CN113250822A - 用于飞行器的双涵道涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的双涵道涡轮机，所述双涵道涡轮机包括与流体回路相关联的热声系统(10)，所述流体回路用于向所述双涵道涡轮机的马达供应流体，所述热声系统(10)包括：交换器(11)，所述交换器连接至所述流体回路，并且待冷却的流体在所述交换器中流动；声学衰减结构(12)，所述声学衰减结构与所述交换器(11)不同、并且形成所述风扇导管(5)的壁(2a，4a)的全部或一部分；以及至少一个导热管(13)，所述至少一个导热管包括完全接纳在所述声学结构(12)中的部分和一端接纳在所述交换器(11)中的部分，以及在所述两个部分之间的具有非零角度的单个弯曲弯头。

Description

用于飞行器的双涵道涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器的双涵道涡轮机，其装备有热声系统，该热声系统用于对涡轮机的运行所需要的流体进行冷却并且衰减在所述运行期间发出的噪音。
背景技术
双涵道涡轮机具有风扇导管，由涡轮机的风扇吹送的空气穿过该风扇导管最终在涡轮机的排气口喷出。风扇导管由导送空气的壁界定。这些壁由声学衰减结构形成，这些声学声音衰减结构使空气流动穿过风扇导管所产生的声波衰减，并且因此使得可以减弱涡轮机的噪音。
这些壁还可以装配有翅片类型的热交换器，这些热交换器用于执行在风扇导管中循环的空气与输送涡轮机运行时所使用的流体(例如油、航空燃料)的管道之间的热交换，从而对该流体进行冷却。
如今，将热交换器安装在风扇导管的壁中减小了指配给声学处理的表面积、并且因此减小了声学处理减弱涡轮机的噪音的能力。此外，热交换器的翅片在风扇导管中产生额外的阻力，这削弱了涡轮机的空气动力学性能。
为了解决这些问题，文献EP 3038101披露了一种热声系统，该热声系统包括蜂窝状类型的声学衰减结构，在该声学衰减结构中布置有输送待冷却流体的管道。声学衰减结构包括穿孔，这些穿孔允许风扇导管的空气进入衰减结构的腔体，该腔体形成声学谐振器。空气还用于冷却整合到声学衰减结构中的管道，并且因此用于对流体进行冷却。
这种解决方案虽然有效，但缺点是管道占据了声学衰减结构厚度的很大一部分，这降低了谐振器衰减声波的能力。
发明内容
本发明的目的之一是确定一种没有上述缺陷的热声系统。
为此，本发明涉及一种用于飞行器的双涵道涡轮机，包括：马达，所述马达被设置用于使风扇转动；环形导管间元件，所述环形导管间元件与所述马达同心；短舱，所述短舱与所述导管间元件同心，所述导管间元件和所述短舱在其间限定了风扇导管，空气流在所述风扇导管中流动；至少一个流体回路，所述至少一个流体回路被配置成使流体朝向所述马达移动或从所述马达移出；所述双涵道涡轮机包括与流体回路相关联的热声系统，所述热声系统包括：交换器，所述交换器连接至所述流体回路，并且待冷却的流体在所述交换器中流动；声学衰减结构，所述声学衰减结构与所述交换器不同、并且形成所述风扇导管的壁的全部或一部分；以及至少一个导热管，所述至少一个导热管包括完全接纳在所述声学结构中的部分和一端接纳在所述交换器中的部分，以及在所述两个部分之间的具有非零角度的单个弯曲弯头。
附图说明
在阅读以下对实施例的描述之后，本发明的上述特征以及其他特征将变得更清楚，所述描述参考附图提供，在附图中：
-图1是根据本发明的一个实施例的装备有热声系统的涡轮机沿纵向轴线的截面的示意图；
-图2是根据本发明的一个实施例的图1所示的热声系统的分解示意图，所述系统包括声学衰减结构和通过多个导热管连接的交换器；
-图3是根据本发明的一个实施例的图2的热声系统的声学衰减结构的示意图；
-图4是根据本发明的一个实施例的示出了图1的热声系统的布置的详细视图；
