本申请涉及涡轮发动机的压气机级处的压缩空气排放系统。
背景技术：
涡轮发动机通常包括高压压气机和低压压气机。
根据涡轮发动机的运行工况(例如，怠速或节流阀全开)，压气机具有不同的运行特性。
根据空气收集系统，例如当涡轮发动机处于瞬时工况或稳定工况时，有可能需要收集处于压力下的空气并在膨胀之后将其再次喷注到下游。例如，在涡扇发动机中发现为被称为瞬时排放阀(transientbleedvalve，tbv)的收集系统，该收集系统使得高压压气机例如能够进行排放。另一系统为例如使用在涡桨涡轮中的被称为处理排放阀(handlingbleedvalve，hbv)，其在高压压气机或中间压气机的出口处收集空气并且将收集的空气排放到主流或次级流中。
在tbv的情况下，当涡轮发动机从怠速工况转变到节流阀全开工况时，处于高流率的压缩空气流必须被从压气机排放以避免游车(hunting)的风险。这也是在飞行的瞬时阶段期间或怠速阶段期间的情况，或者更通常地，是在飞行员需要操控节流阀时的情况。
待排放的压缩空气流具有大约四十巴的压强和大约九百开尔文的温度(由特定涡轮发动机上的指示得到)。
通常，如图1所示，空气流在高压压气机的下游处被收集100，但处于高的温度、速度和膨胀比下的收集器100产生强噪音水平。
因此，空气流通过排放系统在一定压力下排放并且被减速。
再次示例性地，在tbv中，对于0.6kg/s的流率而言，所收集的流体的静压强的绝对值介于二到八巴之间。当该流到达实现大量的压头损失(以使该流处于不足大约一巴的大气压强)的冲孔格栅时，产生了临界膨胀。
于是，能够在管道中形成空气动力学振动。
马赫数是尤为重要的数据：如果其在零件运行期间大于一，则膨胀于是将通过振动而完成。
不可避免的是，系统中的膨胀比小于流体的临界膨胀比。具体地，如果膨胀比超过流体的临界膨胀比，振动能够导致高的声级。根据特定的热比γ(取决于气体的化学计量混合物)，临界膨胀比以如下方式计算：
对于空气，临界膨胀比为1.89。
文件fr1450491中的一个解决方案提出使用管道2来收集压缩空气，该管道分支出次级管道6、17(参见图2、图3a和图3b)。具体地，在次级管道6、17的内部，盘25形式的隔板15包括一个开口18(参见图3c)或多个开口(参见图3d)，使得能够既引起压头损失又导致流的速度的降低。
该隔板的性能施加在管道的一定的长度上(尤其是隔板下游的区域30上)，并且该装置需要装配接管组件，其对于与涡轮发动机形成一体来说是复杂的。
另一被称为“胡椒瓶”的解决方案在于在收集管道的端部处设置特定的阀。胡椒瓶由喇叭状部的大端部处的冲孔格栅形成，使得既能够使流减速又能够增大气流的流动产生的声谱含量。
事实上，冲孔的直径越小，越多的声谱含量被朝向高的频率移动。因此，可更少地被人耳察觉到。
但是，性能始终不能令人满意。
技术实现要素：
为了缓解现有技术中的缺陷，本申请提出了一种包括涡轮发动机压气机和排放系统的组件，所述排放系统包括：
-输送管道，所述输送管道的一个端部连接在所述压气机级处，所述管道被配置成从压气机收集被所述压气机压缩的压缩空气流，
-膨胀装置，所述膨胀装置包括入口和出口，所述入口连接在所述输送管道的另一个端部处，其特征在于，所述膨胀装置包括：
·壳体，所述壳体形成所述入口和所述出口之间的空间，
·占据所述空间的多孔材料，
·用于将所述多孔材料保持在所述壳体中的构件，
其中，所述出口具有允许空气通过的开口横截面，所述开口横截面大于入口的开口横截面，其中，多孔材料为金属网或陶瓷网或复合材料网。
凭借多孔材料以及开口横截面的增大，空气流被减速并更好地排放，而不会产生声学振动。尤其因为所述装置的紧凑性得以改进，该组件能够更好地集成到涡轮发动机中。
本申请还包括下述独立地或组合地采用的特征：
