RU2092708C1

RU2092708C1 - Silencing nozzle of air-jet engine

Info

Publication number: RU2092708C1
Application number: RU93043946A
Authority: RU
Inventors: В.К. Житенев; Е.В. Павлюков; В.Д. Соколов
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: aviation; nozzles of flying vehicle engines. SUBSTANCE: nozzle includes cowling 1 and central body 2 between which hollow pylons are arranged; pylons divide main passage of nozzle into several passages and ejector. Each pylon is provided with two panels 6 movably connected with pylon along edges and mechanism for turning panels 6. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, в частности к соплам летательных аппаратов с устройствами для снижения шума. The invention relates to aviation, in particular to nozzles of aircraft with devices for reducing noise.

Одним из основных требований к двигателям гражданских самолетов является низкий уровень шума на взлете и посадке. Снижение шума в особенности актуально для сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС), для которых шум на местности определяется шумом струй двигателей. One of the main requirements for engines of civilian aircraft is the low noise level on takeoff and landing. Noise reduction is especially relevant for supersonic passenger aircraft (ATP), for which the noise on the ground is determined by the noise of the engine jets.

Известно сопло для СПС со сниженным уровнем шума за счет протока внешнего воздуха на режиме взлета через полые пилоны. При этом сверхзвуковая часть сопла выполняет роль эжектора. На режиме крейсерского сверхзвукового полета пилоны убираются, сверхзвуковая часть сопла формируется створками, расположенными на внутренней поверхности эжектора (см. AIAA Paper N 80-0165. Flight and wind tunnel test results of a mechanical jet noise supressor nozzle. R. D. FitzSimmons, R. A. McKinnon and E.S.Johnson. Douglas Aircraft Company McDonnel Douglas Corporation and J.R.Brooks Rolls-Royce, Limited). Исследования этого сопла показали, что при снижении шума на взлете и посадке на 16 EPNdB потери тяги составляют 5-6% При этом конструкция сопла получается сложной с тремя группами подвижных элементов (дозвуковые створки, регулирующие критическое сечение, убираемые пилоны, сверхзвуковые створки) и, как следствие, большого веса. Known nozzle for ATP with reduced noise due to the flow of external air during takeoff through hollow pylons. In this case, the supersonic part of the nozzle acts as an ejector. In cruise supersonic flight mode, the pylons are retracted, the supersonic part of the nozzle is formed by flaps located on the inner surface of the ejector (see AIAA Paper N 80-0165. Flight and wind tunnel test results of a mechanical jet noise supressor nozzle. RD FitzSimmons, RA McKinnon and ES Johnson. Douglas Aircraft Company McDonnel Douglas Corporation and JR Brooks Rolls-Royce, Limited). Studies of this nozzle showed that when noise is reduced on take-off and landing by 16 EPNdB, the thrust loss is 5-6%. Moreover, the nozzle design is complex with three groups of moving elements (subsonic valves regulating the critical section, retractable pylons, supersonic valves) and as a result, a lot of weight.

Известно сопло для СПС, содержащее осесимметричное суживающееся сопло и эжектор (патент Великобритании 1,207,194 United Aircraft Corp. 1967 г.). При высоких тяговых характеристиках этого сопла снижение шума незначительно, т. к. в коротком эжекторе без разбиения одной струи на ряд мелких невозможно обеспечить коэффициент эжекции достаточным для существенного снижения скорости истекающей струи и соответственно шума. Known nozzle for ATP containing an axisymmetric tapering nozzle and ejector (UK patent 1,207,194 United Aircraft Corp. 1967). With high traction characteristics of this nozzle, the noise reduction is insignificant, since in a short ejector without dividing one jet into a series of small ones, it is impossible to provide an ejection coefficient sufficient to significantly reduce the speed of the flowing jet and, accordingly, noise.

Известно сопло со сниженным уровнем шума, содержащее обечайку, центральное тело с расположенными вокруг него полыми пилонами, через которые проходит внешний воздух (см. Thrust performance of isolated plug nozzles with two tipes of 40-spoke noise supressor at mach numbers from 0 t0 0.45. by D. E. Harrington and J.J.Scbloemer, NASA TM X-2951, 1974). Недостатками этого сопла являются большие потери тяги сопла на режимах полета с шумоглушением, которые составляют около 16% идеальной тяги сопла. It is known that a nozzle with a reduced noise level containing a shell, a central body with hollow pylons located around it, through which external air passes (see Thrust performance of isolated plug nozzles with two tipes of 40-spoke noise supressor at mach numbers from 0 t0 0.45. by DE Harrington and JJScbloemer, NASATM X-2951, 1974). The disadvantages of this nozzle are the large loss of nozzle thrust in flight modes with sound attenuation, which make up about 16% of the ideal nozzle thrust.