-图5是根据本发明的另一实施例的类似于图4的视图，示出了图1的热声系统的布置。
具体实施方式
参考图1，飞行器(未示出)的双涵道涡轮机1包括环形短舱2，该环形短舱以纵向轴线X(称为马达轴线)为中心、并且包绕马达3。
当涡轮机运行时，在空气流(箭头F)穿过涡轮机1的流动方向上，马达3包括从上游到下游的并且以马达轴线X为中心的风扇3a和马达主体3b，当马达3运行时，该马达主体用于使风扇3a转动。
涡轮机1进一步包括在风扇3a的下游的与马达主体3b同心的环形导管间元件4。
短舱2包绕与其同心的导管间元件4。短舱2的内壁2a和导管间元件的外壁4a形成风扇导管5的壁，该风扇导管沿着马达轴线X延伸并且一直延伸到短舱2的后部(空气在此处排出)。
短舱2和导管间元件4通过在直径上相反的分叉30、31(一个在12点钟处，而一个在6点钟处)连接至彼此，其中每个分叉30、31在风扇导管5中径向延伸。因此，每个分叉30、31具有暴露于穿过风扇导管5的空气流F的蒙皮。
涡轮机1包括用于为马达3供应流体L的流体回路6(图1中未示出)，该流体(例如油)是运行马达所需要的。流体回路6尤其包括管道7，流体L在这些管道中流向马达3或从马达流出。
马达3的运行引起流体L温度的升高。涡轮机1包括热声系统10，该热声系统与流体回路6相关联，并且该热声系统用于冷却由马达运行而被加热的流体L，但也用于衰减由风扇导管5中的空气流动产生的声波。
根据本发明的一个实施例，并且关于图2至图4，热声系统10包括：
-交换器11，该交换器连接至流体回路6并且待冷却的流体L在该交换器中流动；
-声学衰减结构12，该声学衰减结构与交换器11是不同的，并且该声学衰减结构形成风扇导管的壁的全部或一部分，以便衰减由风扇导管5中的空气流动而产生的声波；
-以及至少一个导热管13，该至少一个导热管将声学衰减结构12连接至交换器11，导热管13包括完全接纳在声学结构12中的第一部分13b和一端接纳在交换器11中的第二部分13c，以及在两个部分之间的具有非零角度的单个弯曲弯头13a。
应当注意到的是，在图2至图4所示的示例中，交换器11和声学衰减结构12布置在导管间元件4的厚度中，并且声学衰减结构12形成导管间元件4的外壁4a的一部分。此外，在这个示例中，热声系统10包括多个导热管13，这些导热管的弯头13a呈90°弯曲。
参考图3，蜂窝状类型的声学衰减结构12包括第一面板12a，与第一面板相距一定距离的第二面板12b，以及插入在两个面板之间的芯部12c，并且每个导热管13的弯头13a以及导热管13的第一部分13b布置在该芯部中。
第一面板12a与在风扇导管5中流动的空气流F直接接触并且具有穿孔20，确定这些穿孔的尺寸的方式为使得由风扇3a驱动的空气流F中的一部分可以进入芯部12c，以便促进芯部中的声学共振，并且耗散相应能量的全部或部分。
第二面板12b包括孔口21，导热管13可以穿过该孔口，对于每个导热管13有一个孔口21。使用任何合适的手段(例如，密封件或密封复合物)对孔口21处的、每个导热管13与第二面板12b之间的接口进行密封。
芯部12c由多个结构性分隔件12d组成，这些结构性分隔件在第一面板12a与第二面板12b之间延伸、并且附接至所述面板中的每个面板，以便为声学衰减结构12提供机械强度。多个结构性分隔件12d与两个面板形成声学腔体22的网络，这些声学腔体在两个面板之间延伸，其中每个声学腔体22经由第一面板12a中形成的穿孔20而与风扇导管5连通。
一些结构性分隔件12e(称为支撑分隔件)支撑接纳在声学衰减结构12中的导热管13，以便确保由导热管和声学衰减结构构成的组件的结构完整性。支撑分隔件12e例如是附接至两个面板12a、b的分隔件，并且具有孔口12f，导热管穿过该孔口。
