用于微喷气旋转涡轮发动机的尾锥的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于包括主体的涡轮发动机的后壳体，其产生通过主喷嘴（6）所喷射的主流（10），成形所述后壳体（7）以定位在主体的下游和在涡轮发动机的内侧上界定主喷嘴（6）下游的主流所跟着的通道。尾锥的特征在于它包括与供应加压气体的系统的连接和至少一个穿孔（8），该加压气体通过该穿孔喷射到主流中。壳体优选地包括用于绕着主体的移动部件的转动轴线转动其的至少一个装置。
【专利说明】用于微喷气旋转涡轮发动机的尾锥
[0001]本发明的领域是涡轮机组的领域，并且更特别地是用于降低这些涡轮机组所发出噪音的装置的领域。
[0002]商务客机通常装配有旁路涡流发动机，其包括驱动导管风扇的燃气涡轮发动机，后者通常定位在发动机的上游。发动机所吸入的气团分成主流和次级流，主流流过燃气涡轮机或主转轴，次级流来自于风扇，这两种流是同心的。主流离开风扇，经过主转轴，在这里它再次被压缩，在燃烧室中加热，引导到连续的涡轮机级，然后作为主气流喷射。通过导管风扇级压缩次级或旁路流，然后不用加热，直接地喷射。两种流可以作为两种同心流分开喷射，或者可替代地可以在喷射前，混合在同一个管道中。
[0003]涡轮发动机通常安装在舱室中，配置它以使气动阻力尽可能地低；它包括上游的第一部件，其封装风扇，以及下游第二部件，其形成整流罩以引导次级或旁路流。在其下游部件中的主流在称为主外壳的发动机外壳和圆锥壳体之间被引导，该圆锥壳体在后部封闭发动机和通常称为尾锥。具有主外壳的舱室整流罩构成次级或旁路流的喷射喷气管，而具有尾锥的主外壳构成主流的喷射喷气管。
[0004]降低由于涡轮发动机的喷气所引起的噪音是航空器制造者和发动机设计者一直关注的，并且为此提出各种方案。
[0005]目前所采取的措施之ー是使用百叶板，其安装在发动机的主喷嘴。这种技术目前基本上用在流是分开的发动机上。然而，尽管从声学观点来看，它是相当有效的，但是对巡航飞行的性能具有负面影响。
[0006]エ业上已经设想的另ー种方案是在环绕主流和/或次级旁路流的外売上使用微喷气机，这些微喷气机以圆形方位角分布在外売上，并且在各种入射角度和侧向滑动角度将空气喷射成相应的喷气。然而，对各种装置进行的研究表明使用该性质的控制系统可以获得的声学改进是有限的，可以归因于该外部喷气控制方法缺少影响产生噪音的区域，在这种情况下喷嘴下游的能力的事实。问题是使用位于喷气机外侧上的装置，特别地在主喷嘴外唇区域中的装置，所引入的扰动快速地被层的涡流所同化，其中两种流在该层中混合。这些扰动对涡流发展的影响由此更多来源于混合层的初始条件的变化，而不是来源于对流的下游区域的直接作用，而噪音的主要来源位于这里。
[0007]本发明的目的是通过提出用于降低涡轮发动机的喷气噪音的新装置来克服这些缺陷，其完成的比目前的装置更好，并且在推力方面或在特定的燃料消耗方面不损害这些涡轮喷气发动机的巡航性能。
[0008]为此，本发明的一个主题是用于包括主转轴的涡轮发动机的后壳体，其产生用于由主喷嘴所喷射的主流，所述后壳配置为定位在所述主转轴的下游和在涡轮发动机的内侧上界定主喷嘴下游的所述主流所跟着的通道，其特征在于它包括与加压气体进给系统的连接和至少ー个穿孔，该加压气体通过该穿孔喷射到所述主流中。
[0009]壳体的尾锥上穿孔的存在使得它可以通过改变与主流中获得的静压カ比较的加压气体所喷射的条件，以沿着尾锥产生不稳定流现象，其传遍该尾锥的整个长度和超过它，由此降低主流所产生的喷气噪音。[0010]有利地，以这样一种方式配置穿孔，这样穿过它的喷气与主流的方向呈20和90°之间的角度。这种定向的目的是引起喷气尽可能远地穿透到主流中，并且更好地产生不稳定流现象。
[0011]在一个特定的实施方式中，配置穿孔，这样喷气以与所述壳体的表面呈直角喷射。
[0012]优选地，壳体包括2和8之间数量的穿孔，所述穿孔绕着其周缘均匀地分布。两个的最小数量使它可以在所采用的构造中保持对称性和降低振动产生因素，而等同穿孔直径和喷射速度的过多数量的穿孔具有流出太多空气的缺陷。
[0013]在一个特定的实施方式中，壳体包括用于将它绕着所述主转轴的移动部件的转动轴线转动地安装的至少一个装置。
[0014]转动地安装壳体由于给定平面中喷气通过所引起扰动的改变和持续到该平面中下一个穿孔行进通过为止的平静周期，可以产生不稳定流现象。
