ES2268111T3 - Dispositivo de control de mezcla de los chorros propulsores para un reactor de avion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de control de mezcla de los chorros propulsores (8, 9) a la salida de un reactor de avión, comprendiendo el dispositivo una tobera (1), estando compuestos dichos chorros propulsores (8, 9) por un chorro primario caliente (8) que sale de la tobera (1) de dicho reactor, y por un flujo secundario (9) que fluye entre la pared externa (2a) de la tobera (1) y la pared interna de dicho reactor, caracterizado porque la pared (2) de dicha tobera (1) presenta un borde de fuga (3) divergente de manera que genere las condiciones de un despegue o separación del chorro primario (8) próximo a un valor límite de existencia y porque comprende medios de control (4) de dicho chorro primario (8), permitiendo dichos medios de control (4) controlar el paso de dicho chorro primario (8) de un estado despegado a un estado pegado de nuevo, e inversamente.
Description
Dispositivo de control de mezcla de los chorros
propulsores para un reactor de avión.
El presente invento se refiere al dominio de los
reactores de aviones, y en particular a dispositivos que permiten
la reducción de los ruidos generados por los reactores de aviones de
transporte civil, la vectorización en el caso de los aviones
militares o el aumento de la sustentación en el caso de los aviones
de transporte civil, así como la disminución de la firma de
infrarrojos para los aviones militares.
En efecto, las molestias sonoras que provienen
de un avión en fase de despegue se sitúan principalmente al nivel
del reactor del avión y del chorro a la salida de éste. Esto es
particularmente cierto para los aviones cuyos reactores no poseen
índices fuertes de dilución, como en particular los aviones de
transporte supersónicos.
En el caso de los aviones militares, la
vectorización es buscada con el fin de aumentar los esfuerzos
laterales o verticales. Puede considerarse igualmente un aumento de
la sustentación con el fin de reducir por ejemplo las distancias de
despegue.
El presente invento se refiere por tanto a un
dispositivo de control de mezcla de los chorros propulsores a la
salida de los reactores de aviones, estando compuestos los reactores
propulsores por un chorro primario caliente que sale de la tobera
del reactor, y por un flujo secundario que fluye entre la pared
externa de la tobera y la pared interna del reac-
tor.
tor.
Se conocen de la técnica anterior métodos
pasivos que consisten en una modificación de la geometría del labio
del chorro a manipular. Estos dispositivos, tales como los
mezcladores de lóbulos y los postigos en miniatura, son sin embargo
muy difícilmente amovibles en un motor de ciclo variable.
Entre los métodos activos de control de las
mezclas adaptadas a los chorros supersónicos, se encuentran los
accionadores neumáticos o mecánicos. Sin embargo, estando situada la
región de receptividad máxima en el labio de salida del chorro, las
escalas características del flujo son por lo tanto muy pequeñas y de
frecuencias muy altas. Estas tensiones, añadidas al hecho de que la
región a que se hace referencia es difícilmente accesible en el
caso de los reactores de aviones comerciales hacen que tales
dispositivos de control de chorros estén mal adaptados a una puesta
en práctica in situ.
Se conoce igualmente de la técnica anterior una
tobera cortada en "cheurones" la cual está destinada a mezclar
el flujo caliente y el flujo frío para reducir el ruido. Si tal
sistema presenta la ventaja de no sobrecargar el motor, presenta
sin embargo el inconveniente de no adaptarse a diferentes regímenes
o modos de funcionamiento (vectorización, firma de infrarrojos,
ruido).
Un dispositivo de control de mezcla de un chorro
propulsor para un reactor de avión según la técnica anterior ha
sido mostrado en el documento US-5.957.413.
El presente invento pretende remediar por tanto
los inconvenientes de la técnica anterior proponiendo un dispositivo
de control de la mezcla de los chorros por control del despegue o
separación del chorro primario generado por la divergencia brusca
de las paredes de la tobera, utilizando así el control de los
despegues o separaciones como método de excitación de las capas de
mezcla.
Para hacerlo, el presente invento es del tipo
descrito más arriba, y es notable, en su acepción más amplia,
porque la pared de la tobera presenta un borde de fuga divergente de
manera que genere las condiciones de un despegue del chorro
primario próximo a un valor límite de existencia y porque el
dispositivo comprende medios de control del despegue del chorro
primario, los cuales permiten controlar el paso del chorro primario
de un estado despegado o separado a un estado pegado de nuevo, e
inversamente.
