Brevet FR2537211A1 — publié le 19840608

La présente invention concerne la réduction du bruit des courants de gaz à grande vitesse et en particulier la réduction des niveaux sonores perçus, provenant de courants de gaz à vitesse subsonique élevée ou supersonique. La nécessité de la réduction du bruit d'un courant de gaz à grande vitesse peut se manifester lorsqu'un tel courant sort d'un passage de circulation en formant un jet-et se mélange à l'air environnant. Dans ces conditions, le bruit est créé par mélange turbulent du jet avec l'air environnant Le bruit créé par le jet est caractérisé par une relation entre l'intensité et la fréquence, selon laquelle l'intensité diminue jusqu'à une valeur nulle pour les fréquences nulle et infinie et atteint une valeur maximale à une fréquence intermédiaire déterminée La fréquence correspondant à l'intensité maximale dépend de la dimension de l'orifice dont sort le jet, pour des conditions déterminées du courant de gaz. Dans de nombreux cas, la dimension et les conditions de circulation du jet sont telles qu'une énergie acoustique importante est produite dans le spectre audible dans lequel la perception par l'oreille humaine est relativement la plus sensible. Il faut souvent que le bruit créé par un jet soit réduit par mise en oeuvre d'un procédé qui introduise la plus faible résistance possible à la circulation, tout en donnant un effet efficace de réduction du bruit. L'invention concerne un procédé et un dispositif destinés à réduire le niveau perçu de bruit créé par un courant de gaz à grande vitesse sortant d'un passage de circulation, tout en présentant une faible résistance à l'écoulement et en assurant une réduction du bruit. Selon l'invention, un silencieux destiné à un courant de gaz à grande vitesse comprend un passage de circulation et une plaque perforée en forme de 253721 l dôme-qui termine le passage de circulation, les parties perforées de la plaque étant réparties sur celle-ci de manière que le gaz provenant du passage soit dirigé sous forme de plusieurs jets divergents si bien que le bruit est créé à une fréquence ayant une intensité maximale dans une partie du spectre audible pour laquelle la perception par l'oreille humaine est relati- vement peu sensible. La plaque perforée peut avoir une configuration partiellement sphérique ou une configuration conique. Le passage de circulation peut constituer un passage de purge d'air d'un moteur à turbine à gaz Les perforations peuvent être disposées afin qu'elles exercent une poussée en direction voulue par rapport à l'axe du moteur. D'autres caractéristiques et avantages des silencieux selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe schématique d'un silencieux en forme de dôme, placé à l'extrémité d'un passage de purge d'air dans un moteur à turbine à gaz; - la figure 2 est analogue à la figure 1 mais elle représente une variante de silencieux destiné à permettre une récupération de la poussée dans un moteur à turbine à gaz; la figure 3 est un schéma représentant un silencieux conique placé à l'extrémité d'un passage à purge d'air dans un moteur à turbine à gaz; la figure 4 est une coupe schématique d'un moteur à turbine à gaz ayant un rapport élevé de dériva- tion, muni de silencieux de purge d'air; et la figure 5 est un graphique représentant la variation des niveaux relatifs de puissance sonore, portés en ordonnées, créés par une soupape de purge sans silencieux et des soupapesde purge terminéespar des silencieux en forme de dôme ou de cône, dans un moteur à turbine à gaz. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un silencieux destiné à être disposé dans un passage de purge d'air d'un moteur à turbine à gaz et ayant une plaque perforée 1 en forme de dôme placée à la sortie de ce passage 2 de purge L'écoulement de l'air est commandé par une soupape 3 de purge qui ferme l'entrée du passage 4 lorsqu'elle fonctionne et ferme ainsi le carter du moteur 5 La paroi du passage 6 de purge d'air est suffisamment robuste pour qu'elle supporte la pression de l'air circulant dans le passage, du fait de la résistance à l'écoulement de l'air dans le silencieux L'échappement du silencieux 7 est dirigé dans le conduit 8 de dérivation du moteur à turbine à gaz Lorsqu'aucun conduit de dérivation n'est disponible, le silencieux débouche dans l'air entourant le moteur à turbine à gaz. Lors du fonctionnement, l'air s'écoule dans le passage de purge vers la partie qui se trouve sous la plaque perforée en forme de dôme et l'air est alors obligé de traverser la plaque par les perforations 9 formées dans celle-ci Un jet séparé 10 quitte chaque perforation et, pendant le mélange turbulent avec l'air environnant, il crée un bruit tel que, à:l'inten- site maximale de celui-ci, la fréquence a été élevée par rapport à celle du bruit à intensité maximale dans le cas d'un jet n'ayant pas traversé un silencieux. La sélection convenable de la dimension des perforations permet une augmentation de la fréquence à laquelle l'intensité du bruit est maximale jusqu'à une région