[0015]本发明也涉及组件，包括上述壳体和加压气体进给系统，其中设计进给系统的尺寸以给每个穿孔供应小于或等于主流流速0.25%的流速。
[0016]在一个特定的实施方式中，设计穿孔的截面和进给系统尺寸，这样当喷气通过所述穿孔时，它具有至多声速的速度。
[0017]在一个实施方式中，壳体包括用于将它绕着所述主转轴的移动部件的转动轴线转动地安装的至少一个装置，并且加压气体进给系统输送恒定的压力。
[0018]在另一个实施方式中，壳体包括连接装置，用于将其不动地固定于所述主转轴，以及根据时间调节进给系统所输送的压力。
[0019]本发明最后涉及涡轮发动机，其装配有上述的组件。
[0020]在下面，通过参考所附的示意性附图的纯示例性和非限制性实施例所给出的本发明的一个实施方式的解释性详细描述的过程期间，可以更好地理解本发明，并且其目的、细节、特征和优点将更清楚地显而易见。
[0021]在这些图中:
[0022]图1是根据本发明一个实施方式的装配有噪音降低装置的旁路涡轮发动机后部的立体图。
[0023]图2是图1发动机的剖面的示意图；和
[0024]图3是图1涡轮发动机的主转轴的后部的剖面图。
[0025]参考图1，其表示具有高旁路比率的旁路涡轮发动机1，安装在航空器(未示出)的吊架2上。涡轮发动机I包括舱室3，其前部绕着风扇和其后部形成用于次级或旁路流的喷嘴4。涡轮喷气发动机的主转轴封装在连续的壳体中，该壳体终止于主外壳5的下游端，该主外壳分开主流和次级流。在内侧上，主流由尾锥7通过管道输送，该尾锥和主外壳5 —起形成主流喷嘴6。尾锥7钻穿有一系列穿孔8，其绕着在主喷嘴6下游的其周缘均匀地分布。目的是将加压空气的微喷气9喷射到主流中的这些穿孔8以这种方式定向以至于在相对于涡轮机组I的转动轴线的径向平面中进行该喷射。尽管从图1看这不是明显的，使尾锥绕着涡轮机组的转动轴线转动，这样微喷气9的方向不断地被改变。
[0026]图2表示涡轮发动机I的后体。都是圆柱形状的舱室3的下游端和主外壳5通过管道输送次级或旁路流20，而由主外壳5的内面和尾锥7通过管道输送主流10。该图也表示在尾锥7的外壁中所制成的穿孔8，其由未示出的供给系统供给加压空气。尾锥7连接内壳体17，这样尾锥能够转动，该内壳体在主转轴下游部分終止它。
[0027]图3提供了发动机大多数下游部件的详细视图，其中主流10在主外壳5和内壳体17之间通过管道输送。安装尾锥7，这样它可以通过转动装置，诸如齿轮装置、滚动轴承和滑动轴承在该固定的内壳体17上转动，未示出这些转动装置。也提供了用于控制尾锥相对于内壳体17转动的装置(未示出)。该转动装置可以，例如由涡轮发动机的一个轴所驱动的减速齿轮系统组成。
[0028]图3也示意了微喷气9的两个可能的方向，该微喷气喷射到主喷嘴6下游的主流中。在第一种情况中，微喷气相对于涡轮机组的转动轴线径向地定向，并且在第二种情况中，它们的方向与该转动轴线呈20°角度。这两个值之间其它的喷射角度同样地是可能的。在所有的情况中，喷气在这样的方向和具有的动量下喷射，以至于它们深深刺穿到主流中，并且通过立刻与该流混合以沿着尾锥7的壁流动而不扩散。
[0029]现在将描述本发明用于降低涡轮喷气发动机噪音的装置工作的方式。
[0030]所建议的技术主要在于制造中心转轴的部件，在这种情况下，尾锥7转动，并且在于将其装配有两个或多个压缩空气的喷气机，该喷气机以合理的方位角分布在锥体的周缘上和连续地输送该空气。喷气机的连续转动运动由此将不稳定构件引入到喷气机中，因为在给定的径向平面中，喷气的通道在时间顺序上接着是没有扰动的时刻。因此，所获得的流体动力学更接近尾流的流体动力学，而不是混合层的流体动力学。因此，引入到流中的这些扰动可以期望不被混合层的涡流同化的太快，并且在基本上轴向范围，甚或远至可能锥体的端部，維持它们的粘着性质。
[0031]所建议的装置特征也在于其极其简单:
[0032]-其优化相对简单，因为它仅仅涉及有限数量的參数，诸如穿孔8的数量和位置，喷气的输送速率和将要给予尾锥7的转动速度。
[0033]-没有可能进入振动的机械构件，因此改善了装置的可靠性。
[0034]-它只需要少量能量，因为运动时低质量设定。
[0035]-它需要添加仅仅很少数量的部件，因此在机载质量方面降低了成本。
[0036]-它安装在发动机的中心转轴的端部，在有不使用的空间的位置中，在现有技术中尾锥通常是空的。
