DE2117823C3

DE2117823C3 - Device for attenuating the noise of a gas jet

Info

Publication number: DE2117823C3
Application number: DE19712117823
Authority: DE
Inventors: Louis Francois Ris-Orangis Jumelle (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1976-05-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung der Geräusche eines aus einem Strömungskanal, insbesondere einer Strahldüse, austretenden Gasstrahls, der von einem gleichgerichteten Sekundär-Luftstrom umgeben ist, mit mehreren um den Gasstrahl verteilten, zwischen mindestens einer Betriebsstellung und einer Außerbetriebsstellung verstellbaren Ablenk-Organen, die in der Betriebsstellung mit einem stromaufwärtigen Abschnitt jeweils derart in den Gasstrahl hineinrasen, daß sie in Art einer Schöpfkelle einen Teil des Gasstrahls in den Bereich des Sekundär-Luftstroms nach außen ablenken, und sich in der Außerbetriebsstellung außerhalb des Gasstrahls befinden.The invention relates to a device for damping the noise of a flow channel, in particular a jet nozzle, exiting gas jet, that of a rectified secondary air flow is surrounded, with several distributed around the gas jet, between at least one operating position and an inoperative position adjustable deflection members, which in the operative position with an upstream Section each rush into the gas jet in such a way that they form a part in the manner of a ladle of the gas jet in the area of the secondary air flow to the outside, and in the inoperative position are outside the gas jet.

Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise in Verbindung mit der Strahldüse eines Strahltriebwerks, insbesondere eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die wirksamste Methode, die Geräusche eines aus einer Düse austretenden Gasstrahls zu dämpfen, darin besteht, die Fläche des Mischbereiches, in dem sich der Gasstrahl mit der Umgebungsluft mischt, zu vergrößern. Bei dieser Vorrichtung verändern die Ablenkorgane die Umfangsfläche des Gasstrahls in der Weise, daß das Mischen des Gasstrahls mit der Luft beschleunigt wird.Such a device is used, for example, in connection with the jet nozzle of a jet engine, in particular a gas turbine jet engine. This device is based on the fact Made use of that the most effective method, the sound of a gas jet emerging from a nozzle to attenuate consists in the area of the mixing area in which the gas jet meets the ambient air mixes to enlarge. In this device, the deflectors change the circumferential surface of the Gas jet in such a way that the mixing of the gas jet with the air is accelerated.

Aufgabe der Erfindung ist es. die Schalldämpfungswirkung einer solchen Vorrichtung zu erhöhen, ohne die Anzahl der Ablenkorgane zu vergrößern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eines der Ablenkorgane an seinem stromaufwärtigen Abschnitt mit einer Hilfszuführeinrichtung versehen ist, durch die ein Strahl aus Hilfsdruckmittel in einer Strömungsrichtung mit einer zur Ausströmrichtung des Gasstrahls querverlaufenden Komponente in den Gasstrahl einführbar ist.It is the object of the invention. to increase the soundproofing effect of such a device without to increase the number of deflectors. This is achieved according to the invention in that at least one of the deflecting members is provided with an auxiliary feed device at its upstream section, through which a jet of auxiliary pressure medium in a flow direction with one to the outflow direction of the Gas jet transverse component can be introduced into the gas jet.

Auf diese Weise wird gerade in demjenigen Bereich, in dem das Ablenkorgan die Umfangsfläche des Gasstrahls nach außen »aufweilet«, von dem Hilfsstrahl ein Einschnürungseffekt im entgegengesetzten Sinne ausgeübt, wodurch die Oberfläche des Mischbereichs zwischen dem Gasstrahl und der Luft noch vergrößert wird.In this way, precisely in that area in which the deflecting element is the circumferential surface of the gas jet "widened" outwards, exerted a constriction effect in the opposite sense by the auxiliary jet, whereby the surface of the mixing area between the gas jet and the air is increased will.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hilfszuführeinrichtung eine Düse, vorzugsweise in Form eines im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzes, auf. durch den sich der Wirkbereich des Hilfsstrahl vergrößern läßt.According to a preferred embodiment of the invention, the auxiliary feed device has a nozzle, preferably in the form of a slot running essentially in the circumferential direction. through the the effective range of the auxiliary beam can be increased.

Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung /.um Steuern des Durchsatzes des in den Gasstrahl eingeführten Hilfsdruckmittels vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich insbesondere der Durchsatz des HilfsStrahls an die Eindringtiefe des Ablenkorgans anpassen, beispielsweise derart, daß der Gesamtwirkungsgrad bei veränderlicher Eindringtiefe konstant bleibt.Preferably, a control device /.um Control of the throughput of the auxiliary pressure means introduced into the gas jet is provided. In this way In particular, the throughput of the auxiliary jet can be adapted to the penetration depth of the deflecting element, for example in such a way that the overall efficiency remains constant with a variable penetration depth.

Die Erfindung läßt sich insbesondere bei der Strahldüse eines Strahltriebwerks, vorzugsweise eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, anwenden. In diesem Fall wird das Hilfsdruckmittel zweckmäßigerweise von Luft gebildet, die von einem Verdichter des Gasturbinentriebwerks herrührt und beispielsweise an der Druckseite dieses Verdichters entnommen wird. In dem Fall, daß das Strahltriebwerk einen die Hauptstrahldüse umgebenden Mantel aufweist, der in Strömungsrichtung hinter den Austrittsquerschnitt der Hauptstrahldüse verlängert ist, sind die Ablenkorgane vorzugsweise derart angeordnet, daß sie in der Außerbetriebsstellung in den Mantel einziehbar sind.The invention can be used in particular with the jet nozzle of a jet engine, preferably a gas turbine jet engine, use. In this case, the auxiliary pressure medium is expediently air formed, which originates from a compressor of the gas turbine engine and, for example, on the pressure side this compressor is taken. In the event that the jet engine surrounds the main jet nozzle Has jacket, which is behind the outlet cross-section of the main jet nozzle in the direction of flow is extended, the deflecting members are preferably arranged such that they are in the inoperative position are retractable into the coat.

An Hand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigtA preferred exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 einen Axialschnitt durch die obere Hälfte einer Strahldüse mit einer Vorrichtung zur Schalldämpfung, F i g. 1 shows an axial section through the upper half of a jet nozzle with a device for soundproofing,

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie M-Il eines Ablenkorgans bzw. einer Schöpfkelle nach F i g. I,2 shows a cross section along the line M-II of a Deflector or a ladle according to FIG. I,

F i g. 3 eine Endansicht in Richtung des Pfeils III des in F i g. 1 dargestellten Ablenkorgans,F i g. 3 is an end view in the direction of arrow III of the FIG. 1 shown deflector,

Fig.4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise: der Vorrichtung.4 shows a schematic representation for explanation the mode of operation: the device.

In F i g. 1 ist ein Strömungskanal 1 gezeigt, aus dem im Betrieb ein Gasstrahl mit großer Geschwindigkeit austritt: die von dem Gasstrahl erzeugien Geräusche sollen gedämpft werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Gasstrahl ein Treibstrahl, und der Strömungskanal bildet Teil einer Strahldüse, die den hinteren Teil eines Strahltriebwerks, beispielsweise eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, darstellt.In Fig. 1 shows a flow channel 1 from which a gas jet emerges at high speed during operation: the noise generated by the gas jet should be dampened. In the illustrated embodiment, this gas jet is a propulsion jet, and the flow channel forms part of a jet nozzle, which is the rear part of a jet engine, for example of a gas turbine jet engine.

Die Strahldüse weist eine konvergierende und steuerbare Hauptstrahldüse, gebildet vom Strömungskanal 1, auf, die koaxial zu einem Mantel 2 angeordnet ist. Der Mantel 2 hat einen größeren Querschnitt als die Hauptstrahldüse und erstreckt sich in Strömungsrichtung über den Austrittsquerschnitt 3 der Hauptstrahldüse hinaus. Die Innenwand des Mantels besteht aus eiriem konvergierenden Abschnitt 4, einem vorzugsweise stromabwärts vom Austrittsquetichnitt 3 der Haupistrahldüse angeordneten Halsabschnitt 5 und einem divergierenden Abschnitt 6. Die Außenwand des Mantels ibt mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet. An seinem stromabwärtsliegenden Abschnitt kann der Mantel 3 mit verstellbaren Klappen 8 versehen werden.The jet nozzle has a converging and controllable main jet nozzle, formed by the flow channel 1, which is arranged coaxially to a jacket 2. The jacket 2 has a larger cross section than that Main jet nozzle and extends in the direction of flow over the outlet cross section 3 of the main jet nozzle out. The inner wall of the jacket consists of a converging section 4, preferably one neck section 5 and arranged downstream of the outlet squeegee section 3 of the main jet nozzle a diverging section 6. The outer wall of the jacket is denoted by the reference number 7. On his downstream section, the jacket 3 can be provided with adjustable flaps 8.

