CN117326048A - 一种用于机身表面排气口的减振降噪设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于机身表面排气口的减振降噪设备，包括：均流装置，所述均流装置设置在所述排气口的排气气流路径上，以对流过所述均流装置的排气气流和机身外部来流进行整流；以及导流装置，所述导流装置在所述机身表面外侧设置在所述排气口处，以对经过所述排气口处的机身外部来流和所述排气气流进行导流或气动干扰而降低振动和噪声。还涉及一种控制上述减振降噪设备的方法。本发明的减振降噪设备有效解决因气流激振引发的排气活门振动和噪声问题，同时改善飞机气动性能。

Description

一种用于机身表面排气口的减振降噪设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及飞机结构设计和机械动力领域。具体涉及一种用于机身表面排气口的减振降噪设备及其控制方法。

背景技术

飞机座舱压调系统通过调节排气活门的开度控制增压座舱的排气量，将座舱内的压力调节至安全、舒适的范围。在整个正常巡航过程中，排气活门通常保持较小的开度，以维持座舱压力的恒定。在地面上，排气活门一般处于全开状态，以平衡座舱内外压差。此外，它们在应急卸压、水上迫降及座舱高度限制功能中，都发挥重要作用。但受限于排气活门的安装形式及安装位置，飞机在高空飞行时外部气流卷入排气活门腔内形成高速的漩涡，由此产生气流激波，会导致活门和周围结构振动，并产生刺耳的啸叫音，从而引起活门损坏及因啸叫导致舱内乘客不适感。此外，较大的机体表面开口会降低飞机气动性能，增加燃油消耗。

例如，某型号民用飞机试飞阶段，各架机共发生过多次因排气活门(OFV，OutflowValve)自动控制通道失效故障导致的CABIN PRESSDEGRADED和CABIN PRESS FAULT告警。供应商对退回的故障件进行拆解，发现活门控制器内部电路板存在物理损伤)所示。计算结果表明，活门安装形式模态频率低，能量高，初步判断造成活门故障的原因是振动过大。此外，据试飞工程师反馈，OFV上方客舱区域(右前服务门附近)空腔噪声大，同时地板有明显振动，两位试飞工程师在该区域附近无法正常交流；在18000ft附近时驾驶舱能听到明显的啸叫声。

虽然不同机型排气活门结构及安装形式不同，但形成的机体表面开口在飞行过程中因内外部气流相互作用均会产生不同程度的自激振荡现象，引发活门设备振动及噪声问题。目前飞机常见措施是加装扰流装置，如斜板/锯齿装置(CN202011602587)、带伸缩驱动的气流干扰件(CN201910311569)等，以改变来流与舱体空腔内气流的相互作用。

飞机单排气活门方案安全裕度低，活门开口面积大对飞机气动性能影响显著；双排气活门方案中位于前机身的排气活门噪声问题严重影响驾驶舱头等舱舒适性。对于解决飞机压调系统排气活门振动与噪声问题，现有的空腔前缘扰流装置和带伸缩驱动的气流干扰件存在引入次生振动和噪声问题的风险，且若前缘斜板/锯齿装置包覆面积过大会影响活门有效排气面积，降低泄压速率，导致余压释放功能降级。

因此，有必要结合飞机压调系统控制逻辑、排气活门安装形式及排气面积需求，设计一种具备导流、整流功能的装置，有效解决因气流激振引发的排气活门振动和噪声问题，同时改善飞机气动性能。

