ES2286571T3 - Dispositivo de reduccion del ruido del chorro de una turbomaquina. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de reducción del ruido de chorro de una turbomáquina, teniendo la citada turbomáquina un eje longitudinal (X-X) y comprendiendo una tobera (10) sensiblemente cilíndrica que se extiende según el citado eje longitudinal de la turbomáquina y teniendo una extremidad aguas abajo para la mezcla de flujos gaseosos internos y externos a la citada tobera, comprendiendo el citado dispositivo una pluralidad de ondulaciones (26) retorcidas dispuestas en la prolongación de la extremidad aguas abajo de la tobera (10) y una pluralidad de entalladuras (28) dispuestas entre dos ondulaciones sucesivas de la citada pluralidad de ondulaciones (26) de manera que generen una cizalladura radial y una cizalladura tangencial entre los citados flujos gaseosos, caracterizado porque la citada pluralidad de ondulaciones y la citada pluralidad de entalladuras son simétricas con relación al menos a un eje (Y-Y) perpendicular al citado eje longitudinal de la turbomáquina de manera que generan un doble efecto contra-rotativo entre los citados flujos gaseosos, y porque cada ondulación (26) y entalladura (28) es disimétrica con relación a un plano radial que pasa por el eje longitudinal (X-X) y que es mediano con respecto a la citada ondulación o la citada entalladura considerada.
Description
Dispositivo de reducción del ruido del chorro de
una turbomáquina.
La presente invención se refiere al dominio
general de las toberas que equipan las turbomáquinas. Se dirige más
particularmente a reducir el ruido de chorro engendrado a la salida
de las toberas de flujo separadas de las turbomáquinas de aviones,
principalmente durante las fases de despegue de estos aviones.
Las toberas que equipan las turbomáquinas de
aviones civiles se componen generalmente de un cuerpo central
rodeado de una cubierta primaria que forman entre sí un primer canal
anular para la circulación de un flujo primario. Una cubierta
secundaria rodea a la cubierta primaria para formar un segundo canal
anular para la circulación de un flujo secundario. El conjunto de
estos elementos de la tobera es generalmente de forma simétrica con
respecto a un eje.
La presente invención se dirige a un dispositivo
que permite reducir el ruido de chorro a la salida de estas
toberas, principalmente durante las fases de despegue, en el curso
de las cuales la velocidad de expulsión de los flujos primario y
secundario es transónica (es decir, del orden de 0,9 Mach), por
tanto sin degradar los rendimientos aerodinámicos.
Con el fin de reducir el ruido de chorro
engendrado a la salida de las toberas, es conocido favorecer la
mezcla entre los flujos primario y secundario procedentes de la
turbomáquina. Por ejemplo, se ha propuesto proporcionar a la
cubierta primaria de la tobera lóbulos que permiten obtener una
cizalladura radial entre los flujos primario y secundario con el
fin de favorecer la mezcla entre estos flujos. Sin embargo, este
tipo de tobera de lóbulos no tiene más que un pequeño efecto sobre
la reducción del ruido de chorro y no esta adaptada a las
velocidades transónicas de circulación de los flujos. En efecto,
las pendientes de los lóbulos son demasiado importantes para tales
velocidades, lo que induce despegues de los flujos que degradan los
rendimientos aerodinámicos de la tobera.
Se conoce también la patente EP 1.160.439 que
prevé proveer a las cubiertas de la tobera de salientes angulares
con el fin de favorecer la mezcla entre los flujos primario y
secundario. Aunque reductora del ruido de chorro, la implantación
de salientes angulares tiene igualmente tendencia a degradar los
rendimientos aerodinámicos de la tobera. El documento WO 00/40851 A
describe también una tobera que representa el estado de la
técnica.
La presente invención se dirige, por
consiguiente, a paliar tales inconvenientes proponiendo un
dispositivo para tobera de turbomáquina que permite reducir
notablemente el ruido de chorro, principalmente a velocidades
transónicas de circulación de los flujos, sin, por tanto, degradar
los rendimientos aerodinámicos de la tobera.
A este efecto, se ha previsto un dispositivo de
reducción del ruido de chorro de una turbomáquina, de acuerdo con
la reivindicación 1.