За прототип изобретения выбрано сопло со сниженным уровнем шума, содержащее обечайку и центральное тело, между которыми расположены полые пилоны, разделяющие основной канал сопла на ряд каналов, а также эжектор, причем каждый пилон снабжен двумя панелями, подвижно соединенными с пилоном вдоль кромок, и механизмом поворота панелей (см. патент США 2940252, F 02 K 1/26, 1960). For the prototype of the invention, a nozzle with a reduced noise level was selected, containing a shell and a central body, between which there are hollow pylons that divide the main channel of the nozzle into a number of channels, as well as an ejector, each pylon equipped with two panels, movably connected to the pylon along the edges, and a mechanism turning panels (see US patent 2940252, F 02 K 1/26, 1960).

Недостатком прототипа является то, что крепление панелей к кромкам пилонов удлиняет внутренний канал сопла на длину панелей вдоль оси сопла, что уменьшает длину смешения внутреннего потока и внешнего воздуха в эжекторе и соответственно уменьшает уровень снижения шума. Кроме того сверхзвуковая часть сопла формируется одной панелью, что не позволяет оптимальным образом регулировать сопло в диапазоне режимов полета и приводит к дополнительным потерям тяги. The disadvantage of the prototype is that the fastening of the panels to the edges of the pylons extends the inner channel of the nozzle by the length of the panels along the axis of the nozzle, which reduces the mixing length of the internal flow and external air in the ejector and, accordingly, reduces the level of noise reduction. In addition, the supersonic part of the nozzle is formed by one panel, which does not allow optimal adjustment of the nozzle in the range of flight modes and leads to additional thrust loss.

Задачей изобретения является создание сопла со сниженным уровнем шума на взлетном режиме и низкими потерями тяги на режиме крейсерской сверхзвуковой скорости. The objective of the invention is to provide a nozzle with a reduced noise level in the take-off mode and low thrust losses in the cruising supersonic speed mode.

Решение задачи достигается тем, что за каждым пилоном, разделяющим реактивную струю на ряд струй меньшего размера, установлено не менее двух панелей, подвижно соединенных между собой, снабженных механизмом перемещения, позволяющим изменять форму каналов между панелями, расположенными за соседними пилонами. The solution to the problem is achieved by the fact that for each pylon dividing the jet stream into a series of smaller jets, at least two panels are installed, movably connected to each other, equipped with a movement mechanism that allows you to change the shape of the channels between the panels located adjacent to the pylons.

На фиг. 1 показан продольный разрез шумоглушащего сопла; на фиг. 2 - поперечный разрез шумоглушащего сопла; на фиг. 3 вид Г на фиг. 2, с механизмами перемещения панелей; на фиг. 4 вид В на фиг. 2 с механизмами перемещения панелей; на фиг. 5 сечение Б-Б на фиг. 2, с положением подвижных панелей на режиме взлета; на фиг. 6 то же, но с положением подвижных панелей на режиме крейсерского сверхзвукового полета. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a silencing nozzle; in FIG. 2 is a cross section of a noise attenuating nozzle; in FIG. 3, view G in FIG. 2, with mechanisms for moving panels; in FIG. 4, view B in FIG. 2 with mechanisms for moving panels; in FIG. 5, section BB in FIG. 2, with the position of the movable panels in take-off mode; in FIG. 6 the same, but with the position of the movable panels in cruise supersonic flight mode.