发明内容

基于现有技术中的上述技术问题，本发明旨在提供一种具备导流、整流功能的装置，有效解决因气流激振引发的排气活门振动和噪声问题，同时改善飞机气动性能。

为此，首先，本发明提供了一种用于机身表面排气口的减振降噪设备，包括：

均流装置，所述均流装置设置在所述排气口的排气气流路径上，以对流过所述均流装置的排气气流和机身外部来流进行整流；以及

导流装置，所述导流装置在所述机身表面外侧设置在所述排气口处，以对经过所述排气口处的机身外部来流和所述排气气流进行导流或气动干扰而降低振动和噪声。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述均流装置包括格栅状构造。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述格栅状构造包括倾斜角度可调的格栅条、肋条或流通面积可调的孔，且所述减振降噪设备包括用于对所述格栅状构造进行调控的格栅状构造控制装置。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述格栅状构造控制装置配置成根据排气口中的排气活门开度对所述格栅条或所述肋条的倾斜角度或所述孔的流通面积进行调节。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述导流装置包括导流板，所述导流板能相对于所述排气口运动从最小开度位置运动到最大开度位置，以改变所述导流板在垂直于所述机身外部来流方向的平面中伸出所述机身表面的面积以及在垂直于所述排气口中排气气流的平面中伸入所述排气口截面的面积。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，还包括导流板控制装置，所述导流板控制装置配置成根据飞机的座舱内外压差来控制所述导流板的相对于所述排气口的运动。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述导流板限定在所述最小开度位置处沿着所述排气气流的方向高出所述排气口外缘的高度h，所述高度h小于或等于所述排气口的直径跨度d的一半。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述导流板限定在所述最小开度位置处沿着所述排气气流的方向高出所述排气口外缘的高度h，所述高度h小于或等于所述排气口的直径跨度d的一半，且所述导流板在所述最小开度位置处从所述高度h处朝向所述排气口的至少一部分周缘延伸。

在本发明的减振降噪设备的优选实施例中，所述导流板在所述最小开度位置处从所述排气口的周缘处的导流板前缘沿着机身外部来流方向延伸到导流板后缘，且在所述导流板后缘处限定所述高度h。

此外，本发明还提供了一种控制根据前述所述的减振降噪设备的方法，所述均流装置包括能倾斜的格栅条、肋条或流通面积可调的孔，所述导流装置包括导流板，所述导流板能相对于排气口运动从最小开度位置运动到最大开度位置，

所述方法包括：

在地面阶段，排气口的排气活门全开，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与垂直于所述机身外部来流方向的排气截面平行，或将所述孔的流通面积调节为最大值，并且/或者，将导流板调节到所述最大开度位置；

在爬升阶段，所述排气活门开度减小，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成0°至60°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值至最大值的一半之间的面积，并且/或者，将所述导流板的开度从所述最大开度位置缩小；

在巡航阶段，所述排气活门开度减到最小，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成60°的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半，并且/或者，将所述导流板调节到所述最小开度位置；

在下降阶段，所述排气活门开度增大，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成60°至0°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半至最大值之间的面积，并且/或者，将所述导流板的开度逐渐增大。

综上所述，本发明基于传统方案对排气活门出口结构进行了修改，提出了一种在飞机上使用的，降低排气活门振动和气动噪声的装置，该发明可以解决飞机排气活门振动和啸叫问题，提升座舱调压功能可靠性，并改善飞机气动性能，降低飞机座舱内异常噪声水平，同时尽量避免飞机重量的增加。本发明也可以有效避免外界异物的进入，减少潜在的安全隐患，增加安全裕度。

本方案通过格栅与导流板的共同作用可以有效解决排气活门因气流激振引发的振动和噪声问题。在降低气动阻力的同时，有效降低激波振动和啸叫噪声；保证压调系统功能的同时，使压调活门的故障率显著下降，提高飞机安全可靠性。

本发明的技术效果至少在于：

1)本发明设计的飞机压调活门减振降噪设备，在有效降低气动激波引起的振动及啸叫的同时，可以兼顾压调活门排气面积以及应急条件下泄压需求；

2)本发明设计的飞机压调活门减振降噪设备，通过不同工况下的逻辑控制，在减振降噪的同时，可改善飞机在不同工况下气动性能，降低气动阻力，从而降低燃油消耗，提升经济性。在飞行过程中导流板及格栅/肋/孔板分别很好地起到了导流、整流的作用，排气活门安装支座空腔内流动更为平缓，且支座出口区域流速大幅下降。该设备可显著降低排气活门固壁面压力脉动剧烈程度，有效改善活门振动问题；同时压力脉动转化为声音的强度下降，有效降低气动噪声水平；

3)本发明设计的飞机压调活门减振降噪设备，在减振降噪的同时可有效避免地面及飞行过程中外界异物及鸟类等小动物的进入，减少机内设备的损坏。

附图说明

本文件包括附图，以提供对各种实施例的进一步理解。附图纳入于本说明书中并且构成本说明书的部分。

附图示出了本文所描述的各种实施例，并且与文字描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。

参考以上目的，本发明的技术特征在下文中清楚地描述，并且其优点从以下参考附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施例，而不限制本发明的范围。

附图中：

图1是根据本发明的用于机身表面排气口的减振降噪设备的优选实施方式安装在示意性机身表面排气口处的立体示意图，其中，导流板位于最大开度位置；

图2是图1中所示根据本发明的用于机身表面排气口的减振降噪设备的优选实施方式安装在示意性机身表面排气口处的立体示意图，其中，导流板位于最小开度位置；

图3是图1和图2中所示的减振降噪设备的优选实施方式的导流板和相关排气口的示意图。

附图标记列表

100 格栅状构造

110 格栅条

200 导流板

210 导流板前缘

220 导流板后缘

300 排气口

400 机身表面

500 排气活门

600 机身外部来流

700 排气气流

800 航向

具体实施方式

现在将详细地描述本发明的实施方式，这些实施方式的示例被显示在附图中并在下文中被描述。

尽管本发明将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为所例示的那些实施例。

相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且还覆盖可以被包括在本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其他实施例。