交换器11呈中空实体形式、平行六面体形状，具有底壁11a(称为底部)和形成盖部11b的壁(称为盖部)，这些壁相互平行并且通过成对平行的四个侧壁11c连接至彼此，所有侧壁均与底部11a和盖部11b垂直。盖部11b包括贯通孔口11d，并且护套11f布置在每个贯通孔口中并且以密封的方式焊接至盖部11b。每个护套旨在接纳导热管13的第二部分13c，并且为此目的，具有在交换器11的厚度上从盖部11b朝向底部11a纵向延伸的中空圆柱形形状。替代性地，盖部11b被拉制以便形成护套11f。
翅片式交换器25优选地在护套11f的旨在与待冷却的流体L接触的部分中围绕护套11f布置。翅片式交换器25用于促进交换器11中包含的流体L与导热管13之间的热交换。
为了使待冷却的流体L穿过交换器11，优选地面向彼此的两个侧壁11c均装备有流体连接器(未示出)，该流体连接器用于连接流体回路6的、与交换器11相关联的管道7。因此，流体回路6的流体L在所述回路的泵(未示出)的作用下，通过连接至第一管道7的第一流体连接器排放到交换器包壳11中、在交换器11中在由泵限定的流体流动方向上流动、并且通过连接至第二管道7的第二流体连接器离开交换器11。
每个导热管13呈中空管形式，该中空管的形状为圆形、椭圆形或平行六面体形。导热管13被密封并且填充有液体/蒸气热力学平衡的传热流体。
应当注意到的是，在图1至图4中描绘的示例中，由于空间优化要求，交换器11和声学衰减结构12是连续的，因为交换器11的一个壁与声学衰减结构12的第二面板12b接触。在不脱离本发明的范围的情况下，交换器11和声学衰减结构12可以分开更大的距离。
在声学衰减结构12的水平处，每个导热管13在孔口21处穿过第二面板12b，并且由一个或多个支撑分隔件12e支撑。
在交换器11的水平处，每个导热管13的第二部分11c部分地插入到护套11f中。
在空气在风扇导管5中流动的情况下，空气流F沿着声学衰减结构12的第一面板12a流动，并且穿孔20确保空气F中的一些空气进入声学腔体22。每个声学腔体22用作四分之一波长谐振器，并且用于衰减由在风扇导管5中流动的空气发出的声音。
布置在声学衰减结构12中的导热管13的第一部分13b的所谓冷端被风扇3a驱动的空气流F扫过，而接纳在交换器中的导热管13的第二部分13c的所谓热端被由马达加热的流体L包围(从马达抽吸的油，或待冷却的液压液体或喷气燃料)。
从热的角度来看，考虑由导热管13、交换器11和声学衰减结构12形成的热回路：交换器11形成蒸发器而声学衰减结构12形成冷凝器。通过举例的方式，当待冷却的流体L是油时，交换器11中的温度是100℃的量级，而声学衰减结构12的芯部12c的温度是50℃的量级。
导热管13的热端与冷端之间的温度梯度引起压力梯度，该压力梯度引起传热流体的循环，从而允许物质的移动，并因此允许热量在冷凝器与蒸发器之间的移动。事实上，遵循连续的循环：传热液体在蒸发器中被加热并且蒸发，并且所产生的蒸气朝向导热管的冷端移动，在该冷端处冷凝，从而释放出已经吸收的潜热。所产生的液体在重力作用下朝向导热管13的热端返回。因此，为了确保热声系统10的正常运行，声学衰减结构12必须布置成高于交换器11。
本发明用于弥补现有技术的缺陷，因为在直径相等的情况下，如本发明所述的将交换器11连接至声学衰减结构12的导热管13确保了比现有技术所述的、整合到声学衰减结构中的直接包含待冷却流体的管道更好的热交换。
通过举例的方式，并且在同等直径的情况下，如上所述的布置在交换器11与声学衰减结构12之间的导热管13(以水作为传热流体)可以允许每平方厘米20W至100W量级的径向通量，而布置在相同声衰减结构中的直接包含待冷却流体的管道可以允许每平方厘米2W到5W量级的径向通量。
因此在具有相等或更大的效力的情况下，导热管13可以具有比管道小的直径。小直径导热管13的使用使得可以在声学衰减结构12的厚度中释放更多的空间，并且因此促进该声学衰减结构对声波的衰减。