Preferiblemente, el control del despegue del
chorro primario es periódico y, en un modo de realización preferido
del invento, presenta una frecuencia comprendida entre 50 Hz y 10
KHz.
Ventajosamente, el control del despegue del
chorro primario es realizado al nivel del borde de fuga, presentando
el borde de fuga un ángulo comprendido entre 10º y 30º con la pared
de la tobera, de manera que genere un pequeño despegue del chorro
primario.
Así, sucediéndose los momentos en los que el
flujo es despegado y aquellos en los que el flujo es pegado o
aproximado de nuevo, se realiza una excitación importante de los
chorros intermedios inmediatamente al nivel del borde de fuga,
región de eficacia máxima para este tipo de flujo.
Según un primer modo de realización del invento,
los medios de control del despegue del chorro primario están
constituidos al menos de un chorro sintético, el cual es generado
por medio de una hendidura situada en la pared de la tobera y por
un accionador piezoeléctrico dispuesto en una cavidad situada en el
interior de la pared de la tobera.
Según un segundo modo de realización del
invento, los medios de control del despegue del chorro primario
están constituidos al menos de un chorro sintético generado por una
hendidura situada en la pared de la tobera y por un generador de
presión dispuesto en una cavidad situada en el interior de la pared
de la tobera.
Según un tercer modo de realización del invento,
los medios de control del despegue del chorro primario están
constituidos al menos de un accionador piezoeléctrico dispuesto
sobre la pared de la tobera.
Según otro modo de realización del invento, los
medios de control del despegue del chorro primario están
constituidos al menos de dos electrodos dispuestos sobre la pared
de la tobera con el fin de crear una descarga eléctrica de tipo
efecto corona, y así eximir las tensiones termomecánicas unidas a la
naturaleza del flujo.
Según un primer modo de realización del invento,
los medios de control del despegue del chorro primario están
constituidos al menos de un generador de presión dispuesto sobre la
pared de la tobera.
La utilización de mandos eléctricos permite así
no aportar un sobrepeso al reactor. Otra ventaja es poder estar
asociado a la electrónica embarcada, y así poder controlar los
medios de control del despegue del chorro primario, a saber bien
activar o desactivar el control del despegue del chorro primario, o
bien adaptarle según el régimen del motor.
En el caso de los tres últimos modos de
realización del invento, los medios de control están dispuestos bien
sobre toda o sobre una parte de la circunferencia de la pared
interna de la tobera, o bien sobre toda o una parte de la
circunferencia de la pared externa de la tobera, o bien sobre toda o
una parte de la circunferencia de la pared interna y externa de la
tobera.
Ventajosamente, el control del despegue del
chorro primario es realizado de manera que genere o bien un flujo
simétrico, o bien un flujo antisimétrico a la salida del
reactor.
De esta forma, para una flujo simétrico, el
control del despegue del chorro primario se efectúa sobre la
totalidad de la cara de salida del chorro, permitiendo así la
reducción del ruido y la firma infrarroja. Para un flujo
antisimétrico, el control de despegue del chorro primario se efectúa
únicamente sobre un parte de la cara de salida del chorro,
permitiendo entonces jugar sobre la dirección del chorro y la
vectorización de los esfuerzos.
El dispositivo según el invento asocia por tanto
la divergencia de dicho borde de fuga para crear un despegue
natural del chorro primario que sale de la tobera y de los medios de
control del despegue del chorro primario.
En esta configuración del invento, las paredes
de la tobera son relativamente gruesas. Con el fin de adaptar este
dispositivo a paredes delgadas, dicha pared es ventajosamente
configurada de forma que presente una convergencia aguas arriba de
dicho borde de fuga.