为了便于解释和精确定义本发明的技术方案，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在附图中所示的示例性实施例的特征的位置来对这些特征进行描述。

以下参考附图来具体描述本发明的封套的各种优选但非限制性的实施方式。

一种用于机身表面排气口的减振降噪设备，包括均流装置和导流装置。

均流装置设置在排气口300的排气气流700的路径上，以对流过均流装置的排气气流700和机身外部来流600进行整流。本领域技术人员能够理解的是，机身外部来流600是针对运行过程中、尤其是空中飞行过程中的飞行器而言的。具体来说，当在空中飞行时，机身外部来流600的流量更大，且会卷入排气活门腔内。

在附图中所示的优选实施例中，均流装置包括格栅状构造100。然而，本领域技术人员还能设想其他常见的均流装置，例如气流分散器、排气流路形状等等，在此不再赘述。

优选地，格栅状构造100可包括能倾斜的格栅条110，且减振降噪设备包括用于对格栅100、尤其是格栅条110的构造进行控制的格栅状构造控制装置(图中未示出)。此外，格栅状构造100也可替代地包括图中未示出的倾斜角度可调的肋条和/或流通面积可调的孔。上述格栅状构造控制装置旨在涵盖用于控制各种型式的格栅状构造的控制装置，例如控制格栅条110或肋条倾斜的控制装置，又例如控制孔的流通面积的控制装置。本领域技术人员能够根据实际需求进行相应设置，在此不再赘述。

例如，格栅状构造控制装置可配置成根据排气口300中的排气活门500的开度对格栅条110的倾斜角度进行调节。要指出的是，上述调节可以为连续调节，也可以定几个角度档位。比如格栅条110的倾斜角度可连续调节，或定0°－15°－30°－45°－60°五个角度档位来调节。

导流装置在机身表面400外侧设置在排气口300处，以对经过排气口300处的机身外部来流600和排气气流700进行导流或气动干扰而降低振动和噪声。

导流装置包括导流板200，导流板200能相对于排气口运动从最小开度位置(如图2中所示)运动到最大开度位置(如图1中所示)，以改变导流板200在垂直于机身外部来流600的方向的平面中伸出机身表面400的面积以及在垂直于排气口300中排气气流700的平面中伸入排气口300的截面的面积。例如，地面工况排气量最大，导流板200可运动到最大开度位置，即被完全收缩至蒙皮内，以避免影响排气速率。然而，本领域技术人员还能根据实际需求选择最小开度位置和最大开度位置所对应的具体位置，上文仅为示例性描述，而不旨在对最大开度位置或最小开度位置的具体位置进行任何排他性限定。

为了控制导流板200的运动，减振降噪设备还可包括导流板控制装置，导流板控制装置配置成根据飞机的座舱内外压差来控制导流板200相对于排气口300的运动。与格栅状构造100的调节相类似，导流板200可连续调节，或定最小开度－1/3最大开度－2/3最大开度－最大开度四个档位来调节。

参见图3，在优选实施例中，导流板200限定在最小开度位置处沿着排气气流的方向高出排气口外缘(图3中用虚线示意性地示出了排气口外缘所处机身表面)的高度h，高度h小于或等于排气口300的直径跨度D的一半。

导流板限定在最小开度位置处沿着排气气流700的方向高出排气口外缘的高度h，高度h小于或等于排气口300的直径跨度d的一半，且导流板200在最小开度位置处从高度h处朝向排气口200的至少一部分周缘、在图中是在航向800上处于前侧的周缘延伸。

参见图3，导流板200在最小开度位置处从排气口300的周缘处的导流板前缘210沿着机身外部来流方向600延伸到导流板后缘220，且在导流板后缘220处限定高度h。

为了更好地满足导流板200的运动需要，优选地，本发明的减振降噪设备中，格栅状构造100可夹在安装排气活门500的支座与机身表面400的蒙皮之间，导流板200安装在蒙皮外侧，支座、格栅状构造、蒙皮、导流板四者通过铆钉共铆连接。传感器安装在支座侧表面，一端通过信号线与电机相连，另一端连接作动机构。

