RU2807307C1 - Output device of a turbojet engine - Google Patents

Output device of a turbojet engine Download PDF

Info

Publication number
RU2807307C1
RU2807307C1 RU2023103163A RU2023103163A RU2807307C1 RU 2807307 C1 RU2807307 C1 RU 2807307C1 RU 2023103163 A RU2023103163 A RU 2023103163A RU 2023103163 A RU2023103163 A RU 2023103163A RU 2807307 C1 RU2807307 C1 RU 2807307C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbojet engine
nozzle
internal nozzle
segments
output device
Prior art date
Application number
RU2023103163A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Алексеевич Лещенко
Дмитрий Александрович Олишевский
Ратмир Артурович Галимов
Темур Янгиваевич Токтосинов
Original Assignee
Акционерное общество "Туполев" (АО "Туполев")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Туполев" (АО "Туполев") filed Critical Акционерное общество "Туполев" (АО "Туполев")
Application granted granted Critical
Publication of RU2807307C1 publication Critical patent/RU2807307C1/en

Links

Abstract

FIELD: turbojet engines of aircraft.
SUBSTANCE: invention relates to turbojet engines of aircraft. The output device of the turbojet engine (turbojet engine) (14) of the aircraft contains a shell (1) docked to the aft part (15) of the fairing (16) of the turbojet engine, made with the possibility of axial movement, and an inner nozzle (2). The inner nozzle (2) contains an inlet section (3) rigidly fixed to the body Turbojet engine (14) at the outlet (17) of the jet stream (18), the outlet section (4) and the housing (5) of the inner nozzle located between them. The body of the inner nozzle (5) is made of segments (6), closed to each other by side surfaces (7). All or part of the segments (6) are made with the possibility of moving up to the formation of cracks (8) between adjacent side surfaces (7).
EFFECT: it is possible to reduce the acoustic noise level created by the engine with the appropriate requirement for its operation mode.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, в частности к выходным устройствам турбореактивных двигателей летательных аппаратов, выполненных с возможностью снижения уровня создаваемого акустического шума.The invention relates to aviation, in particular to output devices of aircraft turbojet engines, designed to reduce the level of generated acoustic noise.

Осуществление крейсерского полета сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) возможно с использованием турбореактивных двухконтурных двигателей низкой степени двухконтурности (m<2), что приводит к высокой скорости истечения струи и, как следствие, высокому уровню акустического излучения на режимах взлета-посадки. Однако нормативная база, регламентирующая уровень шума на местности для СПС, находится в процессе разработки и на сегодняшний день отсутствует.The cruising flight of supersonic passenger aircraft (SPA) is possible using turbojet engines with a low bypass ratio (m<2), which leads to a high jet exhaust speed and, as a consequence, a high level of acoustic radiation during takeoff and landing modes. However, the regulatory framework regulating the noise level in the area for ATP is in the process of development and is currently missing.

Одним из основных требований к двигателям СПС является низкий уровень шума на местности при взлете и посадке. Для реализации данного требования необходимо проектировать двигатель, имеющий низкую скорость истечения реактивного потока его выходного устройства (но при этом достаточную для обеспечения необходимой тяги на данном режиме).One of the main requirements for SPS engines is a low level of noise on the ground during takeoff and landing. To implement this requirement, it is necessary to design an engine that has a low exhaust speed of the jet stream of its output device (but at the same time sufficient to provide the necessary thrust in this mode).

Снижение скорости истечения может быть достигнуто, например, посредством конструкции выходного устройства из ТРД.Reducing the exhaust velocity can be achieved, for example, by designing an outlet device from a turbojet engine.

Известно выхлопное сопло воздушно-реактивного двигателя, в котором содержится корпус, состоящий из дозвуковой части, сужающейся в поперечном сечении полости сопла и имеющей в выходном сечении прямоугольную форму, и сверхзвуковой части с увеличивающейся по потоку газа площадью прямоугольного поперечного сечения полости сопла, состыкованного с дозвуковой частью в выходном ее сечении и имеющей верхнюю, нижнюю и вертикальные стенки и поворотные створки, шарнирно закреплены на верхней и нижней стенках корпуса с осями шарниров, расположенными в плоскостях этих стенок, для изменения направления потока газа и площади проходного сечения полости сверхзвуковой части сопла, отличающееся тем, что верхняя и нижняя стенки сверхзвуковой части установлены под углом к оси сопла и снабжены вырезами, в каждом из которых размещена каждая из поворотных створок, каждая поворотная створка снабжена двумя вертикальными перегородками, расположенными на боковых кромках створок со стороны, противоположной полости сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек между вырезами в стенках, причем вырезы в верхней и нижней стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек между ними (Патент на полезную модель RU №156534 U1, МПК F02K 1/12; опубл. 10. 11.2015).An exhaust nozzle of an air-jet engine is known, which contains a housing consisting of a subsonic part, tapering in the cross-section of the nozzle cavity and having a rectangular shape in the outlet section, and a supersonic part with an increasing area of the rectangular cross-section of the nozzle cavity along the gas flow, docked with the subsonic part in its outlet section and having upper, lower and vertical walls and rotary flaps, hinged on the upper and lower walls of the housing with hinge axes located in the planes of these walls, to change the direction of gas flow and the flow area of the cavity of the supersonic part of the nozzle, different in that the upper and lower walls of the supersonic part are installed at an angle to the axis of the nozzle and are equipped with cutouts, each of which houses each of the rotary flaps, each rotary flap is equipped with two vertical partitions located on the side edges of the flaps on the side opposite to the nozzle cavity, and associated with the side edges of the jumpers between the cutouts in the walls, and the cutouts in the upper and lower walls are made in a checkerboard pattern and are equal in width to the width of the jumpers between them (Utility model patent RU No. 156534 U1, IPC F02K 1/12; publ. 10.11.2015).

