在涡轮发动机的后部减少噪音排放的方法和因此改进的涡轮发动机

摘要

本发明涉及一种在涡轮发动机的后部减少噪音排放的方法和因此改进的涡轮发动机。根据本发明，声衰减涂层的后面部分(9R)的厚度朝着前面部分(9A)增加，其中由外风扇罩(10)在内部承载该声衰减涂层，通过具有弯曲轮廓(20)的表面把增加厚度的区域(18)连接到位于喷嘴(12)的临界区域(15)的涂层部分上。

说明书

本发明涉及用于飞行器在双路式涡轮发动机的后部减少噪音排放 的方法，也涉及通过实施这种方法而改进的涡轮发动机。

众所周知，双函式涡轮发动机包括在前部限定进气口的发动机吊 仓，并且该发动机吊仓包含冷气流风扇、热气流中央发生器和具有环形 截面的风扇通道，该风扇通道配有用于冷气流的喷嘴，在环绕所述热气 流中央发生器的内罩和具有环形截面的声衰减涂层的内部管状表面之 间形成所述风扇通道，形成所述发动机吊仓后部的外风扇罩在内部支撑 该声衰减涂层，所述涂层包括：前面部分，该前面部分被设置在所述喷 嘴的上游并且具有用于噪音声衰减的最佳厚度，该噪音由所述风扇产生 并且由所述冷气流传播；另外也包括后面部分，该后面部分邻接于所述 前面部分并且被设置在所述喷嘴喉部的两侧，所述后面涂层部分具有的 厚度朝所述外风扇罩的后缘减小，该后缘限定用于所述冷气流的环形喷 出口，并且所述前面涂层部分在它与所述后面涂层部分的接合处附近具 有汇聚区域，在该汇聚区域内，该前面涂层部分的内部管状表面开始朝 所述喷嘴汇聚。

由于所述声衰减涂层的后面部分具有渐减的厚度，该厚度小于所述 前面部分的最佳厚度-除了可能在与后者的接合处-该后面部分可能 不具有最佳的衰减特性。

此外，确定声衰减涂层的内部管状表面的形状，特别是在所述喷嘴 对面-即在所述后面部分的水平面上-的形状被确定用于：与所述热气 流中央发生器内罩的形状结合，使得所述喷嘴的性能-以及因此所述涡 轮发动机的性能-最佳。因此不能不降低涡轮发动机的性能地改变所述 声衰减涂层的内部管状表面的形状。

然而申请人发现，在某些条件下，通过改变所述涂层后面部分的形 状有可能极大地增强该涂层后面部分的声衰减，而只要以可接受的方式 略微降低涡轮发动机的性能。

为此，根据本发明，在下文所述类型的双函式涡轮发动机的后部减 少噪音排放的方法的显著特点在于：

确定风扇通道的临界区域，该临界区域起始于所述喷嘴喉部并 且向前延伸，在该临界区域内，在不需要更改所述喷嘴参数的情况下， 所述风扇通道任何可能的几何更改，以及因此后面涂层部分内部管状表 面的几何更改都是不可能的；

-在所述前面涂层部分的汇聚区域内，以所述涂层的厚度朝所述 后面涂层部分逐渐增加的方式改变内部管状表面，并且这个在邻近的后 面涂层部分的内部管状表面内的逐渐改变一直持续到获得具有增加了 厚度的后面部分的区域，在该区域内该厚度至少近似等于所述最佳厚 度；以及

-通过弯曲轮廓的内部管状表面将所述具有增加厚度的区域的后 端连接到所述临界区域的前端。

因此，依靠本发明，通过与该后面涂层部分的前部区域连通-该前 部区域在某些情况下可具有的轴向长度约为所述后面涂层部分总轴向 长度的四分之一并具有与所述前面涂层部分相等的最佳厚度，从而增强 所述后面涂层部分的声衰减特性。

所述临界区域的范围优选地由下述事实确定：冷气流在那里的马赫 数约从0.8(在前部)到1(在喉部)变化。必须避免所述声衰减涂层的 内部管状表面的任何几何改变，因为这会以不可忽视的方式改变喷嘴的 参数。

此外，对于声衰减涂层逐渐的形状改变来说，最好起始于所述汇聚 区域内，冷气流在该汇聚区域内加速，因为所述改变起始于相对较低的 马赫数，例如处于0.4和0.55之间。由此得出，从所述前面涂层部分的 汇聚区域到临界区域的前端，形状改变(包括所述弯曲轮廓的内部管状 表面)发生在马赫数约在0.45和0.8之间的范围内。