Im Betrieb treten die Heißgase mit großer Geschwindigkeit und noch erhöhtem Druck aus der Hauptstrahldüse 1 in Richtung des Pfeils /"aus; sie bilden somit einen divergierenden Gasstrahl, dessen äußerer Umfang mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet ist. Der Ringraum zwischen der Innenwand des Mantel und der Außenwand der Hauptstrahldüse, die von dem Außenumfang 9 des Gasstrahls verlängert wird, wird von einem Strom Faus Sekundärluft durchströmt.During operation, the hot gases occur at great speed and still increased pressure from the main jet nozzle 1 in the direction of the arrow / "; they form thus a diverging gas jet, the outer circumference of which is denoted by the reference number 9. the Annular space between the inner wall of the jacket and the outer wall of the main jet nozzle, which is of the Outer circumference 9 of the gas jet is extended, secondary air flows through a stream F from.

Dieser Strahldüse ist eine Schalldämpfungsvorrichtung, bestehend aus mehreren Ablenkorganen 10, zugeordnet. Die Ablenkorgane 10 sind um im wesentlichen tangential verlaufende, in dem Mantel 2 befindliehe Achsen schwenkbar. Durch Stellmotoren 12 können die Ablenkorgane zwischen einer Betriebsstellung, in der sie jeweils mit einem stromaufwärtigen Abschnitt 13 in den Gasstrahl f vorstehen, und einer Außerbetriebsstellung, in der sie in die zu diesem Zweck unterbrochene Innenwand 6 des Mantels 2 eingezogen sind, bewegt werden. In der Außerbetriebsstellung ruhen sie auf Anschlägen 14.This jet nozzle is assigned a soundproofing device consisting of several deflecting members 10. The deflecting members 10 are pivotable about essentially tangential axes located in the casing 2. By means of servomotors 12, the deflecting members can be moved between an operating position in which they each protrude with an upstream section 13 into the gas jet f , and an inoperative position in which they are drawn into the inner wall 6 of the jacket 2, which is interrupted for this purpose. In the inoperative position, they rest on stops 14.

In der Betriebsstellung zweigen die Ablenkorgane 10 einen Teil des Gasstrahls nach Art einer Schöpfkelle ab, der mit einer nach außen gerichteten Querkomponente abgelenkt wird, wie durch den Pfeil 15 angedeutet. Um am Gasstrahl besser angreifen zu können und die Ablenkwirkung zu erhöhen, ist der stromaufwärtige Abschnitt 13 der Ablenkorgane 10 vorzugsweise mit einer schräg zugeschnittenen Endfläche 16 (gesehen in einem Axialschnitt) versehen.In the operating position, the deflecting members 10 branch off part of the gas jet in the manner of a ladle which is deflected with an outwardly directed transverse component, as indicated by arrow 15. In order to be able to attack the gas jet better and to increase the deflecting effect, the upstream one is used Section 13 of the deflecting members 10 preferably with an obliquely cut end face 16 (as seen in FIG an axial section).

Die Schwenkachsen 11 der Ablenkorgane 10 sind hohl und bilden jeweils einen drehbaren Anschluß. Fest angeordnete Rohrstücke verbinden untereinander die aufeinanderfolgenden Anschlüsse, wodurch im Inneren des Mantels 2 ein Ringkanal gebildet wird, der über Leitungen 17 mit einem Sammelraum 18 verbunden ist. Der Sammelraum 18 steht über eine Leitung 19, in der ein Steuerventil 20 angeordnet ist, mit einer Druckquel-Ie (nicht gezeigt), beispielsweise der Druckseite eines Verdichters des Gasturbinen-Strahltriebwerks, in Verbindung. Mittels einer Steuervorrichtung 21 läßt sich die öffnung des Steuerventils 20 auf einen gewünschten Wert einstellen.The pivot axes 11 of the deflecting members 10 are hollow and each form a rotatable connection. Fixed arranged pipe pieces interconnect the successive connections, whereby inside of the jacket 2, an annular channel is formed which is connected to a collecting space 18 via lines 17. The collecting space 18 is connected to a pressure source via a line 19 in which a control valve 20 is arranged (not shown), for example the pressure side of a compressor of the gas turbine jet engine, in connection. By means of a control device 21, the opening of the control valve 20 can be adjusted to a desired one Set value.