На режиме взлета и посадки соседние створки верхнего ряда, синхронно со створками нижнего ряда, отклоняются в шахматном порядке (в противоположные стороны). Отклоняемые створки верхнего и нижнего рядов выполнены с боковыми продольными перегородками, что препятствует боковому перетеканию наружного воздуха под створку в область разрежения, ухудшающего смешение высоконапорной струи с наружным воздухом и, как следствие, эффективность шумоглушения. На режиме крейсерского полета все створки верхнего и нижнего рядов отклонены на одинаковые углы, создавая оптимальную степень расширения струи. Верхняя и нижняя стенки выходной части установлены под углом к оси сопла и снабжены вырезами, в каждом из которых размещена одна из поворотных створок, каждая поворотная створка снабжена двумя вертикальными перегородками, расположенными на боковых кромках створок со стороны, противоположной полости сопла, и сопряженными с боковыми кромками перемычек между вырезами в стенках, причем вырезы в верхней и нижней стенках выполнены в шахматном порядке и по ширине равны ширине перемычек между ними. Такое исполнение выхлопного сопла позволяет уменьшить тепловую напряженность деталей сопла, в частности вертикальных стенок, разделяющих выходное сечение сопла на отдельные секции, поскольку все детали сопла на всех режимах работы эффективно охлаждаются встречным потоком воздуха.During takeoff and landing mode, adjacent flaps of the upper row, synchronously with the flaps of the lower row, are deflected in a checkerboard pattern (in opposite directions). The deflectable flaps of the upper and lower rows are made with lateral longitudinal partitions, which prevents the lateral flow of outside air under the flap into the vacuum region, which impairs the mixing of the high-pressure jet with the outside air and, as a consequence, the effectiveness of noise attenuation. In cruising flight mode, all doors of the upper and lower rows are deflected at the same angles, creating an optimal degree of jet expansion. The upper and lower walls of the outlet part are installed at an angle to the axis of the nozzle and are equipped with cutouts, in each of which one of the rotary flaps is placed, each rotary flap is equipped with two vertical partitions located on the side edges of the flaps on the side opposite to the nozzle cavity, and coupled with the side the edges of the jumpers between the cutouts in the walls, and the cutouts in the upper and lower walls are made in a checkerboard pattern and are equal in width to the width of the jumpers between them. This design of the exhaust nozzle makes it possible to reduce the thermal stress of the nozzle parts, in particular the vertical walls dividing the nozzle exit section into separate sections, since all nozzle parts in all operating modes are effectively cooled by the oncoming air flow.

Недостатками этого решения являются выступающие во внешнюю область сопла боковые перегородки, приводящие к увеличению аэродинамического сопротивления, а также отсутствие экранирования зоны смешения высоконапорной струи, являющейся основным источником шума на режимах взлета/посадки.The disadvantages of this solution are the side partitions protruding into the outer area of the nozzle, leading to an increase in aerodynamic drag, as well as the lack of shielding of the high-pressure jet mixing zone, which is the main source of noise during takeoff/landing modes.

Известно шумоглушащее сопло воздушно-реактивного двигателя, содержащее дозвуковую и сверхзвуковую части с прямоугольной формой критического сечения сопла, расположенные в сверхзвуковой части верхние и нижние ряды отклоняемых по управляющему сигналу шумоглушения створок, отличающееся тем, что сверхзвуковая часть сопла продлена по потоку посредством нижней и боковых стенок с увеличением по потоку площади поперечного сечения, а также дополнительно содержит эжектор подачи наружного воздуха в сверхзвуковую часть сопла через выходные отверстия под нижним рядом створок (Патент на изобретение RU №2732360; МПК: F02K 1/00, F02K 1/06, F02K 1/12, F02K 1/36, F02K 1/46; опубл. 15.09.2020).A noise-attenuating nozzle of an air-jet engine is known, containing subsonic and supersonic parts with a rectangular critical section of the nozzle, upper and lower rows of flaps located in the supersonic part, deflected by a noise-attenuating control signal, characterized in that the supersonic part of the nozzle is extended downstream by means of the lower and side walls with an increase in cross-sectional area along the flow, and also additionally contains an ejector for supplying external air to the supersonic part of the nozzle through the outlet openings under the lower row of flaps (Patent for invention RU No. 2732360; IPC: F02K 1/00, F02K 1/06, F02K 1/ 12, F02K 1/36, F02K 1/46; published 09.15.2020).

В известном сопле управление створками осуществляется в автоматическом режиме системой управления, которая на режимах, требующих шумоглушения (взлет-посадка), подает управляющий сигнал шумоглушения, в соответствии с которым створки устанавливаются в требуемое положение, при этом разница углов отклонения соседних створок верхнего ряда составляет 5...20°, а отклонение происходит синхронно с расположенными под ними створками нижнего ряда.In the known nozzle, the flaps are controlled automatically by a control system, which, in modes requiring noise attenuation (takeoff and landing), supplies a noise attenuation control signal, according to which the flaps are installed in the required position, while the difference in the deflection angles of adjacent flaps of the upper row is 5 ...20°, and the deflection occurs synchronously with the lower row doors located underneath them.