La geometría particular de las ondulaciones que
son a la vez helicoidales y tridimensionales y que presentan un
doble efecto contra rotativo, permite, aumentando la mezcla entre
los flujos, obtener una reducción eficaz del ruido de chorro sin
degradación de los rendimientos aerodinámicos. En efecto, esta
geometría permite generar una cizalladura tangencial entre los
flujos que se suma a la cizalladura radial con el fin de aumentar la
mezcla entre los flujos.
La presente invención se dirige igualmente a una
tobera de turbomáquina que comprende una cubierta primaria que se
extiende según un eje longitudinal de la tobera, un cuerpo central
dispuesto concéntricamente en el interior de la citada cubierta
primaria, y una cubierta secundaria que rodea concéntricamente a la
cubierta primaria, y en la cual la cubierta primaria y/o la
cubierta secundaria comprende un dispositivo de reducción del ruido
de chorro.
Otras características y ventajas de la presente
invención aparecerán de la descripción hecha aquí a continuación,
en referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo de
realización desprovisto de cualquier carecer limitativo. En las
figuras:
- las figuras 1A y 1B son vistas en perspectiva
de un dispositivo de reducción del ruido de chorro de acuerdo con
la invención que equipa una tobera de turbomáquina;
- las figuras 2A y 2B son vistas que ilustran
los efectos de cizalladura y el doble efecto contra rotativo
engendrados por un dispositivo de reducción del ruido de chorro de
acuerdo con la invención;
- las figuras 3A, 3B y 3C son vistas en corte
longitudinal de dispositivos de reducción del ruido de chorro de
acuerdo con otras variantes de la invención; y
- la figura 4 es una vista en perspectiva de una
tobera de turbomáquina equipada con un dispositivo de reducción del
ruido de chorro de acuerdo con una variante de la invención.
La figura 1A representa, en perspectiva, una
tobera 10 de turbomáquina equipada con un dispositivo de reducción
del ruido de chorro 12 de acuerdo con la invención. La tobera 10, de
forma simétrica con relación a un eje longitudinal
X-X de la turbomáquina, está típicamente formada por
una cubierta primaria 14, una cubierta secundaria 16 y un cuerpo
central 18. La cubierta primaria 14, de forma sensiblemente
cilíndrica o troncocónica, se extiende según el eje longitudinal
X-X. El cuerpo central 18 está dispuesto
concéntricamente en el interior de la cubierta primaria 14 y
termina en una parte sensiblemente cónica.
En la figura 1, la extremidad aguas abajo 14a de
la cubierta primaria 14 se extiende más allá de la parte cónica del
cuerpo central 18. La cubierta secundaria 16, igualmente de forma
sensiblemente cilíndrica o troncocónica, rodea concéntricamente a
la cubierta primaria 14. La tobera así definida está fijada bajo un
ala de avión (no representada en las figuras) por mediación de un
castillete de soporte 20.
El ensamblaje concéntrico de los elementos de la
tobera 10 permite definir: por una parte, entre la cubierta
primaria 14 y el cuerpo central 18, un primer paso anular 22 para la
circulación de un flujo gaseoso procedente de la turbomáquina
(llamado flujo primario), y, por otra parte, entre las cubiertas
primaria 14 y secundaria 16, un segundo paso anular 24 para la
circulación del aire procedente de la turbomáquina (llamado flujo
secundario). Los flujos gaseosos que circulan a través de estos dos
pasos anulares 22, 24 se mezclan entre sí en la extremidad aguas
abajo 14a de la cubierta primaria 14.
Se observará que, en la figura 1A, el cuerpo
central 18 de la tobera 10 es de tipo interno, es decir que la
extremidad aguas abajo 14a de la cubierta primaria 14 se extiende
longitudinalmente más allá del borde de salida del cuerpo central.
No obstante, el dispositivo de reducción del ruido de chorro de
acuerdo con la invención puede igualmente aplicarse a una tobera de
tipo externo, el borde de salida del cuerpo central de la cual se
extiende más allá de la extremidad aguas abajo de la cubierta
primaria.