以下描述一种控制根据本发明的减振降噪设备的方法，均流装置包括能倾斜的格栅条110、肋条或流通面积可调的孔，导流装置包括导流板200，导流板200能相对于排气口300运动从最小开度位置运动到最大开度位置，

该方法包括：

在地面阶段，排气口300的排气活门500全开，可以将格栅条110倾斜角度调节为与垂直于机身外部来流600方向的排气截面平行，或将所述孔的流通面积调节为最大值，并将导流板200调节到最大开度位置；

在爬升阶段，排气活门500开度减小，可以将格栅条110倾斜角度调节为与排气截面成0°至60°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值至最大值的一半之间的面积，并将导流板200的开度从最大开度位置缩小；

在巡航阶段，排气活门500开度减到最小，可以将格栅条110倾斜角度调节为与排气截面成60°的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半，并将导流板200调节到最小开度位置；

在下降阶段，排气活门500开度增大，可以将格栅条110倾斜角度调节为与排气截面成60°至0°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半至最大值之间的面积，并将导流板200的开度逐渐增大。

要指出的是，上述对均流装置的调节在各个步骤中均为可选的而非必需的。本领域技术人员能够根据实际需求在均流装置可调节的情形下选择性地进行相关调节。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对本文中所述的实施例做出这些和其他变化。

一般而言，在权利要求书中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求书所享有的全部等同范围。

Claims (10)

1.一种用于机身表面排气口的减振降噪设备，包括：

均流装置，所述均流装置设置在所述排气口的排气气流路径上，以对流过所述均流装置的排气气流和机身外部来流进行整流；以及

导流装置，所述导流装置在所述机身表面外侧设置在所述排气口处，以对经过所述排气口处的机身外部来流和所述排气气流进行导流或气动干扰而降低振动和噪声。

2.根据权利要求1所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述均流装置包括格栅状构造。

3.根据权利要求2所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述格栅状构造包括倾斜角度可调的格栅条、肋条或流通面积可调的孔，且所述减振降噪设备包括用于对所述格栅状构造进行调控的格栅状构造控制装置。

4.根据权利要求3所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述格栅状构造控制装置配置成根据排气口中的排气活门开度对所述格栅条或所述肋条的倾斜角度或所述孔的流通面积进行调节。

5.根据权利要求1所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述导流装置包括导流板，所述导流板能相对于所述排气口运动从最小开度位置运动到最大开度位置，以改变所述导流板在垂直于所述机身外部来流方向的平面中伸出所述机身表面的面积以及在垂直于所述排气口中排气气流的平面中伸入所述排气口截面的面积。

6.根据权利要求5所述的减振降噪设备，

其特征在于，

还包括导流板控制装置，所述导流板控制装置配置成根据飞机的座舱内外压差来控制所述导流板的相对于所述排气口的运动。

7.根据权利要求5所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述导流板限定在所述最小开度位置处沿着所述排气气流的方向高出所述排气口外缘的高度h，所述高度h小于或等于所述排气口的直径跨度d的一半。

8.根据权利要求5所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述导流板限定在所述最小开度位置处沿着所述排气气流的方向高出所述排气口外缘的高度h，所述高度h小于或等于所述排气口的直径跨度d的一半，且所述导流板在所述最小开度位置处从所述高度h处朝向所述排气口的至少一部分周缘延伸。

9.根据权利要求8所述的减振降噪设备，

其特征在于，

所述导流板在所述最小开度位置处从所述排气口的周缘处的导流板前缘沿着机身外部来流方向延伸到导流板后缘，且在所述导流板后缘处限定所述高度h。

10.一种控制根据前述权利要求中任一权利要求所述的减振降噪设备的方法，所述均流装置包括能倾斜的格栅条、肋条或流通面积可调的孔，所述导流装置包括导流板，所述导流板能相对于排气口运动从最小开度位置运动到最大开度位置，

所述方法包括：

在地面阶段，排气口的排气活门全开，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与垂直于所述机身外部来流方向的排气截面平行，或将所述孔的流通面积调节为最大值，并且/或者，将导流板调节到所述最大开度位置；

在爬升阶段，所述排气活门开度减小，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成0°至60°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值至最大值的一半之间的面积，并且/或者，将所述导流板的开度从所述最大开度位置缩小；

在巡航阶段，所述排气活门开度减到最小，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成60°的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半，并且/或者，将所述导流板调节到所述最小开度位置；

在下降阶段，所述排气活门开度增大，将所述格栅条或所述肋条的倾斜角度调节为与所述排气截面成60°至0°之间的角，或将所述孔的流通面积调节为最大值的一半至最大值之间的面积，并且/或者，将所述导流板的开度逐渐增大。