Недостатком сопла является то, что оно представляет собой сопло одностороннего расширения, что приведет к созданию крутящего момента в продольном направлении и неизбежно усложнит управление летательным аппаратом, кроме того, поскольку нижняя и боковые стенки сопла существуют и на сверхзвуковом режиме полета, это создаст дополнительное сопротивление.The disadvantage of the nozzle is that it is a one-way expansion nozzle, which will lead to the creation of a torque in the longitudinal direction and will inevitably complicate the control of the aircraft, in addition, since the lower and side walls of the nozzle also exist in supersonic flight mode, this will create additional drag.

Прототипом изобретения является Выходное устройство используемое для снижения шума реактивного двигателя, содержащее обечайку, пристыковываемую к кормовой части обтекателя ТРД, выполненную с возможностью осевого перемещения, и внутреннее сопло, содержащее входной срез, жестко закрепляемый к корпусу ТРД в месте выхода реактивного потока, выходной срез, расположенный относительно входного по ходу потока и корпус внутреннего сопла, расположенного между ними (Патентный документ US 2002092948 (А1); МПК B64D 33/02, F02K 1/46, B64D 29/00; опубл. 18. 07. 2002).The prototype of the invention is an output device used to reduce the noise of a jet engine, containing a shell docked to the aft part of the turbojet engine fairing, made with the possibility of axial movement, and an internal nozzle containing an inlet section, rigidly attached to the turbojet engine body at the point where the jet flow exits, the outlet section, located relative to the inlet along the flow and the body of the internal nozzle located between them (Patent document US 2002092948 (A1); IPC B64D 33/02, F02K 1/46, B64D 29/00; publ. 07/18/2002).

В случае необходимости снижения уровня шума, создаваемого ТРД, обечайка перемещается в осевом направлении, образуя щель между ней и обтекателем, при этом эжектируемый через нее внешний воздух, смешивается с потоком газовоздушной смеси, исходящей из внешнего среза внутреннего сопла, уменьшая скорость потока и, тем самым, уменьшая уровень создаваемого акустического шума.If it is necessary to reduce the noise level created by the turbojet engine, the shell moves in the axial direction, forming a gap between it and the fairing, while the external air ejected through it mixes with the flow of the gas-air mixture emanating from the outer cut of the internal nozzle, reducing the flow speed and, therefore, thereby reducing the level of generated acoustic noise.

Недостатком прототипа является то, что при режимах движения по аэродрому, взлет или посадка, из-за небольшой скорости самолета, количество эжектированного воздуха будет не велико, что не позволит снизить скорость газовоздушной смеси из внешнего среза внутреннего сопла и глушение уровня создаваемого акустического шума будет недостаточным.The disadvantage of the prototype is that in modes of movement around the airfield, takeoff or landing, due to the low speed of the aircraft, the amount of ejected air will not be large, which will not allow reducing the speed of the gas-air mixture from the outer cut of the internal nozzle and the damping of the level of generated acoustic noise will be insufficient .

Технической задачей, решаемой при создании изобретения, являлось создание выходного устройства реактивного потока из ТРД, обеспечивающего возможность снижения создаваемого двигателем уровня акустического шума при соответствующих требованиях к режиму его работы.The technical problem solved when creating the invention was the creation of a jet flow output device from a turbojet engine, providing the ability to reduce the level of acoustic noise created by the engine with appropriate requirements for its operating mode.

Решением задачи является техническое решение, представляющее сущность изобретения: выходное устройство для турбореактивного двигателя (ТРД), содержащее обечайку, пристыковываемую к кормовой части обтекателя ТРД, выполненную с возможностью осевого перемещения, и внутреннее сопло, содержащее входной срез, жестко закрепляемый к корпусу ТРД в месте выхода реактивного потока, выходной срез, расположенный относительно входного по ходу потока, и корпус внутреннего сопла, расположенного между ними, при этом корпус внутреннего сопла выполнен из сегментов, сомкнутых друг к другу боковыми поверхностями, с возможностью перемещения всех или части этих сегментов для образования щелей между смежными боковыми поверхностями соответственно.The solution to the problem is a technical solution that represents the essence of the invention: an output device for a turbojet engine (TRE), containing a shell, docked to the rear part of the turbojet fairing, made with the possibility of axial movement, and an internal nozzle containing an inlet section, rigidly attached to the body of the turbojet engine in place the outlet of the jet stream, the outlet section located relative to the inlet along the flow direction, and the body of the internal nozzle located between them, wherein the body of the internal nozzle is made of segments connected to each other by side surfaces, with the possibility of moving all or part of these segments to form cracks between adjacent side surfaces, respectively.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения является возможность снижение создаваемого двигателем уровня акустического шума при соответствующим требовании к режиму его работы.The technical result achieved by implementing the invention is the ability to reduce the level of acoustic noise created by the engine with appropriate requirements for its operating mode.