当然，所述弯曲轮廓的内部管状表面绝对不能产生压力梯度的倒 置，这会具有立刻造成边界层分离的效果。为此，所述弯曲轮廓的形状 参数Hi必须保持小于1.6。

从上所述，注意到根据本发明方法改进的双函式涡轮发动机的显著 特点在于：在内部由所述外风扇罩支撑的具有环形截面的声衰减涂层包 括在上游区域和所述喷嘴的临界区域之间的弯曲轮廓，在该上游区域内 所述涂层的厚度至少近似等于最佳厚度E。

附图中的图形将清晰地说明如何实施本发明。在附图中，相同的标 号表示相同的部件。

图1是穿过双路式涡轮发动机的轴向横截面的示意图；

图2是示出已知的在图1涡轮发动机风扇通道内构想的声衰减管状 涂层放大的横截面示意图；

图3以类似图2的视图示出根据本发明改变的声衰减管状涂层；以 及

图4是在根据本发明的声衰减管状涂层的改进水平面上一部分图3 的放大视图，该视图垂直于所述涡轮发动机的轴线放大。

已知的用于飞行器的双函式发动机，如图1，由穿过其纵轴L-L的 横截面示意性示出，包括在前部限定进气口2的发动机吊仓1。发动机 吊仓1包括风扇3、热气流中央发生器4和冷气流经过的环形风扇通道 5。

风扇通道5配有对应于发动机吊仓1后缘的环形喷出口6。在环绕 所述热气流中央发生器4的罩7和形成所述发动机吊仓1后部由外风扇 罩10在内部支撑声衰减管状涂层9的内部表面8(参见图2)之间形成 该风扇通道5。

在风扇通道5内，罩7和内部表面8形成喷嘴11，该喷嘴11通向 环形喷出口6并且它的喉部12位于相对于纵轴L-L横切的平面13内。

声衰减管状涂层9，例如具有吸收室的已知类型的声衰减管状涂层 9由两个邻接部分9A和9R构成，具有相应的形成所述内部表面8的内 部表面8A和8R，并且沿着线14相邻接，其平面垂直于所述轴线L-L。 合理设置在喷嘴11上游的前面部分9A具有至少近似为常数的厚度E， 对应于噪音的最佳衰减，该噪音由风扇3产生并且被循环于风扇通道5 内的冷气流传播。另一方面，设置在喷嘴11的喉部12任一侧面上并且 在轴线长度D上延伸的后面部分9R具有的厚度以均匀方式从线14-在 这里它等于最佳厚度E-到环形喷出口6减小。当然，由于小于最佳值 E(除了在线14上)的渐减厚度，后面部分9R就不能提供最佳的声衰 减。

在上述配置中，风扇通道内的冷气流是亚音速的并且使得：

-在声衰减涂层9的后面部分9R对面，马赫数约从线14处的0.55 到环形喷出口6处的1.0变化；以及

-在所述涂层9的前面部分9A对面，存在有：

·发散的上游区域17U，所述冷气流在该区域中减速，在那里的 马赫数约从0.5到0.4变化；以及

·汇聚的下游区域17D，所述冷气流在该区域中加速，在那里的 马赫数约从0.4到0.55变化。

如上所指出，本发明的目的是沿后部方向使最佳厚度为E的前面部 分9A增加长度d的区域9A’，使得渐减厚度的后面部分9R减小为缩短 的长度D-d的区域9R’(参见图3)，而仅仅可忽略地降低涡轮发动机 的性能。

因此，如图4以更大比例所示：

-首先确定风扇通道5的临界区域15，从喷嘴喉部12的平面13 开始并且向前一直延伸到前面的边界16，在不需要更改所述喷嘴12参 数的情况下，在临界区域内后面涂层部分9R的内部管状表面8R的任何 几何更改是不可能。临界区域15例如由下述事实确定：在所述前面的 边界16，冷气流的马赫数已经达到至少近似等于0.8的数值，使得在喷 嘴喉部12达到约为1的数值；

-在前面涂层部分9A对面的下游区域17D中，该前面涂层部分开 始朝喷嘴喉部12汇聚，并且冷气流的马赫数在处于约0.4和0.55之间， 朝着后面涂层部分9以所述涂层的厚度逐渐增加的方式(参见线8A’) 改变内部管状表面8A，并且这个在邻近的后面涂层部分的内部管状表 面内的逐渐增加一直持续到长度为d并且增加了厚度的后面区域18，在 该区域内厚度达到至少等于所述最佳厚度E；以及

-通过具有弯曲轮廓20的内部管状表面把所述区域18的后端19 连接到临界区域15的前端16，该弯曲表面的形状参数Hi最大等于1.6。

因此，由喷嘴喉部12的位置、临界区域15的轴向范围和具有弯曲 轮廓20的内部管状表面的轴向范围来确定区域18的长度d。该长度d 在某些情况下可大约为后面涂层部分9R的长度D的四分之一，从而获 得效果显著的声衰减而又不过度地降低涡轮发动机的作用。