涡扇发动机外涵低损失降噪装置及具有其的涡扇发动机的制作方法

1.本发明涉及涡扇发动机技术领域，特别地，涉及一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置。此外，本发明还涉及一种具有涡扇发动机外涵低损失降噪装置的涡扇发动机。


背景技术：

2.为满足适航要求中日益严苛的噪声要求，现代涡扇发动机一般在外涵壁面布置声衬降噪装置，这种降噪装置将发动机外涵光滑的流道壁面替换为流道面一侧为穿孔板的蜂窝夹层结构，利用夹层中的蜂窝空腔，在噪声的传播过程中降低噪声。
3.现有的技术方案由于采用穿孔板替换了光滑的外涵流道壁面，使得外涵流道壁面的粗糙度增大，增大了壁面摩擦阻力，使得发动机外涵总压损失增大，造成发动机推力下降，耗油率增加。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置及具有其的涡扇发动机，以解决现有技术方案使得外涵流道壁面的粗糙度增大，增大了壁面摩擦阻力，使得发动机外涵总压损失增大，造成发动机推力下降，耗油率增加的技术问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置，包括：用于引导冷气流流动的引流装置，及用于降低发动机工作噪声的减阻降噪装置；减阻降噪装置呈中空管状，连接于发动机两段外涵流道之间，以形成外涵流道的组成部分；引流装置设置于外涵流道外，且引流装置的进流端穿设外涵流道的壁面后伸入外涵流道内以引出冷气流，引流装置的出流端连通减阻降噪装置，以使引出的冷气流进入减阻降噪装置，进而在减阻降噪装置的作用下由减阻降噪装置的内壁面射出形成壁面吹气，以降低外涵流道壁面的摩擦阻力，进而减小发动机外涵总压损失。
7.进一步地，引流装置包括用于引出冷气流的引气风斗，及用于输送冷气流的输气管路；引气风斗装设于减阻降噪装置进流端的外涵流道上，且引气风斗的进流端伸入外涵流道内，其相对的出流端连通输气管路；输气管路的出流端连通减阻降噪装置。
8.进一步地，引流装置包括用于引出冷气流的引气风斗、用于引气冷却发动机滑油的滑油散热器或用于引气冷却发动机核心机的预冷器、用于输送冷气流的输气管路；引气风斗装设于减阻降噪装置进流端的外涵流道上，且引气风斗的进流端伸入外涵流道内，其相对的出流端连通滑油散热器或预冷器；滑油散热器或预冷器设置于外涵流道外，且输气管路的进流端连接滑油散热器或预冷器，其相对的出流端连通减阻降噪装置。
9.进一步地，减阻降噪装置包括用于形成内环结构且呈环形的装置内环、呈环形且套装于装置内环外的装置外环、设置于装置外环和装置内环之间且呈蜂窝状的降噪蜂窝环、连接于装置外环上的背腔结构；背腔结构与输气管路连通，以用于汇集冷气流；装置外环和装置内环上均开设有通孔，以供背腔结构中的冷气流依次通过装置外环上的通孔、降
噪蜂窝环及装置内环上的通孔后向外射出形成壁面吹气。
10.进一步地，背腔结构包括多块背腔板，及用于引导冷气流流动的通风管；多块背腔板分别与装置外环的外环面密封连接，以形成用于汇集冷气流的背腔，装置外环上开设的通孔位于背腔内；通风管的进流端连通输气管路，其相对的出流端分别与各背腔连通。
11.进一步地，背腔板呈板状，仅设置于外涵流道的迎风区域内。
12.进一步地，背腔板呈环状，沿减阻降噪装置的轴向依次间隔设置，以形成沿减阻降噪装置轴向依次间隔设置且呈环形的背腔。
13.进一步地，通风管与各背腔的连通处均设有连通口；外涵流道壁面摩擦阻力较大区域的连通口的开口面积大，外涵流道壁面摩擦阻力较小区域的连通口的开口面积小。
14.进一步地，通风管的数量为多根，多根通风管相互连通，且各通风管同时与一个或多个背腔连通；输气管路包括多根输气管，多根输气管的进流端与引气风斗连通，其相对的出流端分别与对应位置的通风管连通。
15.根据本发明的另一方面，还提供了一种涡扇发动机，包括：呈管状设置的内涵流道、位于内涵流道外侧且呈管状设置的外涵流道、连接于外涵流道中如上述中任一项的涡扇发动机外涵低损失降噪装置。
16.本发明具有以下有益效果：