Se comprenderá mejor el invento con la ayuda de
la descripción, hecha a continuación a título puramente explicativo,
de los diferentes modos de realización del invento, con referencia
a las figuras adjuntas:
- la fig. 1 ilustra una vista parcial en corte
de una tobera del dispositivo según el invento dispuesto sobre la
pared interna de la tobera por encima del borde de fuga;
- la fig. 2 ilustra una vista parcial en corte
de una tobera provista de una variante del dispositivo constituida
por electrodos dispuestos según una primera configuración;
- la fig. 3 ilustra una vista parcial en corte
de una tobera provista de una variante del dispositivo constituida
por electrodos dispuestos según una segunda configuración;
- la fig. 4 ilustra una vista esquemática del
flujo del chorro primario cuando no están activados los medios de
control del despegue del chorro primario (caso del paso de un estado
despegado a un estado pegado o aproximado de nuevo);
- la fig. 5 ilustra una vista esquemática del
flujo del chorro primario cuando son activados los medios de
control del despegue del chorro primario (caso del paso de un estado
de despegue a un estado de nueva aproximación):
- la fig. 6 ilustra una vista en perspectiva de
una tobera provista del dispositivo según el invento;
- la fig. 7 ilustra una vista en perspectiva de
la tobera provista de una variante del dispositivo según el
invento;
- la fig. 8 ilustra la utilización del
dispositivo según el invento sobre una tobera cortada en
"cheurones";
- la fig. 9 ilustra una vista parcial en corte
de una tobera de paredes delgadas que presentan un control del
despegue mono-cara; y
- la fig. 10 ilustra una vista parcial en corte
de la tobera representada en la fig. 9, que presenta un control del
despegue bi-cara.
El invento se refiere a un dispositivo de
control de mezcla de los chorros propulsores (8, 9) a la salida de
un reactor de avión, estando compuestos dichos chorros propulsores
(8, 9) por un chorro primario caliente (8) que sale de una tobera
(1) de dicho reactor, y por un flujo secundario (9) que fluye entre
la pared externa (2a) de dicha tobera (1) y la pared interna de
dicho reactor.
La pared (2) de dicha tobera (1) provista del
dispositivo según el invento, ilustrado en la fig. 1, está
constituida a su salida por un borde de fuga (3), el cual presenta
un ángulo con la pared (2) de dicha tobera (1) comprendido entre
10º y 30° de manera que genere un despegue o separación de dicho
chorro primario (8). Unos medios de control (4) del despegue de
dicho chorro primario (8), los cuales están destinados a controlar
el paso de dicho chorro primario (8) de un estado despegado o
separado a un estado pegado de nuevo, e inversamente, están
dispuestos sobre la pared interna (2b) de dicha tobera (1) al nivel
de dicho borde de fuga (3), y más particularmente aguas arriba de
dicho borde de fuga (3).
Según una primera variante, los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario (8) están
constituidos al menos por una accionador piezoeléctrico dispuesto
sobre la pared interna (2) de dicha tobera (1).
Según una segunda variante del invento, los
medios de control (4) del despegue de dicho chorro primario (8)
están constituido al menos por un generador de presión dispuesto
sobre la pared interna (2b) de dicha tobera (1).
Según una tercera variante del invento, los
medios de control (4) del despegue de dicho chorro primario (8)
están constituido al menos por dos electrodos (5) dispuestos sobre
la pared interna (2b) de dicha tobera (1), a fin de creer una
descarga eléctrica de tipo efecto corona.
Según otra configuración del invento (no
representada) los medios de control (4) del despegue de dicho chorro
primario (8) (accionador piezoeléctrico, generador de presión o
electrodos) pueden estar igualmente dispuestos sobre dicho borde de
fuga (3).
Según otra configuración del invento, ilustrada
en la fig. 2, los medios de control (4) del despegue de dicho
chorro primario constituidos por electrodos (5) podrán estar
dispuestos en la proximidad de dicho borde de fuga (3) de tal
manera que el electrodo positivo esté colocado aguas arriba de dicho
borde de fuga (3) y el electrodo negativo sobre dicho borde de fuga
(3), espaciados uno del otro de 1 a 2 cm. Igualmente, el electrodo
negativo estará dispuesto a una distancia correspondiente a una
décima del diámetro de la pared (2) de dicha tobera (1) desde la
extremidad de dicho borde de fuga (3) correspondiente a la salida de
dicha tobera (1). Los electrodos, así dispuestos, permitirán
controlar el paso de dicho chorro primario (8) de un estado
despegado o separado a un estado pegado.
Inversamente, como se ha ilustrado en la fig. 3,
dos electrodos (5) puedan estar dispuestos en la proximidad de
dicho borde de fuga (3) de tal manera que el electrodo negativo esté
colocado aguas arriba de dicho borde de fuga (3) y el electrodo
positivo sobre dicho borde de fuga (3) espaciados entre sí de 1 a 2
cm. Igualmente, el electrodo positivo estará dispuesto a una
distancia correspondiente a una décima del diámetro de la pared (2)
de dicha tobera (1) desde la extremidad de dicho borde de fuga (3)
correspondiente a la salida de dicha tobera (1). Los electrodos,
así dispuestos, permitirán controlar el paso de dicho chorro
primario (8) de un estado pegado a un estado despegado.