В частных случаях исполнения:In special cases of execution:

- для оптимизации кинематической схемы при образовании щелей, внутреннее сопло может быть выполнено с возможностью радиального перемещения торцов подвижных сегментов, расположенных у выходного среза, относительно оси внутреннего сопла;- to optimize the kinematic scheme during the formation of cracks, the internal nozzle can be made with the possibility of radial movement of the ends of the movable segments located at the outlet cut relative to the axis of the internal nozzle;

- для повышения жесткости конструкции, в случае возможности перемещения части из сегментов корпуса, торцы не перемещаемых сегментов корпуса внутреннего сопла, расположенных у выходного среза, могут быть жестко связаны друг с другом;- to increase the rigidity of the structure, if it is possible to move a part from the body segments, the ends of the non-movable segments of the internal nozzle body, located at the outlet, can be rigidly connected to each other;

- для ускорения скорости потока из выходного среза сопла, при крейсерском режиме работы ТРД, площадь входного среза внутреннего сопла может быть больше площади выходного среза, при этом, для оптимизации технологичности выполнения конструкции, корпус внутреннего сопла может быть выполнен в виде усеченного конуса;- to accelerate the flow velocity from the nozzle outlet, during the cruising mode of operation of the turbojet engine, the area of the inlet section of the internal nozzle can be greater than the area of the outlet section, while, to optimize the manufacturability of the design, the body of the internal nozzle can be made in the form of a truncated cone;

- для формирования направления вектора смешанного реактивного потока при перемещении обечайки в крайнее положение, выходной срез обечайки может быть расположен дальше по течению реактивного потока, чем выходной срез внутреннего сопла.- to form the direction of the vector of the mixed reactive flow when the shell moves to its extreme position, the outlet section of the shell can be located further downstream of the jet flow than the outlet section of the internal nozzle.

При раскрытии сущности изобретения используются следующие графические материалы:When disclosing the essence of the invention, the following graphic materials are used:

Фиг. 1 - Фрагмент ТРД с установленным выходным устройством при режиме крейсерского полета, изометрическое изображение (частный случай исполнения внутреннего сопла в виде усеченного конуса);Fig. 1 - Fragment of a turbojet engine with an installed output device during cruising flight mode, isometric image (a special case of an internal nozzle in the form of a truncated cone);

Фиг. 2 - Фрагмент ТРД с установленным выходным устройством при работе ТРД в режиме снижения уровня создаваемого акустического шума, изометрическое изображение (частный случай исполнения внутреннего сопла в виде усеченного конуса и возможностью перемещения всех сегментов);Fig. 2 - Fragment of a turbojet engine with an installed output device when the turbojet engine is operating in the mode of reducing the level of generated acoustic noise, isometric image (a special case of the design of the internal nozzle in the form of a truncated cone and the ability to move all segments);

Фиг. 3 - Фрагмент ТРД с установленным выходным устройством при работе ТРД в режиме снижения уровня создаваемого акустического шума, изометрическое изображение (частный случай исполнения внутреннего сопла в виде усеченного конуса и возможностью перемещения части сегментов);Fig. 3 - Fragment of a turbojet engine with an installed output device when the turbojet engine is operating in the mode of reducing the level of generated acoustic noise, isometric image (a special case of an internal nozzle in the form of a truncated cone and the ability to move part of the segments);

Фиг. 4 - Осевое сечение Фиг. 1 - схема образования реактивной струи ТРД при работе выходного устройства в штатном режиме крейсерского полета;Fig. 4 - Axial section Fig. 1 - diagram of the formation of a jet stream of a turbojet engine when the output device is operating in normal cruising flight mode;

Фиг. 5 - Осевое сечение Фиг. 2 или Фиг. 3 - схема образования реактивной струи ТРД при работе выходного устройства в режиме снижения уровня создаваемого акустического шума.Fig. 5 - Axial section Fig. 2 or Fig. 3 - diagram of the formation of a jet jet of a turbojet engine when the output device operates in the mode of reducing the level of generated acoustic noise.

Изобретение относится ко всем видам турбореактивных двигателей (ТРД), в которых в процессе работы создается реактивный поток, являющийся движителем транспортного средства, в том числе к двухконтурным и т.п. The invention relates to all types of turbojet engines (TRD), in which during operation a jet stream is created, which is the propulsion device of the vehicle, including double-circuit engines, etc.

Выходное устройство турбореактивного двигателя содержит обечайку 1 и внутреннее сопло 2 (Фиг. 1-3).The output device of the turbojet engine contains a shell 1 and an internal nozzle 2 (Fig. 1-3).

Обечайка 1 пристыковывается к кормовой части 15 обтекателя 16, например гондолы, ТРД 14 по потоку 18 реактивной струи из ТРД (Фиг. 1).The shell 1 is docked to the aft part 15 of the fairing 16, for example a nacelle, of the turbojet engine 14 along the jet stream 18 from the turbojet engine (Fig. 1).

Пристыковка осуществляется с возможностью осевого прямолинейного перемещения обечайки 1, по оси потока реактивной струи 18, относительно обтекателя 16 с образованием щели 19 между торцом обечайки и кормовой частью 15 обтекателя соответственно.The docking is carried out with the possibility of axial rectilinear movement of the shell 1, along the axis of the jet stream flow 18, relative to the fairing 16 with the formation of a gap 19 between the end of the shell and the rear part 15 of the fairing, respectively.

Перемещение обечайки может быть осуществлено с помощью управляемого механизма 20 с электро-, пневмо- или гидроприводом, закрепленного на корпусах обтекателя 16 и обечайки 1.The shell can be moved using a controlled mechanism 20 with an electric, pneumatic or hydraulic drive, mounted on the housings of the fairing 16 and the shell 1.

Внутреннее сопло 2, содержит входной срез 3 и выходной срез 4. Срезы представляют собой контуры корпуса сопла по его отверстиям, через которые реактивный поток (реактивная струя) из ТРД входит во внутреннее сопло и, преобразованный, выходит из него в виде реактивной струи при работе ТРД в штатном режиме крейсерского полета.The internal nozzle 2 contains an input slice 3 and an output slice 4. The slices represent the contours of the nozzle body along its holes, through which the jet stream (jet stream) from the turbojet engine enters the internal nozzle and, transformed, exits it in the form of a jet stream during operation Turbojet engine in normal cruising flight mode.