导热管13优选地设置有布置在管道的内壁(即与流体接触的壁)上的毛细管网络，该毛细管网络是使用可以组合的各种技术产生的，这些技术例如是在导热管13的内壁上制出沿着导热管13的长度延伸的凹槽，或者是在导热管13的内壁上进行金属烧结。
当导热管设置有毛细管网络时，借助于在毛细作用力，形成的液体朝向导热管13的热端返回。
在这种情况下，并且与上述相反，当导热管13设置有毛细管网络时，为了确保热声系统10的运行，声学衰减结构12并非必须布置成高于交换器11，尽管这种构型将优化热声系统10的效率。事实上，声学衰减结构12和交换器11可以布置在相同的高度处。
导热管13由金属材料(例如铜)或由复合材料制成。位于导热管13内部的传热流体是与航空应用和飞行期间经历的极端条件(温度、压力等)相匹配的流体，例如水、氨、乙醇或甲醇。传热流体占据例如导热管13的总内部体积的50％。
声学衰减结构12的结构性分隔件12d由金属材料或复合材料制成。
交换器11由金属材料(例如钛、铝、铜或不锈钢)制成，或者也可以由复合材料制成。
在本发明的变体中，并且参考图5，交换器11具有如上所述的形式，除了该交换器不具有任何护套11f而是仅在盖部11b上布置有贯通孔口11d。待冷却的流体L保持被限制在与交换器11相关联的流体回路6的管道7中。
交换器11c的优选地面向彼此的两个侧壁各自装配有流体连接器(未示出)，该流体连接器用于以密封的方式连接流体回路6的管道7。因此，管道7的一部分通过所述流体连接器而穿过交换器11。
交换器11填充有传热流体P，该传热流体P是与航空应用和飞行期间所经历的极端条件(温度、压力等)相匹配的流体。
在交换器11的水平处，每个导热管13的第二部分13c部分地插入穿过通孔11d(通过适当的手段来密封导热管13与交换器11的盖部11b的连接)，并且该第二部分被交换器11所包含的传热流体P包围。
翅片式交换器26优选地围绕流体回路6的管道7的包含在该交换器中的部分布置，以便促进包含在导热管中的传热流体与包含在交换器11中的传热流体P之间的热交换。
已经在交换器11和声学衰减结构12布置在导管间元件4的厚度中，并且声学衰减结构12形成导管间元件4的外壁4a的一部分的情况下描述了本发明。交换器11和声学衰减结构12可以同样地布置在短舱2的厚度中或布置在分叉30、31中一个分叉的厚度中，只要声学衰减结构12暴露于穿过风扇导管5的空气流F。
此外，声学衰减结构12可以形成导管间元件4的内壁2a的一部分，但是交换器可以布置在分叉30、31中或布置在导管间元件4的厚度中。在这种情况下，导热管13将穿过分叉30、31中的一者。
最后，在导热管13的弯头13a呈90°弯曲的情况下描述了本发明。然而，弯曲弯头13a的角度根据交换器11相对于声学衰减结构12的布置、考虑到与涡轮机1的其他系统的邻近性相关的空间限制来选定。因此，弯曲弯头13a的角度例如在10°至130°之间，90°的角度值是允许最紧凑的布置的角度值。

Claims (11)

1.一种用于飞行器的双涵道涡轮机(1)，包括：
-马达(3)，所述马达被设置用于使风扇(3a)转动；
-环形导管间元件(4)，所述环形导管间元件与所述马达(3)同心；
-短舱(2)，所述短舱与所述导管间元件(4)同心，所述导管间元件(4)和所述短舱(2)在其间限定了风扇导管(5)，空气流(F)在所述风扇导管中流动；
-至少一个流体回路(6)，所述至少一个流体回路被配置成使流体(L)朝向所述马达(3)移动或从所述马达移出；
所述双涵道涡轮机(1)包括与流体回路(6)相关联的热声系统(10)，其特征在于，所述热声系统(10)包括：交换器(11)，所述交换器连接至所述流体回路(6)，并且待冷却的流体(L)在所述交换器中流动；声学衰减结构(12)，所述声学衰减结构与所述交换器(11)不同、并且形成所述风扇导管(5)的壁(2a，4a)的全部或一部分；以及至少一个导热管(13)，所述至少一个导热管包括完全接纳在所述声学结构(12)中的第一部分(13b)和一端接纳在所述交换器(11)中的第二部分(13c)，以及在所述两个部分之间的具有非零角度(13a)的单个弯曲弯头。
