量级。
排放孔口62的数量在4和12之间，并且排放孔口中的每一个具有位于0.8mm和2mm之间的直径。排放孔64的数量在4和12之间，并且排放孔中的每一个具有位于0.8mm和2mm之间的直径。
应当注意，排放孔口62有助于本技术的声学性能。每个排放孔口62被构造成使得排放孔口62和声学孔口50的截面的总和满足根据目标频率的声学需求。

Claims (14)

1.一种吸声结构，所述吸声结构包括被定位成抵靠蒙皮(32)的内表面(SI)的多个谐振器(34)，每个谐振器包括：
-第一腔室(36)，所述第一腔室具有由压靠在所述蒙皮(32)的内表面(SI)上的边缘界定的第一口部(38)，使得所述第一腔室(36)和所述蒙皮(32)界定第一腔体(40)；
-第二腔室(44)，所述第一腔室(36)被定位在所述第二腔室中，所述第二腔室至少部分地与所述第一腔室(36)间隔开，所述第二腔室与所述第一腔室(36)一起界定第二腔体(48)；
-至少一个声学孔口(50)，所述至少一个声学孔口穿过所述第一腔室(36)以连接所述第一腔体和所述第二腔体(40，48)；
-多孔区(42)，所述多孔区形成所述蒙皮(32)的一部分，使得在操作中能够将声波在其中传播的介质与所述第一腔体(40)连接，
其特征在于，所述第一腔室(36)包括穿过所述第一腔室(36)的至少一个排放孔口(62)，并且所述第二腔室(44)包括穿过所述第二腔室(44)的至少一个排放孔(64)，每个排放孔口(62)和每个排放孔(64)被构造成限制流体在所述谐振器(34)中的积聚。
2.根据权利要求1所述的吸声结构，其特征在于，所述第一腔室(36)包括第一侧壁(52)，所述第一侧壁具有形成所述第一口部(38)的第一边缘(52.1)，并且每个排放孔口(62)被定位在所述第一侧壁(52)上、靠近所述第一侧壁(52)的第一边缘(52.1)。
3.根据权利要求2所述的吸声结构，其特征在于，所述第一腔室(36)包括单个排放孔口(62)，并且所述谐振器(34)被定向成使得所述排放孔口(62)靠近所述第一侧壁(52)的最低点或位于所述第一侧壁的最低点处。
4.根据权利要求2所述的吸声结构，其特征在于，所述第一腔室(36)包括分布在所述第一侧壁(52)的整个周缘上的多个排放孔口(62)。
5.根据前一权利要求所述的吸声结构，其特征在于，所述第一腔室(36)包括数量在4和12之间的排放孔口(62)。
6.根据权利要求4和5之一所述的吸声结构，其特征在于，每个排放孔口(62)具有位于0.8mm和2mm之间的直径。
7.根据前述权利要求之一所述的吸声结构，其特征在于，所述第二腔室(44)包括第二侧壁(58)和第二底壁(60)，所述第二侧壁由第一边缘(58.1)和第二边缘(58.2)界定，所述第一边缘被定向为朝向所述蒙皮(32)，所述第二底壁被定位在所述第二侧壁(58)的第二边缘(58.2)的水平高度处，并且每个排放孔(64)被定位在所述第二底壁(60)上、靠近所述第二侧壁(58)。
8.根据权利要求7所述的吸声结构，其特征在于，所述第二腔室(44)包括单个排放孔(64)，并且所述谐振器(34)被定向成使得所述排放孔(64)靠近所述第二底壁(60)的最低点或位于所述第二底壁的最低点处。
9.根据权利要求7所述的吸声结构，其特征在于，所述第二腔室(44)包括分布在所述第二底壁(60)的整个周缘上的多个排放孔(64)。
10.根据前一权利要求所述的吸声结构，其特征在于，所述第二腔室(44)包括数量在4和12之间的排放孔(64)。
11.根据权利要求7至10之一所述的吸声结构，其特征在于，每个排放孔(64)具有位于0.8mm和2mm之间的直径。
12.根据前述权利要求之一所述的吸声结构，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室(36，44)具有同一回转轴线(Ax)，并且每个排放孔口(62)与包含所述回转轴线(Ax)的纵向平面交叉，所述纵向平面也与排放孔(64)交叉。
13.一种飞行器推进组件，所述飞行器推进组件包括根据前述权利要求之一所述的吸声结构。
14.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求1至12之一所述的吸声结构。
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