-所述排放系统配置成使得所述膨胀装置内的流的马赫数小于0.9，
-所述壳体具有从所述入口到所述出口的渐宽喇叭状部，
-所述保持构件包括设置在所述入口处的第一冲孔格栅和设置在所述出口处的第二冲孔格栅，所述多孔材料位于两个格栅之间并且通过两个格栅而被保持在所述壳体内，
-两个所述格栅的所述格栅的冲孔的表面密度相等，
-冲孔的分布在所述格栅中的每一个上是均匀的，
-“胡椒瓶”式的出口通至外界空气。
本申请提出了一种包括上文所述的组件的涡轮发动机，其中，所述压气机为高压压气机并且管道收集主流中的被压气机压缩的空气。
涡轮发动机还可包括多个上文所述的排放系统，其中，所述排放系统的输送管道接合并共享连接至所述高压压气机的端部。因此，沿着空气流动方向，收集物被分离到多个管道并且其速度被降低。
另外，排放系统能够被构造成使收集的流转向进入到涡轮发动机的次级流中。
涡轮发动机还可附加地包括低压涡轮和所述低压涡轮的出口处的壳体，该壳体被称为涡轮后叶片(turbinerearvane，trv)壳体，所述涡轮和所述壳体被相继地布置在高压压气机的下游。在所述涡轮发动机中，排放系统在低压涡轮的出口壳体处与主流流体连通。
最后，本申请提出了一种用于确定上文所述的涡轮发动机的压气机的空气排放系统的尺寸的方法，其中，所述空气排放系统被适配成使得穿过所述装置的空气流的马赫数小于0.9。
附图说明
本发明的其它特征、目标和优点通过下文中的说明揭示，所述说明是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图阅读，其中：
图1为现有技术的涡轮发动机的示意图；
图2为根据涡轮发动机一个实施例的包括本申请的涡轮发动机的一部分的示意图；
图3a示出了终结于次级管道的管道，所述次级管道各自包括根据本申请的排放系统；
图3b示出了终结于通至涡轮发动机的低压涡轮的次级管道的管道；
图3c和图3d示出了现有技术中的隔板；
图4和图5示出本申请的两个实施例；
图6示出了根据一个实施例的能够布置在本申请的入口和出口处的盘；
图7a、图7b、图7c、图8a和图8b示出本申请的不同实施例。
具体实施方式
将在tbv情况下详细地描述本申请，但是本申请可以应用到任何用于在涡轮发动机1的压气机38级处收集压缩空气的系统。“处于压气机级”是指压气机的“直接下游”，空气流在该处处于压气机的出口压力下。
如图2中所示，双流式涡轮发动机1沿着空气流29流动方向通常包括高压压气机38和高压涡轮14与低压涡轮19。图1和图2中的箭头29示出了穿过涡轮发动机1的空气流的流动方向。
涡轮发动机1包括主流，所述主流穿过涡轮14，19和高压压气机38，涡轮发动机还包括布置成径向地围绕所述主流的次级流。
在涡轮发动机的情况下，这些流的作用和功能将不在此处进行描述，但是其对于本领域技术人员是周知的。
涡轮发动机1还包括布置在低压涡轮19的出口处的壳体7。该壳体7被本领域技术人员表述为“涡轮后叶片”。trv壳体7通常布置在喷嘴之前。其尤其用于保持涡轮发动机的结构。
如图3b中所示，trv壳体7大致具有回转体的外形。其包括多个轴向结构臂，将所述臂分隔开的空间限定出多个开口。
涡轮发动机1包括排放系统50，排放系统的功能是收集压气机38处的处于压力下的空气流以使该空气流减速并膨胀并且随后将空气流传送到涡轮发动机的另一区域。
参照图3a、图3b、图4和图5，排放系统50包括输送管道8，所述输送管道的一个端部连接至所述压气机38。
直接地或进行再分之后(下文将详细描述)，该输送管道8连接至膨胀装置60以使得空气被减速并且压力减小。空气通过入口61进入到膨胀装置60并且通过出口62离开膨胀装置。膨胀装置60包括壳体80，所述壳体使得能够与入口61和出口62限定出空间v。