dans laquelle l'audition par l'homme est relativement peu sensible L'intensité sonore du jet qui est perçue est ainsi réduite. La recombinaison des jets provenant du silencieux est empêchée par la courbure de celui-ci si bien que chaque jet est projeté en direction faisant un angle 11 de séparation par rapport aux jets voisins - La figure 2 -représente un mode de réalisation de silencieux qui est modifié par rapport à celui de la figure 1 et qui permet une récupération de la poussée de l'air évacué par le silencieux Les trous 21 formés dans la plaque perforée 22 sont disposés afin qu'ils forment un courant d'échappement ayant une composante dans la direction voulue 23, dans cet exemple celle du courant 24 de dérivation qui s'écoule dans le conduit 8. La figure 3 représente une variante de silencieux ayant la forme d'une plaque conique-perforée 31 Lors du fonctionnement, la séparation angulaire 11 des jets 10 est assurée par la courbure de la surface conique du silencieux - Sur la figure 4, le moteur à turbine à gaz ayant un rapport élevé de dérivation, comme indiqué par la flèche 40, a un capot externe 41 disposé en amont, entourant le ventilateur 42 et disposé en aval de celui-ci Le conduit 8 de dérivation qui entoure le carter creux 5 est placé dans le capot externe. Les étages de compresseur à pression intermédiaire 43 et à haute pression 44 de la turbine ont des passages de purge d'air qui traversent le carter 5 et rejoignent le conduit 8 de dérivation La circulation de l'air dans les passages de purge d'air est sous la commande de soupapes 3 de purge L'extrémité du conduit de dérivation de chaque passage de purge a un silencieux 46, de forme analogue à celle qui est représentée sur la figure 2. La figure 5 représente, sous forme graphique, les niveaux acoustiquesou sonoresrelatifs obtenus avec un passage dé purge qui n'est pas terminé par un silencieux comme l'indique la référence 51, et dans un passage de purge terminé par un silencieux en dôme et un silencieux conique comme l'indiquent respectivement les références 52 et 53 Les abscisses représentent le logarithme décimal de la vitesse du jet V divisée par la vitesse ambiante du son as Les ordonnées repré- sentent la puissance sonore pondérée spectralement, en décibels, réduite de dix fois le logarithme décimal de la section totale d'écoulement des perforations Af Dans la plage du paramètre log Vj/as correspondant au fonctionnement d'une turbine à gaz, c'est-à-dire entre 0,15 et 0,20, le silencieux en-forme de dôme donne une réduction de 3 à 5 décibels, et le silencieux donne une réduction de 7 à 8 décibels par rapport au passage de purge d'air n'ayant pas de silencieux. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les perforations ont un diamètre minimal de 2,0 mm, afin que la poussière introduite dans le moteur à turbine à gaz pendant son fonctionnement ne puisse pas boucher le silencieux. Pendant le fonctionnement, chaque jet quittant une perforation de la plaque en forme de dôme fait par rapport aux jets voisins un angle de séparation étant donné la courbure locale de la plaque Cette disposition facilite la séparation des jets qui pourraient autrement se recombiner étant donné qu'une région en dépression est adjacente à chaque perforation à l'extérieur de la plaque lorsqu'un gaz circule à travers le silencieux La recombinaison des jets, sous forme d'un jet ayant les mêmes dimensions que le passage de circulation, permet la création d'un bruit dont -_le spectre acoustique est analogue à celui du jet nô a nt pas traversé le silencieux. n _ Db, NÀ REVENDICATIONS 1 Silencieux destiné à un courant de gaz à grande vitesse, caractérisé en ce qu'il comprend un passage de circulation et une plaque perforée ( 1) en forme de dôme qui termine le passage de circulation, les parties perforées de la plaque étant réparties sur celle-ci de manière qu'elles dirigent le gaz du passage sous forme de plusieurs jets divergents ( 7) si bien que le bruit créé a une intensité maximale à une fréquence qui est comprise dans une partie du spectre audible dans laquelle la sensibilité de la perception humaine est relativement faible. 2 Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque perforée ( 22) qui termine le passage de circulation a une configuration partiellement sphérique. 3 Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque perforée ( 31) qui termine le passage de circulation a une configuration conique. 4 Silencieux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage de circulation est un passage ( 6) de purge d'air d'un moteur à turbine à gaz. Silencieux selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz dirigé à partir du passage sous forme de plusieurs jets divergents ( 7) est destiné à provoquer l'application d'une poussée par rapport à l'axe du moteur, car le courant résultant de gaz a une composante parallèle à l'axe du moteur. 6 Moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comporte des silencieux de purge d'air selon l'une quelconque des revendications précédentes.