De acuerdo con la invención, la tobera 10
comprende un dispositivo de reducción del ruido de chorro 12 formado
por una pluralidad de ondulaciones 26 dispuestas en la prolongación
de la extremidad aguas abajo 14a de la cubierta primaria 14 y de
una pluralidad de entalladuras 28 dispuestas entre dos ondulaciones
sucesivas de la pluralidad de entalladuras, de manera que se genere
una cizalladura radial y una cizalladura tangencial entre los
flujos primario y secundario procedentes de la turbomáquina (figura
1B).
Las ondulaciones 26 formadas en la extremidad
aguas abajo 14a de la cubierta primaria 14 se extienden a lo largo
del eje longitudinal X-X de la turbomáquina. En el
ejemplo de realización ilustrado por la figura 1B, cada una de
ellas está retorcida entre sus extremidades aguas arriba y aguas
abajo de manera que se extienden radialmente hacia el interior y
hacia el exterior con relación a la extremidad aguas abajo 14a de la
cubierta primaria. Las entalladuras 28 se presentan en forma de
entrantes o de cortes que se extienden de manera sensiblemente
longitudinal entre dos ondulaciones 26 sucesivas.
Las ondulaciones 26 y las entalladuras 28
permiten así generar una cizalladura radial y una cizalladura
tangencial entre los flujos primario y secundario con el fin de
aumentar la mezcla entre los flujos y por consiguiente reducir el
ruido de chorro. Por cizalladura radial, debe entenderse que ésta se
efectúa según una dirección radial con relación a la forma
sensiblemente cilíndrica de la cubierta primaria. Igualmente, por
cizalladura tangencial, debe comprenderse que ésta tiene lugar
según una dirección tangencial con relación a la forma
sensiblemente cilíndrica de la cubierta primaria.
La figura 2A ilustra bien este fenómeno de
cizalladura radial y tangencial. En esta figura, se ha representado
una ondulación 26 y una entalladura 28 del dispositivo de reducción
del ruido de chorro 12 de acuerdo con la invención aplicado a una
cubierta primaria 14 de tobera. Las flechas en línea continua
ilustran la dirección de circulación del flujo interno al
dispositivo en la proximidad de la ondulación 26 y de la entalladura
28, mientras que las flechas a trazos discontinuos esquematizan la
dirección de circulación del flujo externo al dispositivo en la
proximidad de estas mismas ondulación y entalladura.
Al nivel de la ondulación 26, el flujo interno
que circula en la proximidad de ésta es dirigido, para ser mezclado
con el flujo externo, a la vez según una dirección radial (flecha
F1) y según una dirección tangencial (flecha F2). Las direcciones
radial y tangencial de circulación del flujo interno son debidas al
hecho de que la ondulación está retorcida radialmente hacia el
exterior con relación a la cubierta primaria 14.
Igualmente, al nivel de la entalladura 28, el
flujo externo que circula en la proximidad de ésta es dirigido,
para ser mezclado con el flujo interno, a la vez según una dirección
radial (flecha F3) y según una dirección tangencial (flecha F4).
Así, tiene lugar, en la extremidad aguas abajo de la cubierta
primaria entre los flujos interno y externo, una cizalladura radial
entre las circulaciones esquematizadas por la flechas F2 y F4.
Según una característica ventajosa de la
invención, la pluralidad de ondulaciones 26 y la pluralidad de
entalladuras 28 del dispositivo de reducción del ruido de chorro 12
son simétricas al menos con relación a un eje perpendicular al eje
longitudinal X-X de la turbomáquina de manera que se
genera un doble efecto contra rotativo entre los flujos interno y
externo en el dispositivo de reducción del ruido de chorro.
Así, en la figura 2B, las ondulaciones 26 y las
entalladuras 28 de la cubierta primaria son simétricas con relación
a un eje transversal Y-Y. Esta simetría tiene como
consecuencia generar un doble efecto contra rotativo entre los
flujos interno y externo.
En efecto, en lo que se refiere a la parte del
dispositivo 12 situada "a la izquierda" del eje transversal
Y-Y, el flujo interno se mezcla con el flujo externo
en la dirección ilustrada por las flechas 32a. Esta dirección de
mezcla crea, para el flujo interno, una rotación general F5 en el
sentido inverso a la rotación de las agujas de un reloj.