Las figs. 2 y 3 ilustran el emplazamiento
respectivamente del electrodo positivo y del electrón negativo
inmediatamente aguas arriba de dicho borde de fuga (3). Pero bien
entendido, es evidente que cualquier otro emplazamiento puede ser
considerado, y en particular inmediatamente aguas abajo de dicho
borde de fuga (3).
La fig. 4 ilustra una vista esquemática del
flujo de dicho chorro primario (8) al nivel de dicho borde de fuga
(3) de dicha tobera (1) cuando los medios de control (4) del
despegue de dicho chorro primario (8) no están activados.
Así se realiza una excitación de los chorros al
nivel de dicho borde de fuga (3), aguas arriba como se ha ilustrado
en las figs. 4 y 5, o sobre dicho borde de fuga (3) (no
representado), sucediéndose los momentos en que el flujo es
despegado y aquellos en los que el flujo es pegado de nuevo, por
control periódico del despegue de dicho chorro primario (8). En un
modo de realización preferido del invento, el control del despegue
presenta una frecuencia comprendida entre 50 Hz y 10 KHz.
En otro ejemplo de realización (no representado)
los medios de control (4) del despegue de dicho chorro primario (8)
podrán estar constituidos al menos por un chorro sintético. Dicho
chorro sintético será entonces generado por medio de una hendidura
situada en la pared (2) de dicha tobera (1) así como por un
accionador piezoeléctrico o un generador de presión, el cual estará
depositado en una cavidad situada en el interior de la pared (2) de
dicha tobera (1).
El ejemplo ilustrado por las figs. 4 y 5 se
refiere al paso de dicho chorro primario (8) de un estado despegado
a un estado pegado de nuevo, siendo el despegue de dicho chorro
primario (8) generado naturalmente por la divergencia de la pared
(2) de dicha tobera (1). Así, la fig. 4 ilustra medios de control
(4) inactivados, y la fig. 5 medios de control (4) activados.
Situémonos ahora en el caso en que dicho chorro
primario (8) pasa de un estado pegado a un estado despegado.
Inversamente al caso precedente, dichos medios de control (4) son
activados para despegar artificialmente dicho chorro primario (8)
próximo al despegue (fig. 4) e inactivados para permitir el nuevo
pegado de dicho chorro primario (8) sobre la pared (2) de dicha
tobera (1) (fig. 5).
La fig. 6 ilustra una vista en perspectiva de
una tobera (1) provista del dispositivo según el invento. Los
medios de control (4) del despegue de dicho chorro primario (8)
están dispuestos sobre el conjunto de la pared interna (2b) de
dicha tobera (1). Los medios de control (4) del despegue de dicho
chorro primario (8) pueden estar igualmente dispuestos sobre la
pared interna (2b) y sobre la pared externa (2a) de dicha tobera
(1), ilustrada en la fig. 7.
En otro modo de realización (no representado),
los medios de control (4) del despegue de dicho chorro primario
pueden estar dispuestos solamente sobre la pared externa (2a) de
dicha tobera.
Así, la disminución del ruido y la firma de
infrarrojos serán realizados por el control del despegue de dicho
chorro primario (8) sobre la totalidad de la cara de salida de dicho
chorro primario (8).
Para jugar sobre la dirección del chorro o la
vectorización de los esfuerzos, los medios de control (4) del
despegue de dicho chorro primario (8) serán accionados solamente
sobre un sector de la cara de salida de dicho chorro primario
(8).
La fig. 8 ilustra la aplicación del dispositivo
según el invento sobre una tobera cortada en "cheurones". Los
medios de control (4) idénticos a los descritos en las figs. 1 y 2,
están dispuestos sobre la pared interna (2b) de dicha tobera (1) en
la proximidad de cada una de las ramas (7) que forman los dientes
(6) de dicha tobera (1), y sobre la pared externa (2a) de dicha
tobera (1) en la proximidad de cada una de las ramas (7) que forman
los dientes (6) de dicha tobera
(1).
(1).
La fig. 9 ilustra una vista parcial en corte de
una tobera de paredes delgadas que presentan un control del
despegue mono-cara.
La pared interna (2b) de dicha tobera (1)
presenta una parte convergente (10) y una parte terminal divergente
(11) de modo que forme un abultamiento a la salida de dicha tobera
(1).
Dicha parte divergente (11) constituye dicho
borde de fuga (3).