17.现代涡扇发动机为降低发动机噪声，多在发动机外涵壁面布置声衬降噪装置，这种降噪装置由于对流道壁面做穿孔处理，会增大发动机外涵总压损失，造成发动机推力下降，耗油率增加；本发明提供了一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置，利用引流装置将外涵流道内的极小部分冷气流引入减阻降噪装置，并通过减阻降噪装置内环面的穿孔流入发动机的外涵流道形成壁面吹气，通过壁面吹气的方式降低发动机外涵流道壁面的摩擦阻力，从而减小发动机外涵总压损失，且可将发动机外涵总压损失降低至外涵无声衬降噪装置时更低的水平，进而有效提高发动机推力，降低耗油率，且本发明中的吹气减阻原理已通过数值模拟和试验充分验证，通过穿孔吹气的方式，可将流道壁面摩擦阻力降低至光滑流道状态的40％。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1是本发明优选实施例的涡扇发动机外涵低损失降噪装置示意图；以及
21.图2是图1中减阻降噪装置示意图。
22.图例说明
23.10、引流装置；11、引气风斗；12、输气管路；13、滑油散热器；20、减阻降噪装置；21、装置内环；22、装置外环；23、降噪蜂窝环；24、背腔板；25、通风管；26、背腔；27、连通口；28、壁面吹气；29、冷气流；30、外涵流道；40、内涵流道。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
25.参照图1，本发明的优选实施例提供了一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置，包括：用于引导冷气流流动的引流装置10，及用于降低发动机工作噪声的减阻降噪装置20。减阻降噪装置20呈中空管状，连接于发动机两段外涵流道30之间，以形成外涵流道30的组成部分。引流装置10设置于外涵流道30外，且引流装置10的进流端穿设外涵流道30的壁面后伸入外涵流道30内以引出冷气流，引流装置10的出流端连通减阻降噪装置20，以使引出的冷气流29进入减阻降噪装置20，进而在减阻降噪装置20的作用下由减阻降噪装置20的内壁面射出形成壁面吹气28，以降低外涵流道30壁面的摩擦阻力，进而减小发动机外涵总压损失。
26.本发明的涡扇发动机外涵低损失降噪装置工作时，外涵流道30内部分高速冷气流在引流装置10的引流作用下进入引流装置10，然后再由引流装置10进入减阻降噪装置20，并在减阻降噪装置20的作用下由减阻降噪装置20的内壁面向外射出形成壁面吹气，从而降低外涵流道30壁面的摩擦阻力。
27.现代涡扇发动机为降低发动机噪声，多在发动机外涵壁面布置声衬降噪装置，这种降噪装置由于对流道壁面做穿孔处理，会增大发动机外涵总压损失，造成发动机推力下降，耗油率增加；本发明提供了一种涡扇发动机外涵低损失降噪装置，利用引流装置10将外涵流道30内的极小部分冷气流引入减阻降噪装置20，并通过减阻降噪装置20内环面的穿孔流入发动机的外涵流道形成壁面吹气，通过壁面吹气的方式降低发动机外涵流道壁面的摩擦阻力，从而减小发动机外涵总压损失，且可将发动机外涵总压损失降低至外涵无声衬降噪装置时更低的水平，进而有效提高发动机推力，降低耗油率，且本发明中的吹气减阻原理已通过数值模拟和试验充分验证，通过穿孔吹气的方式，可将流道壁面摩擦阻力降低至光滑流道状态的40％。
28.可选地，引流装置的第一实施例，图未示，引流装置10包括用于引出冷气流的引气风斗11，及用于输送冷气流的输气管路12。引气风斗11装设于减阻降噪装置20进流端的外涵流道30上，且引气风斗11的进流端伸入外涵流道30内，其相对的出流端连通输气管路12。输气管路12的出流端连通减阻降噪装置20。本可选方案中，引气风斗11呈斗状，位于外涵流道30内，用于将部分冷气流向外引出；本可选方案的引流装置10结构设置简单、可有效降低发动机的重量，且直接通过引气风斗11从发动机外涵流道引导空气通过输气管路12流入减阻降噪装置20，由于减阻降噪装置20表面微量的吹气流量即可产生显著的减阻效果，该方式也能有效降低发动机外涵总压损失，提高发动机推力，降低耗油率。
29.可选地，引流装置的第二实施例，如图1所示，引流装置10包括用于引出冷气流的引气风斗11、用于引气冷却发动机滑油的滑油散热器13或用于引气冷却发动机核心机的预冷器、用于输送冷气流的输气管路12。引气风斗11装设于减阻降噪装置20进流端的外涵流道30上，且引气风斗11的进流端伸入外涵流道30内，其相对的出流端连通滑油散热器13或预冷器。滑油散热器13或预冷器设置于外涵流道30外，且输气管路12的进流端连接滑油散热器13或预冷器，其相对的出流端连通减阻降噪装置20。现有技术中，涡扇发动机多采用空气滑油散热器从外涵流道引气冷却发动机滑油，或采用预冷器从外涵流道引气冷却发动机