2.根据权利要求1所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述弯曲弯头(13a)的角度为90°。
3.根据权利要求1或2所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述导热管(13)包括毛细管网络。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述声学衰减结构(12)包括：
-第一面板(12a)，所述第一面板与在所述风扇导管(5)中流动的所述空气流(F)接触、并且具有穿孔(20)；
-第二面板(12b)，所述第二面板包括至少一个孔口(21)，导热管(13)穿过所述至少一个孔口；
-芯部(12c)；
所述芯部(12c)包括：
-多个结构性分隔件(12d)，所述多个结构性分隔件与所述两个面板(12a，12b)形成声学腔体(22)的网络，所述声学腔体在所述两个面板(12a，12b)之间延伸，并且其中，每个声学腔体(22)经由所述穿孔(20)与所述风扇导管(5)连通。
5.根据权利要求4所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，被称为支撑分隔件(12e)的至少一个结构性分隔件具有孔口(12f)，所述导热管(13)穿过所述孔口。
6.根据权利要求1所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述交换器(11)呈中空实体形式、平行六面体形状，具有被称为底部的底壁(11a)和被称为盖部的形成盖部(11b)的壁，这些壁相互平行并且通过成对平行的四个侧壁(11c)连接至彼此，所有所述侧壁均与所述底部(11a)和所述盖部(11b)垂直，所述交换器(11)包括护套(11f)，所述护套布置在所述盖部(11b)的水平处，并且每个导热管(13)的第二部分(13c)的一部分插入所述护套中。
7.根据权利要求1所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述交换器(11)呈中空实体形式、平行六面体形状，具有被称为底部的底壁(11a)和被称为盖部的形成盖部(11b)的壁，这些壁相互平行并且通过成对平行的四个侧壁(11c)连接至彼此，所有所述侧壁均与所述底部(11a)和所述盖部(11b)垂直，所述交换器(11)包括贯通孔口(11d)，所述贯通孔口布置在所述盖部(11b)的水平处，并且每个导热管(13)的第二部分(13c)的一部分插入穿过所述贯通孔口。
8.根据权利要求6所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，翅片式交换器(25)围绕所述护套(11f)布置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述热声系统(10)布置在所述导管间元件(4)中。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述交换器(11)布置在所述导管间元件(4)中，并且所述声学衰减结构(12)布置在所述短舱(2)中。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的双涵道涡轮机(1)，其特征在于，所述热声系统(10)布置在所述短舱(2)中。
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