En esta configuración, dichos medios de control
(4) de dicho chorro primario (8) están dispuestos sobre la parte
divergente (11) de la pared interna (2b) de dicha tobera (1).
La fig. 10 ilustra dicha tobera (1) de paredes
delgadas de la fig. 9, estando provista dicha tobera (1) de un
control del despegue bi-cara.
La pared interna (2b) y la pared externa (2a) de
dicha tobera (1) presentan respectivamente, y de forma simétrica,
una parte convergente (10) y una parte divergente (11).
Así, la parte divergente (11) de dicha pared
interna (2b) crea un despegue natural de dicho chorro primario (8),
y la parte divergente (10) de dicha pared externa (2a) un despegue
natural de dicho flujo secundario (9).
La nueva aproximación de dicho chorro primario
(8) y de dicho flujo secundario (9) es realizada por dichos medios
de control (4) dispuestos respectivamente sobre las partes
divergentes (11) de la pared interna (2b) y la pared externa (2a)
de dicha tobera (1).
El invento ha sido descrito en lo que precede a
título de ejemplo. Queda bien entendido que el experto en la
técnica puede incluso realizar diferentes variantes del invento tal
como está definido por las reivindicaciones.
Claims (15)
1. Un dispositivo de control de mezcla de los
chorros propulsores (8, 9) a la salida de un reactor de avión,
comprendiendo el dispositivo una tobera (1), estando compuestos
dichos chorros propulsores (8, 9) por un chorro primario caliente
(8) que sale de la tobera (1) de dicho reactor, y por un flujo
secundario (9) que fluye entre la pared externa (2a) de la tobera
(1) y la pared interna de dicho reactor, caracterizado porque
la pared (2) de dicha tobera (1) presenta un borde de fuga (3)
divergente de manera que genere las condiciones de un despegue o
separación del chorro primario (8) próximo a un valor límite de
existencia y porque comprende medios de control (4) de dicho chorro
primario (8), permitiendo dichos medios de control (4) controlar el
paso de dicho chorro primario (8) de un estado despegado a un estado
pegado de nuevo, e inversamente.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1ª,
caracterizado porque el control del despegue de dicho chorro
primario (8) es periódico.
3. Un dispositivo según la reivindicación 2ª,
caracterizado porque el control del despegue de dicho chorro
primario (8) presenta una frecuencia comprendida entre 50 Hz y 10
KHz.
4. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario (8) están
constituidos al menos por un chorro sintético, el cual es generado
por medio de una hendidura situada en la pared (2) de dicha tobera
(1) y por un accionador piezoeléctrico dispuesto en una cavidad
situada en el interior de la pared de dicha tobera (1).
5. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario están constituidos
al menos por un chorro sintético, el cual es generado por medio de
una hendidura situada en la pared (2) de dicha tobera (1) y por un
generador de presión dispuesto en una cavidad situada en el
interior de la pared (2) de dicha tobera (1).
6. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario (8) están
constituidos al menos de un accionador piezoeléctrico dispuesto
sobre la pared (2) de dicha tobera (1).
7. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario (8) están
constituidos al menos por dos electrodos (5) dispuestos sobre la
pared (2) de dicha tobera (1) con el fin de crear una descarga
eléctrica de tipo efecto corona.
8. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque los medios de
control (4) del despegue de dicho chorro primario (8) son obtenidos
por medio al menos de un generador de presión dispuesto sobre la
pared (2) de dicha tobera (1).
9. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 8ª, caracterizado porque los medios de
control (4) están dispuestos sobre toda o una parte de la
circunferencia de la pared interna (2b) de dicha tobera (1).
10. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 9ª, caracterizado porque los medios de
control (4) están dispuestos sobre toda o una parte de la
circunferencia de la pared externa (2a) de dicha tobera (1).
11. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el control
del despegue de dicho chorro primario es realizado al nivel de
dicho borde de fuga (3).
12. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el control
del despegue de dicho chorro primario es realizado de tal forma que
genere o bien un flujo simétrico, o bien un flujo antisimétrico a
la salida de dicho reactor.
13. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el borde
de fuga (3) presenta un ángulo con la pared (2) de dicha tobera (1)
comprendido entre 10º y 30º.
14. Un dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pared
(2) de dicha tobera (1) es convergente por encima de dicho borde de
fuga (3).
15. Un reactor de avión que comprende un
dispositivo de control de mezcla de los chorros propulsores según
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE60213110T2 (es) |
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|---|---|---|---|---|
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