Zumindest einige der Ablenkorgane sind mit einer in Längsrichtung des Ablenkorgans verlaufenden Leitung 22 versehen, wobei das eine Ende der Leitung 22 mit dem Ringkanal verbunden ist und das andere Ende an der schräg verlaufenden Fläche ä6 in Form eines im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Schützes 23 mündet, wie in F i g. 3 gezeigt.At least some of the deflecting members have a line running in the longitudinal direction of the deflecting member 22, wherein one end of the line 22 is connected to the ring channel and the other end to the inclined surface 6 in the form of a contactor extending essentially in the circumferential direction 23 opens, as in FIG. 3 shown.

Wenn die Ablenkorgane im Betrieb ihre Betriebsstellung einnehmen, ström· die vom Sammelraum kommende Druckluft durch die Leitungen 17, die drehbaren Anschlüsse 11 und die Leitungen 22 und tritt in Form von ebenen Strahlen 24 unmittelbar in das Innere des Gasstrahls /ein, und zwar mit großer Eindringtiefe und in einer zur Ausströmrichtung f des Gasstrahls quer verlaufenden Richtung.When the deflecting members are in their operating position during operation, the compressed air coming from the collecting space flows through the lines 17, the rotatable connections 11 and the lines 22 and enters the interior of the gas jet / in the form of plane jets 24 at a great rate Penetration depth and in a direction transverse to the outflow direction f of the gas jet.

An Hand der F i g. 4 sei im folgenden eine summarische und keineswegs erschöpfende Erklärung einiger Phänomene gegeben, die bei der beschriebenen Schalldämpfungsvorrichtung eine Rolle spielen.On the basis of FIG. 4 in the following is a summary and by no means exhaustive explanation of some Given phenomena that play a role in the described soundproofing device.

In F i g. 4 ist mit 9 der äußere Umfang des ungestörten Gasstrahls bezeichnet. Wenn die Ablenkorgane 10 ihre Betriebsstellung einnehmen, lenken sie einen Teil des Gasstrahls nach außen ab, wodurch am äußeren Umfang des Gasstrahls entsprechend viele »Gipfel« 109a erzeugt werden, die durch »Täler« 1096 getrennt sind. Die auf diese Weise erhaltene Wellenform bewirkt bekanntlich eine Schalldämpfung des Gasstrahls.In Fig. 4 is with 9 the outer circumference of the undisturbed Called gas jet. When the deflectors 10 are in their operative position, they steer a part of the gas jet to the outside, creating a corresponding number of "peaks" on the outer circumference of the gas jet 109a separated by "valleys" 1096. The waveform obtained in this way causes as is known, a sound attenuation of the gas jet.

Wenn die Düsen 23 mit Hilfsdruckmittel beaufschlagt werden, üben die Hilfsstrahlen 24 auf den Gasstrahl jeweils eine örtliche pneumatische Einschnürungswirkung aus, die an der Stelle des betrachteten Ablenkorgans ein »Tal« 2096 zur Folge hat, das an der Stelle des Ablenkorgans von zwei »Gipfeln« 209a eingeschlossen ist, die höher und schmäler als der »Gipfel« 109a sind. Bei gleichem Querschnitt unter einer gleichen Anzahl von Ablenkorganen besitzt der Gasstrahl nunmehr eine wesentlich größere Berührungsfläche mit der Luft, was eine wesentlich verstärkte Schalldämpfungswirkung zur Folge hat.When the nozzles 23 are acted upon by auxiliary pressure medium, the auxiliary jets 24 exercise on the gas jet in each case a local pneumatic constriction effect that occurs at the point of the considered Diverting organ has a "valley" 2096 as a consequence, which at the location of the diverting organ is enclosed by two "peaks" 209a which are higher and narrower than the "peak" 109a. With the same cross-section under the same With a number of deflection elements, the gas jet now has a much larger contact surface the air, which results in a significantly increased soundproofing effect.

Das Eindringen der Hilfsstrahlen in den Hauptgasstrahl wird dadurch erleichtert, daß die Hilfsstrahlen den von den Ablenkorganen 10 bereits abgeschälten Teil des Hauptgasstrahls nicht zu durchströmen brauchen. Dies hat eine Vertiefung des Wirkbereichs der Hilfsstrahlen zur Folge, derart, daß der Mischvorgang in mittlere Bereiche des Gasstrahls vordringen kann, die gewöhnlicherweise schwer zu erreichen sind.The penetration of the auxiliary jets into the main gas jet is facilitated by the fact that the auxiliary jets the part of the main gas jet which has already been peeled off by the deflecting members 10 does not need to flow through. This results in a deepening of the effective area of the auxiliary jets in such a way that the mixing process can penetrate into central areas of the gas jet, which are usually difficult to reach.