При монтаже, входной срез 3 жестко закрепляется к корпусу ТРД 14, например болтовыми соединениями, в месте выхода 17 реактивного потока 18 из ТРД, а выходной срез 4 располагается по ходу потока относительно входного.During installation, the input section 3 is rigidly fixed to the body of the turbojet engine 14, for example, with bolted connections, at the point of exit 17 of the jet stream 18 from the turbojet engine, and the output section 4 is located along the flow direction relative to the input one.

Между входным срезом 3 и выходным срезом 4 расположен корпус 5 внутреннего сопла.Between the inlet section 3 and the outlet section 4 there is a body 5 of the internal nozzle.

Корпус внутреннего сопла 5 выполнен из сегментов 6, Сегменты сомкнуты друг к другу боковыми поверхностями 7. При этом обеспечивается возможность перемещения всех или части этих сегментов с образованием щелей 8 между смежными боковыми поверхностями 7, соответственно. Перемещение подвижных сегментов может быть осуществлено посредством их шарнирного соединения с ТРД с помощью управляемых механизмов 21 с электро-, пневмо- или гидроприводом, закрепленных на внешних поверхностях этих сегментов 16 и корпусе ТРД.The body of the internal nozzle 5 is made of segments 6. The segments are closed to each other by side surfaces 7. This makes it possible to move all or part of these segments to form gaps 8 between adjacent side surfaces 7, respectively. The movement of the movable segments can be carried out by means of their articulated connection with the turbojet engine using controlled mechanisms 21 with an electric, pneumatic or hydraulic drive, mounted on the outer surfaces of these segments 16 and the turbojet engine body.

Для оптимизации кинематической схемы при образовании щелей, внутреннее сопло может быть выполнено с возможностью радиального перемещения торцов 11 подвижных сегментов 6, расположенных у выходного среза 4, относительно оси 10 внутреннего сопла.To optimize the kinematic diagram during the formation of cracks, the internal nozzle can be made with the possibility of radial movement of the ends 11 of the movable segments 6 located at the outlet cut 4 relative to the axis 10 of the internal nozzle.

Для повышения жесткости конструкции, в случае возможности перемещения части из сегментов 6 корпуса 5, торцы 12 не перемещаемых сегментов 6 корпуса 5 внутреннего сопла 2, расположенных у выходного среза 4, могут быть жестко связаны друг с другом 12, например, жестко закрепленным на них ободом 13 (Фиг. 3).To increase the rigidity of the structure, if it is possible to move parts of the segments 6 of the body 5, the ends 12 of the non-movable segments 6 of the body 5 of the internal nozzle 2, located at the outlet 4, can be rigidly connected to each other 12, for example, by a rim rigidly fixed to them 13 (Fig. 3).

Выходное устройство работает следующим образом.The output device works as follows.

При штатном - крейсерском режиме работы ТРД обечайка 1 пристыкована к кормовой части 15 обтекателя 16 ТРД, образуя с ним целостную (без щели) внешнюю поверхность, сегменты 6 внутреннего сопла 2, сомкнуты друг с другом смежными боковыми поверхностями 7, образуя целостную (без щелей) поверхность бокового корпуса 5.During the normal - cruising mode of operation of the turbojet engine, the shell 1 is docked to the aft part 15 of the fairing 16 of the turbojet engine, forming with it an integral (without gaps) outer surface, segments 6 of the internal nozzle 2 are closed to each other by adjacent side surfaces 7, forming an integral (without gaps) surface of the side housing 5.

Реактивный поток 18 поступает из ТРД во входной срез 3 внутреннего сопла, проходит внутри полости 23 ограниченной сомкнутыми сегментами 6 выходя из выходного среза 4, при его обтекании среза внутреннего сопла - расширяется в области 24, в областях прилегающих к его контуру и смешивается с воздухом 25 из эжекторного контура 9 образованного внешней поверхностью ТРД и смежной поверхностью обтекателя. При смешении потоков образуется «жидкая стенка» и наступает автомодельный режим течения сопла. (Фиг. 4). В результате образуется свободная струя, которая присоединяется к обечайке. Вследствие вязкости на границе свободной струи развивается турбулентный слой смешения 26, в который вовлекается некоторое количество эжекторного воздуха из рециркуляционной зоны 27. В этой зоне и на большей части поверхности свободной струи устанавливается всюду одинаковое давление. Лишь в области присоединения потока к обечайке создается местное увеличение статического давления, вызванное сжатием газа в скачке уплотнения. Для уменьшения потерь, связанных с турбулентным слоем смешения 26 и со скачком уплотнения, увеличивают подачу эжекторного воздуха 25 и подбирают оптимальную длину обечайки, чтобы место присоединения потока к обечайке было максимально близко к ее выходному срезу 22, а также, для уменьшения интенсивности скачка, так как в ином случае будут увеличенные потери из-за нарастания пограничного слоя и потерь в дополнительных скачках уплотнения. После среза обечайки смешанный поток истекает наружу в виде реактивной струи 28.The jet stream 18 enters from the turbojet engine into the inlet section 3 of the internal nozzle, passes inside the cavity 23 limited by closed segments 6, leaving the outlet section 4, when it flows around the section of the internal nozzle, it expands in the area 24, in areas adjacent to its contour and mixes with air 25 from the ejector circuit 9 formed by the outer surface of the turbojet engine and the adjacent surface of the fairing. When the flows mix, a “liquid wall” is formed and a self-similar nozzle flow regime occurs. (Fig. 4). As a result, a free jet is formed, which is attached to the shell. Due to viscosity, a turbulent mixing layer 26 develops at the boundary of the free jet, into which a certain amount of ejector air from the recirculation zone 27 is drawn in. In this zone and on most of the surface of the free jet, the same pressure is established everywhere. Only in the area where the flow attaches to the shell is a local increase in static pressure caused by gas compression in the shock wave. To reduce losses associated with the turbulent mixing layer 26 and the shock wave, the supply of ejector air 25 is increased and the optimal length of the shell is selected so that the point where the flow joins the shell is as close as possible to its outlet section 22, and also to reduce the intensity of the shock, so as otherwise there will be increased losses due to the growth of the boundary layer and losses in additional shock waves. After the shell is cut, the mixed flow flows out in the form of a jet stream 28.