优选地，壳体80呈回转体的外形以保持对称的效果。这种对称使得能够减小管道系统上的结构力、简化装配和制造。对称还在流中获得：整个空间被用于该流；因此，从质量/效果的观点上来看，这是最优的构型。
在一个替代性实施例中，还可以具有非对称的壳体以解决排放系统的集成中的笨重的潜在问题。
所述空间v被多孔材料64占据，使得空气流能够穿过多孔材料并同时被减速且经历渐进的压头损失。
多孔材料64尤其被其孔隙度、弯曲度和密度限定。这种材料实现了高性能的声学遮蔽并且充分地产生渐进的膨胀，以限制任何振动。
在优选实施例中，多孔材料为金属网，其是一种海绵金属，由例如不锈钢制成。
在另一实施例中，多孔材料由陶瓷或符合材料制成。
根据所认定的需求，本领域技术人员将从最合适的材料中选择。
使用空间组件(而不是序言部分中所述的隔板，该隔板是一种表面构件)将改善膨胀的渐进性并同时避免增加由不连续的膨胀导致的噪音。
另外，膨胀装置60的在出口62处的开口表面区域s62大于膨胀装置在入口61处的开口表面区域s61。开口表面区域被限定为空气流在运行期间有效地穿过的表面区域。对于给定横截面，开口表面区域必须小于所述横截面的区域。
因此，膨胀装置60具有多个功能：
-凭借多孔材料64的空间v产生连续的压头损失，
-使流均质化和稳定，
-在入口61和出口62之间实现急剧的扩散。
因此，这实现了膨胀装置60的下游的显著的噪音减小。
有利地，凭借管道的减小尺寸，膨胀装置60使得传播到下游的上游噪音被遮蔽。
保持构件70使得多孔材料70在入口61和出口62之间被保持在壳体80内。存在下述的多种方式来得到这些保持构件：胶合、壳体80的变形、抵接物等……。
一个优选的实施例中，使用了位于膨胀装置60的入口61处的第一格栅71和位于膨胀装置60的出口62处的第二格栅72。
被冲孔并且允许空气流通过的这些格栅71，72还导致了压头损失。
存在多种类型的格栅。冲孔密度d被限定，所述冲孔密度对应于开口表面区域(穿过表面区域)与格栅的整个表面区域的比值。
为此，存在多种可能类型的扩展，以满足增加入口和出口之间的开口表面区域的准则，所述模式可以是互补的。
如果保持构件70没有改变入口/出口61，62的开口表面区域s61、s62，则壳体80的横截面沿从入口61到出口62的方向增大，即壳体80沿下游方向限定出渐宽的喇叭状部(参见图5)。壳体80于是从上游到下游具有截头锥形的形状。
在保持构件70是上文限定的格栅71，72的情况下，第一格栅71的开口表面区域s61大于第二格栅72的开口表面区域s62。这具有下述多种方式来实现：
-壳体80具有喇叭状部(因此下游)(参见图5)，在此情况下，表面区域的增大能够由于格栅的整个表面区域的增大来导致(对于恒定的冲孔密度d)，
-或者不具有喇叭状部(参见图4)，在此情况下，表面区域的增大能够由于第二格栅72的冲孔密度d大于第一格栅71的冲孔密度来导致。
多孔材料68限制了第一格栅71的湍流产生的冲击第二格栅72的噪音。
应注意，即使在喇叭状部的情况下，可以在第二格栅72中具有比第一格栅71的冲孔密度大的冲孔密度d。
为了限制声学振动的效果，所述排放系统50配置成使得所述膨胀装置60中的流的马赫数严格小于0.9。换言之，经过入口61的开口表面区域s61和出口62的开口表面区域s62的流的马赫数严格小于0.9。
有利地，格栅的开口表面区域确保了小于0.9的马赫数。
事实上，马赫特性影响排放系统50和膨胀装置60上的状况，尤其是膨胀装置60的开口横截面的最小值。
尤其在图6所示的实施例中，冲孔73的分布是均匀的。
在一个能够与前述实施例组合的实施例中，优选地，冲孔73的直径小于5mm。
在一个实施例中，多孔材料64在其整个体积上具有恒定的物理特性。