核心机的高压高温引气，这种从外涵引气冷却的方式也会造成发动机推力损失，耗油率增加，本发明充分利用发动机空气滑油散热器或预冷器工作产生的冷却废气，通过穿透减阻降噪装置20在外涵流道壁面吹气的方式，可将发动机外涵总压损失降低至相比于无声衬降噪装置更低的水平，进而有效提高发动机推力，降低耗油率。本可选方案中，引气风斗11呈斗状，位于外涵流道30内，用于将部分冷气流向外引出；本可选方案的引流装置10结构设置简单、也可有效降低发动机的重量。
30.可选地，如图2所示，减阻降噪装置20包括用于形成内环结构且呈环形的装置内环21、呈环形且套装于装置内环21外的装置外环22、设置于装置外环22和装置内环21之间且呈蜂窝状的降噪蜂窝环23、连接于装置外环22上的背腔结构。背腔结构与输气管路12连通，以用于汇集冷气流。装置外环22和装置内环21上均开设有通孔，以供背腔结构中的冷气流依次通过装置外环22上的通孔、降噪蜂窝环23及装置内环21上的通孔后向外射出形成壁面吹气。工作时，引气风斗11从发动机的外涵流道30引入冷气流，再通过管路进入发动机的空气滑油散热器或预冷器，滑油散热器或预冷器工作产生的冷却废气再从输气管路12排出，并流入减阻降噪装置20，减阻降噪装置20中，冷却废气首先进入背腔结构，然后再由装置外环22上开设的通孔进入降噪蜂窝环23，最后由装置内环21上开设的通孔向外流出，实现吹气减阻。
31.本可选方案中，如图2所示，背腔结构包括多块背腔板24，及用于引导冷气流流动的通风管25。多块背腔板24分别与装置外环22的外环面密封连接，以形成用于汇集冷气流的背腔26，装置外环22上开设的通孔位于背腔26内。通风管25的进流端连通输气管路12，其相对的出流端分别与各背腔26连通。本可选方案中，装置外环22的外环面上设有多块背腔板24，进行减阻降噪装置20设计时，可通过改变背腔板24的位置调整背腔26的分布，从而调整吹气减阻区域，使其满足实际设计需求。
32.本可选方案的第一具体实施例，背腔板24呈板状，仅设置于外涵流道30的迎风区域内。设计时，在外涵流道背风区域，边界层较厚，摩擦阻力较小，采用吹气减阻方式收益较小，可不布置背腔26，同时使用不开孔的背腔板24；在外涵流道迎风区域，边界层较薄，摩擦阻力较大，可布置背腔26进行吹气减阻。
33.本可选方案的第二具体实施例，背腔板24呈环状，沿减阻降噪装置20的轴向依次间隔设置，以形成沿减阻降噪装置20轴向依次间隔设置且呈环形的背腔26。设计时，使有背腔26进行吹气的区域和无背腔26吹气的区域沿轴向可间隔交替设置，从而上游吹气减阻效果在下游无吹气区域仍能保持一段距离，该种分布的方式可减小吹气量，进而提高吹气减阻效率。
34.可选地，如图2所示，通风管25与各背腔26的连通处均设有连通口27。外涵流道30壁面摩擦阻力较大区域的连通口27的开口面积大，外涵流道30壁面摩擦阻力较小区域的连通口27的开口面积小。设计时，通过调整连通口27的面积，调节流入各个背腔26的气流流量，以改变不同区域的吹气强度，外涵流道壁面摩擦阻力较大区域可通过增大连通口27的面积，增大吹气流量，外涵流道壁面摩擦阻力较小区域可通过减小连通口27的面积，减小吹气流量。本发明中，可通过调节吹气减阻的区域和吹气强度，优化减阻效果，使用较小的吹气流量实现更优的减阻效果。
35.可选地，如图1和图2所示，通风管25的数量为多根，多根通风管25相互连通，且各
通风管25同时与一个或多个背腔26连通。输气管路12包括多根输气管，多根输气管的进流端与引气风斗11连通，其相对的出流端分别与对应位置的通风管25连通。通风管25和输气管路12的该结构设置，一方面用于满足各背腔26的吹气减阻需求，另一方面使管路尽可能简单、冷气流尽可能均匀。
36.参照图1，本发明的优选实施例还提供了一种涡扇发动机，包括：呈管状设置的内涵流道40、位于内涵流道40外侧且呈管状设置的外涵流道30、连接于外涵流道30中如上述中任一项的涡扇发动机外涵低损失降噪装置。本发明的涡扇发动机，由于设置有上述的涡扇发动机外涵低损失降噪装置，故而工作时，可利用引流装置10将外涵流道30内的极小部分冷气流引入减阻降噪装置20，并通过减阻降噪装置20内环面的穿孔流入发动机的外涵流道形成壁面吹气，通过壁面吹气的方式降低发动机外涵流道壁面的摩擦阻力，从而减小发动机外涵总压损失，且可将发动机外涵总压损失降低至外涵无声衬降噪装置时更低的水平，进而有效提高发动机推力，降低耗油率，且本发明中的吹气减阻原理已通过数值模拟和试验充分验证，通过穿孔吹气的方式，可将流道壁面摩擦阻力降低至光滑流道状态的40％。
37.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。