Для ускорения скорости реактивного потока из выходного среза 4 внутреннего сопла, при крейсерском режиме работы ТРД, площадь входного среза 3 внутреннего 2 сопла может быть больше площади выходного среза 4.To accelerate the speed of the jet flow from the output section 4 of the internal nozzle, during the cruising mode of operation of the turbojet engine, the area of the input section 3 of the internal 2 nozzle can be greater than the area of the output section 4.

Так же, с учетом оптимизации технологичности выполнения конструкции корпуса внутреннего сопла 2, может быть выполнен в виде усеченного конуса (при сомкнутых сегментах 6 соответственно (Фиг. 1).Also, taking into account the optimization of the manufacturability of the design of the body of the internal nozzle 2, it can be made in the form of a truncated cone (with closed segments 6, respectively (Fig. 1).

В случае необходимости снижения уровня создаваемого ТРД акустического шума, обечайка 1 перемещается относительно кормовой части 15 обтекателя 16 ВРД, в крайнее положение, образуя щель 19 между торцом обечайки и кормовой частью 15 обтекателя (Фиг. 2, 3).If it is necessary to reduce the level of acoustic noise created by the turbojet engine, the shell 1 moves relative to the aft part 15 of the fairing 16 of the jet engine, to the extreme position, forming a gap 19 between the end of the shell and the aft part 15 of the fairing (Fig. 2, 3).

Сегменты 6 внутреннего сопла 2, перемещаясь, размыкаются, в результате чего образуются щели 8 между смежными боковыми поверхностями 7 соответственно.Segments 6 of the internal nozzle 2, moving, open, resulting in the formation of gaps 8 between adjacent side surfaces 7, respectively.

Наличие разрыва контура приводит к возникновению трех различных режимов течения в эжектронных соплах, определяемых величиной степени понижения давления в сопле πС. В начале образуется отрывной режим, когда границы реактивной струи, истекающей из внутреннего контура, находятся достаточно далеко от внутренней поверхности обечайки. На этом режиме относительное давление в эжекторном контуре сопла и потери тяги достаточно слабо изменяются при изменении πС. На этом режиме эжекторный контур сообщается с окружающей средой (атмосферой). Конец отрывного режима и начало переходного режима сопровождается началом резкого снижения давления в эжекторном контуре и ростом потерь тяги. При этом максимальное падение давления и пик потерь тяги соответствует моменту касания слоя смешения реактивной струи кромки обечайки. Этот момент характеризует конец переходного и начало автомодельного режима и называется моментном запуска сопла. В зависимости от геометрии переходный режим может иметь место в очень узком диапазоне изменения πС. При дальнейшем увеличении πС наступает автомодельный режим течения, когда давление в эжекторном контуре перестает зависеть от давления окружающей среды. Потери тяги при этом изменяются также, как и потери обычных сверхзвуковых сопел с жестким контуром, то есть соответствуют режимам перерасширения, расчетному и недорасширения.The presence of a discontinuity in the contour leads to the emergence of three different flow regimes in the ejectron nozzles, determined by the degree of pressure reduction in the nozzle π C. At the beginning, a separation regime is formed when the boundaries of the jet stream flowing from the internal contour are sufficiently far from the inner surface of the shell. In this mode, the relative pressure in the ejector contour of the nozzle and the thrust loss change quite slightly with a change in π C. In this mode, the ejector circuit communicates with the environment (atmosphere). The end of the separation mode and the beginning of the transition mode is accompanied by the beginning of a sharp decrease in pressure in the ejector circuit and an increase in thrust losses. In this case, the maximum pressure drop and the peak of thrust losses correspond to the moment the mixing layer of the jet stream touches the edge of the shell. This moment characterizes the end of the transition and the beginning of the self-similar regime and is called the nozzle launch moment. Depending on the geometry, the transition regime can occur in a very narrow range of changes in π C. With a further increase in π C , a self-similar flow regime occurs when the pressure in the ejector circuit ceases to depend on the ambient pressure. In this case, the thrust losses change in the same way as the losses of conventional supersonic nozzles with a rigid contour, that is, they correspond to the overexpansion, design and underexpansion modes.