Igualmente, el flujo externo se mezcla con el flujo interno en la
dirección ilustrada por las flechas 34a. Esta dirección de mezcla
engendra, para el flujo externo, una rotación general F6 en el
sentido de rotación de las agujas de un reloj. En esta mitad
izquierda del dispositivo de reducción del ruido de chorro 12, los
flujos interno y externo son, por consiguiente, contra
rotativos.
En lo que se refiere a la otra parte del
dispositivo, el flujo interno se mezcla con el flujo externo en la
dirección ilustrada por las flechas 32b. Esta dirección de mezcla
crea, para el flujo interno, una rotación general F7 en el sentido
de rotación de las agujas de un reloj. En cuanto al flujo externo,
éste se mezcla con el flujo interno en la dirección de las flechas
34b. Esta dirección de mezcla genera para éste una rotación general
F8 en el sentido inverso de rotación de las agujas de un reloj, es
decir en el sentido inverso de rotación F7 del flujo interno. Estas
rotaciones inversas entre los flujos interno y externo en la segunda
mitad del dispositivo de reducción del ruido de chorro 12
constituyen un segundo efecto contra rotativo.
Por otra parte, se podría considerar que las
ondulaciones y las entalladuras del dispositivo de reducción del
ruido de chorro presentan una pluralidad de simetrías con relación a
varios ejes perpendiculares al eje longitudinal X-X
de la tobera de manera que se multipliquen los dobles efectos
contra-rotativos entre los flujos interno y
externo.
Además, la forma y el número de las ondulaciones
y de las entalladuras del dispositivo de reducción de ruido de
acuerdo con la invención pueden variar. Principalmente, la altura de
penetración en los flujos interno y externo de las ondulaciones no
está limitada.
Las figuras 3A, 3B y 3C representan, en corte
longitudinal, otros ejemplos de realización del dispositivo de
reducción del ruido de chorro de acuerdo con la invención. De manera
general, se observará que para no degradar los rendimientos
aerodinámicos, las ondulaciones 26 y las entalladuras 28 del
dispositivo de reducción del ruido de chorro de acuerdo con la
invención deben guardar forman suaves y redondeadas y no penetrar de
manera demasiado importante en los flujos interno y externo.
En la figura 1A, el dispositivo de reducción del
ruido de chorro de acuerdo con la invención es aplicado a la
cubierta primaria 14 de la tobera 10. No obstante, se puede
considerar una implantación diferente. La figura 4 ilustra así una
tobera 10 de turbomáquina cuya cubierta secundaria 16 está provista,
en su extremidad aguas arriba 16a, de un dispositivo de reducción
del ruido de chorro 12.
Igual que para la aplicación a la cubierta
primaria, este dispositivo se compone de una pluralidad de
ondulaciones 26 dispuestas en la prolongación de la extremidad
aguas abajo 16a de la cubierta secundaria 16 y de una pluralidad de
entalladuras 28 dispuestas entre dos ondulaciones sucesivas. Se
observará no obstante que se ha previsto mezclar, al nivel de la
zona de fijación del castillete 20 sobre la cubierta secundaria, un
intervalo 30 que no presenta ni ondulaciones ni entalladuras con el
fin de permitir la fijación del castillete 20.
Según el mismo principio que precedentemente,
estas ondulaciones 26 y entalladuras 28 permiten generar una
cizalladura radial y una cizalladura tangencial entre el flujo
secundario procedente de la turbomáquina y el flujo de aire que
circula a lo largo de la pared externa 16b de la cubierta secundaria
16, con el fin de aumentar la mezcla entre los flujos y, por
consiguiente, reducir el ruido de chorro.
Por otra parte, de acuerdo con otra variante más
de aplicación de la invención (no representada en las figuras), un
dispositivo de reducción del ruido de chorro puede ser implantado a
la vez sobre la cubierta primaria y sobre la cubierta secundaria.
En este caso, estos dispositivos permiten generar cizalladuras
radiales y cizalladuras tangenciales a la vez entre el flujo
primario y el flujo secundario y entre el flujo secundario y el
flujo de aire que circula a lo largo de la pared externa de la
cubierta secundaria.