Шумоглушащее сопло (см. фиг. 1, 2) состоит из обечайки 1, центрального тела 2, воздухозаборников 3, эжектора 4 и полых пилонов, каждый из которых образован передней неподвижной частью 5 и двумя поворотными панелями 6 с осями вращения 7, проходящими вдоль задней кромки неподвижной части 5. Поворот панелей 6 осуществляется силовой системой, состоящей из гидравлических цилиндров 8 и систем рычагов 9, устанавливающих панели в необходимое положение (см. фиг. 3). За каждым пилоном расположены подвижные панели 10 с осями вращения 11, проходящими вдоль задних кромок панелей 10, и неподвижная панель 12. Поворот панелей 10 осуществляется силовой системой, состоящей из гидравлических цилиндров 13 и систем рычагов 14, устанавливающих панели в необходимое положение (см. фиг. 4). На фиг. 5 показано положение панелей 10 в режиме взлета. На фиг. 6 показано положение панелей 10 в режиме крейсерского сверхзвукового полета. The noise-attenuating nozzle (see Fig. 1, 2) consists of a shell 1, a central body 2, air intakes 3, an ejector 4 and hollow pylons, each of which is formed by the front fixed part 5 and two rotary panels 6 with axes of rotation 7 extending along the rear the edges of the fixed part 5. The rotation of the panels 6 is carried out by a power system consisting of hydraulic cylinders 8 and systems of levers 9, which install the panels in the required position (see Fig. 3). Behind each pylon there are movable panels 10 with axes of rotation 11 extending along the trailing edges of the panels 10, and a fixed panel 12. The panels 10 are rotated by a power system consisting of hydraulic cylinders 13 and lever systems 14 that set the panels to the required position (see Fig. . 4). In FIG. 5 shows the position of the panels 10 in take-off mode. In FIG. 6 shows the position of the panels 10 in cruise supersonic flight mode.

Сопло работает следующим образом. Неподвижные части пилонов 5, соединяющих обечайку 1 и центральное тело 2, разделяют струю от двигателя на ряд струй меньшего размера. На режиме взлета регулируемые части пилонов принимают конфигурацию, обеспечивающую проток внешнего воздуха через воздухозаборники 3 и неподвижные части пилонов 5 (см. фиг. 1, 2, 5). При этом образуется чередование струй газа от двигателя и внешнего воздуха. Смешение газа струи от двигателя и внешнего воздуха происходит в эжекторе 4, что приводит к уменьшению скорости потока на выходе из сопла и соответственно к снижению шума. Для дополнительного снижения шума внутренняя поверхность эжектора 4 может быть облицована звукопоглощающими конструкциями. На сверхзвуковом режиме полета панели 10 перекрывают поток внешнего воздуха через воздухозаборники 3 и неподвижные части пилонов 5 и образуют расширяющиеся сверхзвуковые части с низкими потерями тяги для каждой струи газа от двигателя, протекающей между неподвижными частями пилонов 5 (см. фиг. 6). Для уменьшения внешнего сопротивления сопла каналы воздухозаборников 3 могут быть закрыты с помощью какого-либо из известных устройств (сдвижные панели, жалюзи и т.д.). На переходных режимах полета подвижные части панелей занимают промежуточные положения между положением на режиме взлета (см. фиг. 5) и положением на режиме крейсерского сверхзвукового полета (см. фиг. 6). Оптимальные конфигурации проточных частей на переходных режимах определяются для конкретной компоновки сопла на основе экспериментальных исследований. Механизмы поворота и перемещения панелей аналогичны известным механизмам регулирования сопл и других створчатых конструкций современных летательных аппаратов. The nozzle operates as follows. The stationary parts of the pylons 5 connecting the shell 1 and the central body 2 separate the jet from the engine into a series of smaller jets. In the take-off mode, the adjustable parts of the pylons take a configuration that ensures the flow of external air through the air intakes 3 and the stationary parts of the pylons 5 (see Fig. 1, 2, 5). In this case, an alternation of gas jets from the engine and external air is formed. The mixture of jet gas from the engine and external air occurs in the ejector 4, which leads to a decrease in the flow rate at the exit of the nozzle and, accordingly, to a decrease in noise. To further reduce noise, the inner surface of the ejector 4 may be lined with sound-absorbing structures. In a supersonic flight mode, the panels 10 block the flow of external air through the air intakes 3 and the stationary parts of the pylons 5 and form expanding supersonic parts with low thrust losses for each jet of gas from the engine flowing between the stationary parts of the pylons 5 (see Fig. 6). To reduce the external resistance of the nozzle, the channels of the air intakes 3 can be closed using any of the known devices (sliding panels, shutters, etc.). In transitional flight modes, the moving parts of the panels occupy intermediate positions between the position in the take-off mode (see Fig. 5) and the position in the cruise mode of supersonic flight (see Fig. 6). The optimal configuration of the flow parts in transient conditions is determined for a specific nozzle layout based on experimental studies. The mechanisms for turning and moving the panels are similar to the known mechanisms for regulating nozzles and other casement structures of modern aircraft.

Claims

A noise-attenuating jet engine nozzle containing an ejector, a shell and a central body, between which there are hollow pylons that divide the main channel of the nozzle into a number of sectors and a pair of panels, movably connected to the pylon along the edges and rotation mechanisms designed to change the shape of the sectors between the pylons, characterized in that it is additionally equipped with at least two panels movably connected to each other and installed behind each pylon.