Реактивный поток 18 поступает из двигателя во входной срез 3 внутреннего сопла, происходит разделение основного потока за счет открытых щелей, подсос воздуха из внешней атмосферы 29 за счет отодвинутой обечайки. Из-за разбиения основного потока и смешения его с внешним воздухом в области 30 между входным срезом сопла 3 и торцами сегментов происходит снижение скорости реактивной струи (Фиг. 5).The jet flow 18 enters from the engine into the inlet section 3 of the internal nozzle, the main flow is separated due to open slits, and air is sucked in from the external atmosphere 29 due to the retracted shell. Due to the splitting of the main flow and mixing it with external air in the area 30 between the inlet section of the nozzle 3 and the ends of the segments, the speed of the jet stream decreases (Fig. 5).

Многочисленные струи основного газового потока от двигателя втягивают поток эжектируемого воздуха под обечайку и интенсивно смешиваются с ним, выравнивая поступательный импульс, после чего смешанный поток реактивной струи 31 истекает через срез обечайки со сниженной скоростью.Numerous jets of the main gas flow from the engine draw the flow of ejected air under the shell and intensively mix with it, leveling the forward momentum, after which the mixed flow of the jet stream 31 flows out through the cut of the shell at a reduced speed.

Для формирования направления вектора смешанного потока при перемещении обечайки 1 в крайнее положение, выходной срез 22 обечайки 1 может быть расположен дальше по течению реактивного потока, чем выходной срез 4 внутреннего сопла (учитывая, что при любых перемещениях сегментов, их торцы не выходят за контур, ограниченный выходным срезом в сомкнутом положении).To form the direction of the mixed flow vector when moving the shell 1 to its extreme position, the outlet section 22 of the shell 1 can be located further downstream of the jet flow than the outlet section 4 of the internal nozzle (taking into account that during any movements of the segments, their ends do not go beyond the contour, limited by the exit cut in the closed position).

При разных температурах вторичного (эжектируемого) 29 и первичного (основного) 18 потоков, необходимо равенство отношения приведенных расходов воздуха, что оценивается по формулеAt different temperatures of the secondary (ejected) 29 and primary (main) 18 flows, the ratio of the reduced air flow rates must be equal, which is estimated by the formula

где:Where:

индекс «2» - контур эжектируемого воздуха;index “2” - ejected air circuit;

индекс «1» - основной поток;index “1” - main thread;

- коэффициент эжекции; - ejection coefficient;

- приведенный коэффициент эжекции; - reduced ejection coefficient;

- относительное полное давление во вторичном потоке. - relative total pressure in the secondary flow.

Акустическая мощность струи W в соответствии с теорией Лайтхилла производится по газодинамическим и геометрическим параметрам струи в выходном сечении реактивного сопла.The acoustic power of the jet W, in accordance with the Lighthill theory, is produced according to the gas-dynamic and geometric parameters of the jet in the outlet section of the jet nozzle.

Наилучшее совпадение расчетных данных с экспериментальными для холодных и горячих струй наблюдается при вычислении W по формуле 1:The best agreement between the calculated data and the experimental data for cold and hot jets is observed when calculating W using formula 1:

где - коэффициент пропорциональности, который равен:Where - proportionality coefficient, which is equal to:

- скорость и плотность струи в выходном сечении сопла; - speed and density of the jet at the nozzle exit section;

- скорость полета; - flight speed;

- площадь выходного сечения сопла; - area of the nozzle exit section;

- скорость звука в окружающей среде. - speed of sound in the environment.

Как видно из формулы акустической мощности струи, со снижением скорости истечения из сопла данная мощность падает.As can be seen from the formula for the acoustic power of the jet, with a decrease in the speed of exhaust from the nozzle, this power decreases.

Максимальный уровень шума, создаваемый двигателями самолета в статических условиях или при его разбеге, определяется зависимостью:The maximum noise level created by aircraft engines in static conditions or during its take-off run is determined by the relationship:

где - излучаемая одним двигателем акустическая мощность, Вт;Where - acoustic power emitted by one engine, W;

- расстояние от точки прослушивания до самолета в направлении максимального излучения; - distance from the listening point to the aircraft in the direction of maximum radiation;

- коэффициент, учитывающий поверхность распространения шума; - coefficient taking into account the surface of noise propagation;

- фактор направленности; - directional factor;

- коэффициент, учитывающий дополнительное ослабление шума по суммарному уровню, при его распространении вдоль земной поверхности; - coefficient that takes into account the additional attenuation of noise at the total level as it propagates along the earth's surface;

- коэффициент, учитывающий количество и взаимное расположение двигателей на самолете. - coefficient taking into account the number and relative position of engines on the aircraft.

Ранее было сказано, что со снижением скорости истечения из сопла падает акустическая мощность. Как видно из формулы выше, с падением акустической мощности падает максимальный уровень шума, создаваемый при работе выходного устройства в режиме снижения уровня создаваемого ТРД акустического шума.It was said earlier that with a decrease in the flow rate from the nozzle, the acoustic power decreases. As can be seen from the formula above, with a decrease in acoustic power, the maximum noise level created when the output device operates in the mode of reducing the level of acoustic noise created by the turbojet engine decreases.

Таким образом, обеспечивается достижение технического результата - возможность снижения создаваемого двигателем уровня акустического шума при соответствующем требовании к режиму его работы, например, при движении по аэродрому, взлете или посадке.Thus, the achievement of a technical result is ensured - the ability to reduce the level of acoustic noise created by the engine with the corresponding requirements for its operating mode, for example, when moving along an airfield, takeoff or landing.