在一个有利的实施例中，多孔材料64沿从入口61到出口62的方向具有减小的(或增加的)孔隙度梯度(或密度梯度)。换言之，该材料在入口61处比在出口62处具有更密集(更不密集)的孔。因为流的速度通过膨胀装置60而降低，该梯度使得能够通过膨胀装置60保持恒定的每单位长度的膨胀比。
排放系统50能够以多种方式释放所述流。第一种方式在于将膨胀装置60的出口连接至另一被称为释放管道9的管道，并且该管道将在特定位置使所述流泄出(参见图7a，图7b)。第二种方式在于具有像胡椒瓶那样工作的膨胀装置60，即，出口62是自由的(图8a，8b)。在这种情况下并且当保持构件70包括第二格栅72时，能够设置成使第二格栅72具有朝向膨胀装置60的外部成弓形的形状，以利于扩散。
流的释放能够尤其以涡轮发动机1的纵向方向成角度β的方式发生，以避免湍流(参见图7c)。
还有必要具有多个膨胀装置60。为此，多个输送管道8可被布置成接合在收集压气机38处的空气流的一个端部处。这种再分(将在tbv的情况下详细描述)使得能够降低空气流的速度。
至此，将对该装置到tbv的集成进行描述(参见图2、图3b和图7c)。
如图2所示的管道2还包括阀22，使得能够控制用作输送管道8的管道2收集的空气流的流率。阀22的打开和关闭通常由飞行器的计算机根据飞行员的指令来控制。阀22通常被本领域技术人员称为瞬时排放阀(transientbleedvalve，tbv)。
在附图所示的实施例中，管道2在其另一端部处终止于多条次级管道6，所述次级管道6被连接至trv壳体7的开口13，以便将收集的空气流传输到该开口。
根据一个可能的实施例，管道2的另一端部终止于至少两个独立的分支17，每个分支承载次级管道6的一部分。在示例中，每个分支17承载三条次级管道6。
根据一个实施例，次级管道6的端部31穿过trv壳体7的外环圈21，以将收集的空气流泄出至开口13中(参见图2、图3b和图7c)。为此，可在外环圈21中设置孔，以便允许次级管道6的端部通过。膨胀的空气流因此被排放到主流中。
涡轮发动机1在每个次级管道6中都包括膨胀装置60。在该实施例中，由管道2再分而成的次级管道6用作输送管道8和释放管道9。
膨胀装置60的位置影响次级管道6的出口处的马赫数。
所期望的是，收集的空气流于管道2，6中(膨胀装置60的上游)在非常长的距离上保持高的压力，这是因为该高的压力使得能维持管道2，6的小的直径。因此期望的是，能够将膨胀装置60布置在管道6的下游尽可能远处，以便使管道2和次级管道6的具有减小的直径(例如，具有小于3英寸的值)的长度被最大化(参见图7b与7a)。凭借膨胀装置60的空气动力学和声学性能，上述期望能被实现。
根据一个实施例，如图7a，7b，7c所示，释放管道9在其连接至开口13的端部处与涡轮发动机的纵向轴线成小于45°的角度β。这能够使得引入到开口13中的收集的空气流与涡轮发动机的开口13中流通的主流29成小于45°的角度β。优选地，角度β小于35°。
替代性地，因为膨胀装置60实现了空气流的有效膨胀并同时考虑了声学约束，使得能够不将其排放到主流中而是排放到径向地位于主流的外侧的次级流中。
这种构造能够缩短待安装的管道并且有利于集成。
在该实施例中，能够将膨胀装置60布置成胡椒瓶式的构型(参见图8a，图8b)。
本申请还应用至hbv阀。hbv能够被集成到螺桨涡轮中，并且在这种情况下，空气被喷射到涡轮发动机的外部。当hbv被集成在螺桨涡轮中时，空气的喷洒发生在次级流中。原理是将空气喷射到最靠近收集点(收集在主流中完成)的外部流中，以最小化管道系统的长度。从一端到另一端穿过发动机的受引导或未受引导的空气流被称为流。
最后，本申请提出一种用于排放压气机38处的空气的方法。在该排放期间，穿过装置60的空气的马赫数小于0.9。