RU156661U1 - Устройство для снижения уровня шума гтд - Google Patents

Abstract

1. Устройство для снижения уровня шума газотурбинного двигателя, содержащее обечайку, установленную коаксиально соплу двигателя и выступающую за срез сопла на определенное расстояние, и звукопоглощающую облицовку, отличающееся тем, что обечайка выполнена в виде по крайней мере трех концентрично расположенных слоев: внешнего, среднего и внутреннего из конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала, диаметр обечайки равен 0,6 - 0,7 диаметра сопла, а звукопоглощающая облицовка выполнена в виде двухслойного покрытия из материала, аналогичного материалу обечайки, и расположена на внутренней поверхности сопла, толщина слоев материала обечайки и облицовки не менее 5,0 мм, пористость внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равна соответственно 20-30% и 40 - 50%, диаметры пор внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равны соответственно 1,0 мм и 0,3 мм, а пористость и диаметр пор среднего слоя обечайки составляют соответственно 30 - 40% и 0,5 мм.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние от среза сопла двигателя до среза обечайки определяется по формулеL=3,0(D - d),где D и d - диаметры соответственно сопла и обечайки.

Description

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно к устройствам для снижения уровня шума газотурбинного двигателя (ГТД).

Известно устройство для снижения шума двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащее установленный в сопле смеситель и дополнительную камеру сгорания с выпускной щелью, расположенной на срезе сопла (патент РФ №951906 кл. F02K 1/28, 2006 г.).

Известно устройство для снижения шума двухконтурного газотурбинного двигателя, выполненное в виде смесителя, содержащего расположенную в сопле двигателя обечайку, выходные кромки которой выполнены в виде шевронов и плоские, изогнутые перегородки, образующие каналы для выхода газа (патент РФ №2265130, кл. F02K 1/34, 2005 г.).

Известен глушитель шума, преимущественно газотурбинной установки, содержащий корпус, расположенные в нем вдоль проточного тракта звукопоглощающие элементы, имеющие цилиндрические гофрированные оболочки, заполненные звукопоглощающим материалом (патент РФ №2187682 кл. F02K 1/34, 2002 г.)

Общим недостатком известных технических решений является недостаточное снижение уровня шума и сложность конструкции устройств.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемой полезной модели является устройство для снижения уровня шума газотурбинного двигателя, содержащее установленную коаксиально соплу двигателя обечайку, выступающую за срез сопла на определенное расстояние и звукопоглощающую облицовку (патент РФ №1353036 кл. F02K 1/34, 2006 г.). Наличие в устройстве размещенных вокруг сопла двигателя периферийных сопел и установка обечайки вокруг последних приводит к снижению уровня шума преимущественно в высокочастотной части акустического спектра (от 8 до 10 кГц) на различных режимах работы двигателя (от режима взлета до режима посадки).

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность снижения шума.

В основу предлагаемого технического решения поставлена задача снижения шума при различных режимах работы двигателя.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в расширении спектра частот глушения в диапазоне от 2 до 10 кГц с коэффициентом поглощения от 0,85 до 0,92.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для снижения уровня шума ГТД содержит обечайку, установленную коаксиально соплу двигателя и выступающую за срез сопла на определенное расстояние, и звукопоглощающую облицовку. Согласно полезной модели обечайка выполнена в виде по крайней мере трех концентрично расположенных слоев: внешнего, среднего и внутреннего из конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала, диаметр обечайки равен 0,6-0,7 диаметра сопла, а звукопоглощающая облицовка выполнена в виде двухслойного покрытия из материала, аналогичного материалу обечайки и расположена на внутренней поверхности сопла, толщина слоев материала обечайки и облицовки не менее 5,0 мм, пористости внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равны соответственно 20-30% и 40-50%, диаметры пор внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равны соответственно 1,0 мм и 0,3 мм, а пористость и диаметр пор среднего слоя обечайки составляют соответственно 30-40% и 0,5 мм.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заданного технического результата. Выполнение обечайки в виде по крайней мере трех концентрично расположенных слоев: внешнего, среднего и внутреннего из • конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала, с диаметром обечайки, равным 0,6-0,7 диаметра сопла, а звукопоглощающей облицовки в виде двухслойного покрытия из материала, аналогичного материалу обечайки, и расположение ее на внутренней поверхности сопла, при толщине слоев материала обечайки и облицовки равной не менее 5,0 мм, пористости внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равной соответственно 20-30% и 40-50%, диаметрах пор внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равных соответственно 1,0 мм и 0,3 мм, и при пористости и диаметре пор среднего слоя обечайки равной соответственно 30-40% и 0,5 мм позволяет расширить спектр частот глушения в диапазоне от 2 до 10 кГц с коэффициентом поглощения 0,85-0,92.

Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение, а именно: расстояние от среза сопла двигателя до среза обечайки принимается равным 3,0(D-d), где D и d - диаметры соответственно сопла двигателя и обечайки. Таким образом, предложенная полезная модель позволяет решить поставленную задачу снижения уровня шума двигателя в широком диапазоне спектра акустических частот с достижением заявленного технического результата.

Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фигурах, где:

на фиг. 1 - изображено предложенное устройство;

на фиг. 2 - зависимость максимального коэффициента звукопоглощения от расстояния между срезом сопла и срезом обечайки.

на фиг. 3 - зависимость изменения среднего интегрального коэффициента звукопоглощения от характеристик используемого конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала.

Устройство содержит обечайку в виде по крайней мере трех концентрично расположенных слоев: внешнего слоя 1, среднего слоя 2 и внутреннего слоя 3, выполненных из конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала (КПВКМ), например из пористого карбонитрида титана, карбонитрида кремния, оксикарбонитрида титана, оксикарбонитрида кремния, и установленную внутри сопла 4 коаксиально последнему. Обечайка имеет диаметр, равный 0,6-0,7 диаметра сопла 4 двигателя и установлена таким образом, что ее срез выступает за срез сопла 4 на расстояние, равное 3,0 (D-d), где D и d - диаметры соответственно сопла 4 и обечайки. На внутренней поверхности сопла 4 расположена звукопоглощающая облицовка виде внешнего слоя 5 и внутреннего слоя 6, выполненных из материала, аналогичного материалу обечайки. При этом толщина слоев обечайки и облицовки составляет не менее 5,0 мм каждый. Пористость внешних слоев 1 обечайки и 5 облицовки равны 20-30% при диаметре пор 1,0 мм, пористость внутренних слоев 3 обечайки и 6 облицовки равна 40-50% при диаметре пор 0,3 мм, а пористость среднего слоя 2 обечайки равна 30-40% при диаметре пор 0,5 мм.

При указанном соотношении диаметров обечайки и сопла 4 между собой, а также при размещении среза обечайки на определенном расстоянии от среза сопла 4 обеспечивается увеличение площади звукопоглощающего материала. Касание струи, истекающей из сопла 4 с материалом обечайки происходит по внутренней и внешней поверхности последней. Это исключает дополнительную высокочастотную наводку шума от касания выхлопной струи с облицовкой сопла 4 и позволяет повысить эффективность шумоглушения в расширенном диапазоне частот.

Устройство работает следующим образом. Звуковая энергия акустических колебаний на входе в сопло 4 двигателя попадает одновременно на внутреннюю поверхность сопла 4 и наружную поверхность обечайки. Частично отраженные от поверхностей обечайки и сопла 4 звуковые волны снова попадают на указанные пористые поверхности. За счет процессов интерференции, дифракции, и диссипации происходит переход акустической энергии в тепловую. Поры звукопоглощающего высокотемпературного композиционного материала в частном виде представляют собой модель элементарных резонаторов Гельмгольца, где

4

потеря энергии происходит за счет трения и отраженного излучения колеблющейся с частотой возбуждения массы выхлопных газов двигателя.

В соответствии с формулой Гемгольца-Рэлея собственная частота резонанса вычисляется по формуле:

,

где ν - скорость звука в воздухе, м/с; S - сечение отверстия, м², V₀ - объем резонатора, м³; L - длина отверстия, м.

Таким образом, изменяя геометрические параметры резонаторов (пор), экспериментально подобрано сочетание открытой и закрытой пористости и размеров пор для максимального поглощения энергии акустических волн.

Определение акустических параметров проводилось на акустическом интерферометре методом импеданса.

Размещение среза обечайки от среза сопла 4 двигателя на расстояние, связанное с указанным соотношением диаметров последних при многослойном выполнении обечайки и облицовки обеспечивает оптимальный контакт и взаимодействие реактивной струи, вытекающей из сопла 4 с обечайкой. При сложении различных характеристик каждого из слоев суммарный эффект превышает характеристики отдельных слоев на 20-30%, что позволяет расширить диапазон поглощаемых частот.

Предлагаемое устройство для снижения уровня шума ГТД позволяет повысить эффективность глушения шума при различных режимах работы двигателя. Расширяется диапазон частот глушения от 2 до 10 кГц, коэффициент поглощения от 0,85 до 0,92, что обеспечивает снижение уровня шума на 6-7 EPN дБ в соответствии с требованиями главы 4 ИКАО.

Claims (2)

1. Устройство для снижения уровня шума газотурбинного двигателя, содержащее обечайку, установленную коаксиально соплу двигателя и выступающую за срез сопла на определенное расстояние, и звукопоглощающую облицовку, отличающееся тем, что обечайка выполнена в виде по крайней мере трех концентрично расположенных слоев: внешнего, среднего и внутреннего из конструкционного пористого высокотемпературного композиционного материала, диаметр обечайки равен 0,6 - 0,7 диаметра сопла, а звукопоглощающая облицовка выполнена в виде двухслойного покрытия из материала, аналогичного материалу обечайки, и расположена на внутренней поверхности сопла, толщина слоев материала обечайки и облицовки не менее 5,0 мм, пористость внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равна соответственно 20-30% и 40 - 50%, диаметры пор внешних и внутренних слоев обечайки и облицовки равны соответственно 1,0 мм и 0,3 мм, а пористость и диаметр пор среднего слоя обечайки составляют соответственно 30 - 40% и 0,5 мм.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние от среза сопла двигателя до среза обечайки определяется по формуле

L=3,0(D - d),

где D и d - диаметры соответственно сопла и обечайки.

Images