Claims (6)

1. Выходное устройство турбореактивного двигателя (ТРД) содержит обечайку, пристыковываемую к кормовой части обтекателя ТРД, выполненную с возможностью осевого перемещения, и внутреннее сопло, содержащее входной срез, жестко закрепляемый к корпусу ТРД в месте выхода реактивного потока, выходной срез и корпус внутреннего сопла, расположенного между ними, отличающееся тем, что корпус внутреннего сопла выполнен из сегментов, сомкнутых друг к другу боковыми поверхностями, с возможностью перемещения всех или части этих сегментов для образования щелей между смежными боковыми поверхностями соответственно.1. The output device of a turbojet engine (TRE) contains a shell, docked to the rear part of the turbojet fairing, made with the possibility of axial movement, and an internal nozzle containing an inlet section, rigidly attached to the turbojet engine body at the point of exit of the jet flow, an outlet section and the body of the internal nozzle , located between them, characterized in that the body of the internal nozzle is made of segments, closed to each other by side surfaces, with the possibility of moving all or part of these segments to form gaps between adjacent side surfaces, respectively. 2. Выходное устройство ТРД по п. 1, в котором обеспечивается возможность радиального перемещения относительно оси внутреннего сопла торцов подвижных сегментов корпуса внутреннего сопла, расположенных у выходного среза.2. The output device of the turbojet engine according to claim 1, which provides the possibility of radial movement relative to the axis of the internal nozzle of the ends of the movable segments of the internal nozzle body located at the outlet. 3. Выходное устройство ТРД по п. 1 или 2, в котором, в случае возможности перемещения части из сегментов корпуса, торцы не перемещаемых сегментов корпуса внутреннего сопла, расположенных у выходного среза, жестко связаны друг с другом.3. The exhaust device of the turbojet engine according to claim 1 or 2, in which, if it is possible to move a part from the body segments, the ends of the non-movable segments of the internal nozzle body, located at the outlet, are rigidly connected to each other. 4. Выходное устройство ТРД по п. 1, в котором площадь входного среза внутреннего сопла больше площади выходного среза.4. The output device of a turbojet engine according to claim 1, in which the area of the inlet section of the internal nozzle is greater than the area of the outlet section. 5. Выходное устройство ТРД по п. 4, в котором корпус внутреннего сопла выполнен в виде усеченного конуса.5. The output device of the turbojet engine according to claim 4, in which the body of the internal nozzle is made in the form of a truncated cone. 6. Выходное устройство ТРД по п. 1, в котором при перемещении обечайки в крайнее положение, выходной срез обечайки расположен дальше по течению реактивного потока, чем выходной срез внутреннего сопла.6. The output device of a turbojet engine according to claim 1, in which when the shell moves to its extreme position, the outlet section of the shell is located further downstream of the jet flow than the outlet section of the internal nozzle.
RU2023103163A 2023-02-13 Output device of a turbojet engine RU2807307C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807307C1 true RU2807307C1 (en) 2023-11-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3598318A (en) * 1970-04-10 1971-08-10 Boeing Co Movable acoustic splitter for nozzle area control and thrust reversal
US3875742A (en) * 1972-03-21 1975-04-08 Rolls Royce 1971 Ltd Gas turbine ducted fan engine
RU2296875C2 (en) * 2005-03-05 2007-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method of deflection of thrust vector of air-jet engine
RU2313680C2 (en) * 2006-02-09 2007-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Silencing nozzle of air-jet engine (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3598318A (en) * 1970-04-10 1971-08-10 Boeing Co Movable acoustic splitter for nozzle area control and thrust reversal
US3875742A (en) * 1972-03-21 1975-04-08 Rolls Royce 1971 Ltd Gas turbine ducted fan engine
RU2296875C2 (en) * 2005-03-05 2007-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method of deflection of thrust vector of air-jet engine
RU2313680C2 (en) * 2006-02-09 2007-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Silencing nozzle of air-jet engine (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102586347B1 (en) fluid propulsion system
US7472543B2 (en) Jet engine noise suppressor
US5826794A (en) Aircraft scoop ejector nozzle
JP5241215B2 (en) Passive guidance system and method for aircraft engine nozzle fluids
EP1438494B1 (en) Confluent variable exhaust nozzle
US8596037B2 (en) Nacelle with a displacement device for aircraft jet engine and aircraft including such nacelle
US5908159A (en) Aircraft chute ejector nozzle
US8628040B2 (en) Aircraft configuration
WO1983003281A1 (en) Internally ventilated noise suppressor with large plug nozzle
US3726091A (en) Sound suppressing apparatus
US20170191447A1 (en) Ultra hush exhaust system (uhes)
CN106321246B (en) Air inlet flow limiter
US11834154B2 (en) Shockwave mitigation system for supersonic aircraft
US9732700B2 (en) Methods and apparatus for passive thrust vectoring and plume deflection
EP2865874B1 (en) Turbofan engine with passive thrust vectoring
EP3001019B1 (en) Methods and apparatus for passive thrust vectoring and plume deflection
RU2670664C9 (en) Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft
RU2807307C1 (en) Output device of a turbojet engine
US11772779B2 (en) Propulsion unit with improved boundary layer ingestion
RU2313680C2 (en) Silencing nozzle of air-jet engine (versions)
RU2153591C2 (en) Planar nozzle with central body
US20220380060A1 (en) Variable mixing nozzle design for jet noise reduction
US20230041941A1 (en) Methods and systems of mitigating high-speed jet noise
Gorbovskoy et al. STUDY OF THE AERODYNAMICS OF A SUPERSONIC NOZZLE WITH A NOISE SUPPRESSION SYSTEM
WO2023055887A2 (en) Retractable chevrons for aircraft nozzles, and associated systems and methods