Claims (4)
1. Dispositivo de reducción del ruido de chorro
de una turbomáquina, teniendo la citada turbomáquina un eje
longitudinal (X-X) y comprendiendo una tobera (10)
sensiblemente cilíndrica que se extiende según el citado eje
longitudinal de la turbomáquina y teniendo una extremidad aguas
abajo para la mezcla de flujos gaseosos internos y externos a la
citada tobera, comprendiendo el citado dispositivo una pluralidad de
ondulaciones (26) retorcidas dispuestas en la prolongación de la
extremidad aguas abajo de la tobera (10) y una pluralidad de
entalladuras (28) dispuestas entre dos ondulaciones sucesivas de la
citada pluralidad de ondulaciones (26) de manera que generen una
cizalladura radial y una cizalladura tangencial entre los citados
flujos gaseosos, caracterizado porque la citada pluralidad
de ondulaciones y la citada pluralidad de entalladuras son
simétricas con relación al menos a un eje (Y-Y)
perpendicular al citado eje longitudinal de la turbomáquina de
manera que generan un doble efecto contra-rotativo
entre los citados flujos gaseosos, y porque cada ondulación (26) y
entalladura (28) es disimétrica con relación a un plano radial que
pasa por el eje longitudinal (X-X) y que es mediano
con respecto a la citada ondulación o la citada entalladura
considerada.
2. Tobera (10) de turbomáquina que
comprende:
una cubierta primaria (14) que se extiende según
un eje longitudinal (X-X) de la citada tobera,
un cuerpo central (18) dispuesto
concéntricamente en el interior de la citada cubierta primaria (16)
con el fin de definir, entre la citada cubierta primaria y el
citado cuerpo central, un primer canal anular (22) para la
circulación de un flujo primario, y
una cubierta secundaria (16) que rodea
concéntricamente a la citada cubierta primaria (14) con el fin de
definir un segundo canal anular (24) para la circulación de un
flujo secundario,
caracterizada porque la citada cubierta
primaria (14) comprende, en una extremidad aguas abajo (14a), un
dispositivo de reducción de ruido (12) de acuerdo con la
reivindicación 1 de manera que genera una cizalladura radial y una
cizalladura tangencial entre los citados flujos primario y
secundario.
3. Tobera (10) de turbomáquina que
comprende:
una cubierta primaria (14) que se extiende según
un eje longitudinal (X-X) de la citada tobera,
un cuerpo central (18) dispuesto
concéntricamente en el interior de la citada cubierta primaria (14)
con el fin de definir, entre la citada cubierta primaria y el
citado cuerpo central, un primer canal anular (22) para la
circulación de un flujo primario, y
una cubierta secundaria (16) que rodea
concéntricamente a la citada cubierta primaria (16) con el fin de
definir un segundo canal anular (24) para la circulación de un
flujo secundario,
caracterizada porque la citada cubierta
secundaria (16) comprende, en su extremidad aguas abajo (16a), un
dispositivo de reducción de ruido (12) de acuerdo con la
reivindicación 1 de manera que genera una cizalladura radial y una
cizalladura tangencial entre el citado flujo secundaria y un flujo
de aire que circula a lo largo de una pared externa (16b) de la
citada cubierta secundaria (16).
4. Tobera (10) de turbomáquina que
comprende:
una cubierta primaria (14) que se extiende según
un eje longitudinal (X-X) de la citada tobera,
un cuerpo central (18) dispuesto
concéntricamente en el interior de la citada cubierta primaria (16)
con el fin de definir, entre la citada cubierta primaria y el
citado cuerpo central, un primer canal anular (22) para la
circulación de un flujo primario, y
una cubierta secundaria (16) que rodea
concéntricamente a la citada cubierta primaria (14) con el fin de
definir un segundo canal anular (24) para la circulación de un
flujo secundario,
caracterizada porque la citada cubierta
primaria (14) y la citada cubierta secundaria (16) comprenden cada
una en una extremidad aguas abajo (14a, 16a) un dispositivo de
reducción de ruido (12) de acuerdo con la reivindicación 1 de
manera que genera una cizalladura radial y una cizalladura
tangencial entre los citados flujos primario y secundario y entre
el citado flujo secundario y un flujo de aire que circula a lo largo
de una pared externa (16b) de la citada cubierta secundaria
(16).
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