Durch Steuerung des Durchsatzes der Hilfsluft (mit Hilfe des Ventils 20) kann die pneumatische Einschnürung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Hierdurch läßt sich insbesondere der Durchsatz des Hilfsdruckmittels auf die Eindringtiefe der Ablenkorgane abstimmen, beispielsweise derart, daß der Gesamtwirkungsgrad unabhängig von der Eindringtiefe konstant gehalten wird. Änderungen der Eindringtiefe der Ablenkorgane können entweder von einer Verstellung der Ablenkorgane (falls die Ablenkorgane zwischen verschiedenen Anstellungen veränderbar sind) oder einer Verschiebung der Grenzlinie 9 des Gasstrahls, bedingt durch eine Änderung des Entspannungsverhältnisses des Gasstrahls, herrühren. Daher kann man beispielsweise eine Regelung für zwei Eindringtiefen vorsehen. By controlling the throughput of the auxiliary air (with the aid of valve 20), the pneumatic constriction can be set to a desired value. This allows in particular the throughput of the Coordinate auxiliary pressure means to the depth of penetration of the deflecting members, for example in such a way that the overall efficiency is kept constant regardless of the penetration depth. Changes in the penetration depth of the Deflecting organs can either be caused by an adjustment of the deflecting organs (if the deflecting organs are between different positions are changeable) or a shift of the boundary line 9 of the gas jet by changing the expansion ratio of the gas jet. So you can for example provide a regulation for two penetration depths.

Die Vorrichtung hat im übrigen den zusätzlichen Vorteil, daß mit ihrer Hilfe die Ablenkorgane 10 gekühlt werden können. Der stromaufwärtige Abschnitt 13 der Ablenkorgane, der in den Gasstrahl hineinragt, nimmt sehr hohe Temperaturen an, und zwar insbesondere in dem Fall eines Gasturbinen-Strahltriebwerks mit einem Nachbrenner. Die Leitungen 22 spielen in dieser Hinsicht die Rolle von Kühlkanälen, entspre-The device also has the additional advantage that the deflecting members 10 are cooled with its help can be. The upstream section 13 of the deflectors, which protrudes into the gas jet, assumes very high temperatures, especially in the case of a gas turbine jet engine with an afterburner. The lines 22 play the role of cooling channels in this regard, corresponding

chend den Kühlkanälen, wie sie zur Kühlung von Turbinenschaufeln verwendet werden. Um die Kühlwirkung der Ablenkorgane tO zu verbessern, können im übrigen die bekannten Verfahren zur Kühlung von Turbinenschaufeln angewendet werden, beispielsweise die Verwendung von porösen Bauteilen, Kühlung durch Transpiration, Aufbringen eines Schutzfilms, Einspritzen in der Nähe der Vorderkante usw.accordingly to the cooling channels as they are used to cool turbine blades. To the cooling effect The known methods for cooling turbine blades can also be used to improve the deflection elements t0 can be applied, for example the use of porous components, cooling through transpiration, Applying a protective film, injecting near the leading edge, etc.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for damping the noise of a gas jet emerging from a flow channel, in particular a jet nozzle, which is surrounded by a rectified secondary air flow, with several deflecting elements distributed around the gas jet, adjustable between at least one operating position and an inoperative position, which in the operating position with an upstream section each protrude into the gas jet in such a way that they deflect part of the gas jet into the area of the secondary air flow to the outside in the manner of a ladle, and in the inoperative position are outside the gas jet, characterized in that at least one the deflecting element (10) is provided at its upstream section (13) with an auxiliary feed device through which a jet (24) of auxiliary pressure medium can be introduced into the gas jet in a flow direction with a component running transversely to the outflow direction (f) of the gas jet.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the auxiliary feed device has a nozzle (23), which via a in the deflector (10) formed line (22) is connected to a pressure source.

3. Apparatus according to claim 2, wherein the deflecting member facing one of the axis of the flow channel Having end face, characterized in that the nozzle (23) on the end face (16) of the deflector opens into the gas jet.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the nozzle (23) has the shape of a Has slot which runs essentially in the circumferential direction.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized by a control device (20,21) for adjusting the throughput of the auxiliary pressure medium introduced into the gas jet.

6. Application of the device according to one of the preceding claims in a jet engine, in particular a gas turbine jet engine, characterized in that the auxiliary pressure means is formed by air extracted from a compressor of the jet engine.

7. Apparatus according to claim 6 with a jacket surrounding the jet nozzle which extends in the direction of flow extends beyond the exit cross section of the main jet nozzle, characterized in that that the deflecting members (10) are drawn into the jacket (2) in their inoperative position.

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