[0037]-它不需要改变中心转轴的形状，因此不会引入气动力学损失。
[0038]在优选的实施方式中，设计该装置具有下面的特定參数:
[0039]-喷射压缩空气的穿孔8的数量根据锥体7的直径在2和8个之间变化。来源于这些穿孔的微喷气9以方位角均匀地间隔，以维持涡轮喷气发动机后体的几何対称性。这种对称性的考虑可以克服随着转动结构可能出现的ー些振动问题。
[0040]-微喷气刺入主流中的角度可以如图3中所示根据设想的情况，相对于喷气机的轴线在20°和90°之间变化。喷气可以特别地垂直于尾锥7的壁而定向。
[0041]_微喷气9的输送定义为主流的流速的百分比，允许发明适于各种现存涡轮喷气发动机的尺寸。试验后发现这些喷气保持有效的流速，该流速每个穿孔8不超过主喷气的
0.25%百分比。結果，即使锥体7装配有穿孔8，这些穿孔所喷射的和离开压气机的流出空气的流速不会超过主喷气流速的2%。通过不过多地损害其发动机在起飞推力方面的性能，这种流出水平保持了与良好的发动机运行的相容性。起飞阶段以外，并且特别地在巡航飞行期间，由涡轮喷气发动机所产生的噪音问题不会强烈地感觉到，做噪音降低装置从运行移除的准备，这样它不会像在现有技术的系统中一样降低热力学效率或喷气发动机性能。
[0042]-给微喷气进给的喷射系统内压力可以设定在这样的值，以至于微喷气的空气速度至多是声速，就像它通过穿孔8 —样。
[0043]-根据在锥体7上所安装的穿孔8的数量和所采用的喷射压力，穿孔8的尺寸可以从直径0.0lm到0.05m变化。
[0044]-给予锥体7的转动速度依赖于其尺寸，由此依赖于它所安装于其上的发动机尺寸。举例说明，在具有0.76m直径的主外壳5的涡轮喷气发动机上，锥体7在其最宽部分具有0.30的直径，并且以IlOOOrpm的速度被驱动。
[0045]已经描述了具有来自于转动设定的锥体的压缩空气的连续喷射的本发明的装置，这具有产生喷射到主流10中流体的不稳定流的作用，其起点定位在该主流的中心。如前面已经记载的，不稳定的性质来源于在给定平面中扰动的改变，该扰动由于喷气9的通过和持续到该平面中下个穿孔8行进通过的平静周期而引起。可以设想实现相同功能的其它装置，并且这些都落入本发明的上下午范围内。
[0046]举例说明，可以从不连接固定锥体7，但具有压缩空气喷射器的转动环带获得该不稳定的喷射，这将产生相同的作用。通过组织压力的脉冲调制，甚至可以从固定的喷射器或通过不动的尾锥7获得它，该压力施加于通过穿孔8的空气。然后，压力调制将产生期望的不稳定效果和在主流中的动力学效果，后者将产生噪音降低。
【权利要求】
1.一种用于包括主转轴的润轮发动机的后壳体，其产生用于由主喷嘴(6)所喷射的主流(10)，所述后壳体(7)配置为定位在所述主转轴的下游和在涡轮发动机的内侧上界定主喷嘴(6)下游的所述主流所跟着的通道，所述壳体包括与加压气体进给系统的连接和至少一个穿孔(8)，该加压气体通过该穿孔喷射到所述主流中，其特征在于它包括用于绕着所述主转轴的移动部件的转动轴线将其转动地安装的至少一个装置。
2.如权利要求1所述的壳体，其中配置穿孔(8)，这样通过它的喷气(9)与主流(10)的方向呈20和90°之间的角度。
3.如权利要求2所述的壳体，其中配置穿孔(8)，这样喷气(9)以与所述壳体的表面呈直角喷射。
4.如权利要求1至3中之一的壳体，包括2和8个之间的穿孔(8)的数量，所述穿孔绕着它的周缘均匀地分布。
5.如权利要求1所述的壳体，包括用于绕着所述主转轴的移动部件的转动轴线将其转动地安装的至少一个装置。
6.一种组件，包括如权利要求1至5中之一所述的壳体和加压气体进给系统，其中设计进给系统的尺寸以给每个穿孔(8)供应小于或等于主流流速0.25%的流速。
7.如权利要求6所述的组件，其中设计穿孔(8)的截面和进给系统尺寸，这样当喷气(9)通过所述穿孔时，它具有至多声速的速度。
8.—种组件，其包括如权利要求1至7中之一所述的壳体和输送恒定压力的加压气体进给系统。
9.一种涡轮发动机，其装配有如权利要求6至8中之一所述的组件。
【文档编号】F02K3/06GK103597195SQ201280022342
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】亚历山大·阿弗莱德·加斯顿·维勒敏, 马克西姆·凯尼格, 彼得·乔丹, 伊夫斯·格威斯 申请人:斯奈克玛, 国家科学研究中心, 普瓦捷大学, 恩斯玛