ПРОТИВОШУМОВОЙ ШЕВРОН ДЛЯ СОПЛА, А ТАКЖЕ СОПЛО И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОСНАЩЕННЫЕ ТАКИМ ШЕВРОНОМ
NOISE-PROTECTION CHEVRON FOR NOZZLE, AS WELL AS NOZZLE AND JET TURBINE ENGINE, WHICH ARE EQUIPPED WITH SUCH CHEVRON

Изобретение относится к шевронам уменьшения шума для сопел турбореактивных двигателей летательных аппаратов, а также к соплам, оснащенным упомянутыми шевронами, и турбореактивным двигателям, оснащенным по меньшей мере одним таким соплом.
Известно, что в задней части сопла турбореактивного двигателя струя, испускаемая этим соплом, приходит в соприкосновение с по меньшей мере одним другим газовым потоком: в случае прямоточного турбореактивного двигателя эта струя приходит в соприкосновение с окружающим воздухом, тогда как, в случае двухконтурного турбореактивного двигателя, холодный поток и горячий поток приходят в соприкосновение не только друг с другом, но также и с окружающим воздухом.
Так как скорость струи, испускаемой упомянутым соплом, отличается от скорости упомянутого другого газового потока или потоков, встречаемых упомянутой струей, это приводит к струйному срезу, по мере того, как потоки осуществляют взаимное проникновение, упомянутый струйный срез вызывает шум, общеизвестный как «шум струи» на авиационном языке.
Для того чтобы ослаблять такой шум струи, уже была выдвинута идея формирования турбулентности на границах между упомянутыми потоками с разными скоростями.
Например, документ GB-A-766985 описывает сопло, у которого выпускное отверстие, на своей периферии, снабжено некоторым количеством выступов, которые тянутся назад, и общее направление которых является по меньшей мере приблизительно направлением струи, испускаемой упомянутым соплом. Такие выступы состоят из «зубцов», которые могут демонстрировать многочисленные разные формы.
В качестве альтернативы документ GB-A-2289921 предлагает делать вырезы на кромке выпускного отверстия сопла. Такие вырезы распределены вокруг периферии упомянутого выпускного отверстия, каждый из них в целом имеет по меньшей мере приблизительную форму треугольника, основание которого совпадает с упомянутой кромкой выпускного отверстия, а вершина которого расположена впереди этой выпускной кромки. Это приводит к формированию, между двумя следующими друг за другом вырезами, зубца по меньшей мере приблизительно в форме треугольника или трапеции.
Какая бы ни была их точная форма, такие зубцы общеизвестны на авиационном языке как «шевроны».
Известные шевроны обычно эффективны в ослаблении шума струи, но имеют недостаток вызова значительной величины аэродинамического сопротивления, особенно в крейсерском полете.
Для того чтобы принять меры в ответ на этот недостаток, уже известна практика (например, известная из EP-1580419), чтобы длина шевронов была укорочена. Чтобы сделать это, форма каждого шеврона ограничивается:
- двумя боковыми сторонами, у которых передние концы прикреплены к упомянутому соплу и которые, с увеличением расстояния от него, сходятся навстречу друг другу, не встречаясь, так что задние концы упомянутых боковых сторон отделены друг от друга; и
- поперечной линией, которая соединяет задние концы упомянутых боковых сторон, тем самым, формируя два боковых выступа, отделенных промежуточной выемкой.
Однако в таком известном шевроне упомянутые боковые выступы и упомянутая промежуточная выемка образуют острые концы, которые ведут себя как дополнительные паразитные источники шума. Отсюда все, что выгадывается в показателях аэродинамического сопротивления, теряется в показателях шума.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы снижать испускания шума таких известных шевронов, наряду с одновременным осуществлением уменьшения их аэродинамического сопротивления.
Для этой цели согласно изобретению шеврон, который расположен на периферии выпускного отверстия для струи из сопла турбореактивного двигателя в целях ослабления шума упомянутой струи и форма которого ограничена:
- двумя по меньшей мере приблизительно прямолинейными боковыми сторонами, у которых передние концы прикреплены к упомянутому соплу и которые, с увеличением расстояния от него сходятся навстречу друг другу, не встречаясь, так что задние концы упомянутых боковых сторон отделены друг от друга; и
- поперечной линией, которая соединяет задние концы упомянутых боковых сторон, тем самым, формируя два боковых выступа, отделенных промежуточной выемкой,
примечателен тем, что упомянутая поперечная линия является криволинейной таким образом, что упомянутые боковые выступы и упомянутая промежуточная выемка закруглены.
Таким образом, без испускания какого-либо дополнительного паразитного шума, каждый из закругленных боковых выступов такого шеврона формирует вихрь, два вихря шеврона являются вложенными один в другой и противоположно вращающимися. Полный набор упомянутых шевронов, поэтому, формирует систему закрученных вихрей, которая быстро гомогенизирует газовые потоки позади сопла. Это, в таком случае, имеет следствием ослабление шума струи.
Более того, по сравнению с известным треугольным шевроном, который был бы образован упомянутыми боковыми сторонами, сходящимися, пока они не встречаются, будет отмечено, что шеврон согласно настоящему изобретению короче (а потому, имеет меньшую массу и меньшее аэродинамическое сопротивление, чем упомянутый треугольный шеврон). Более точно, упомянутый шеврон согласно настоящему изобретению, поэтому, принимает форму упомянутого известного треугольного шеврона, усеченного упомянутой поперечной линией, но с лучшей эффективностью ослабления шума.
Отсюда, в силу настоящего изобретения, возможно, чтобы летательный аппарат, сопла которого оснащены упомянутыми шевронами, был малошумным во время фаз приземления и взлета и демонстрировал уменьшенную величину аэродинамического сопротивления в крейсерском полете. Настоящее изобретение также дает возможность улучшать шум в фазах крейсерского полета и набора высоты, конечным результатом является более тихий салон летательного аппарата.
Форма шеврона согласно изобретению может быть симметричной относительно средней продольной оси, общее направление которой является направлением упомянутой струи.
В качестве альтернативы при боковых сторонах упомянутых шевронов, симметрично наклоненных одна к другой по отношению к упомянутой средней продольной оси, упомянутые закругленные боковые выступы могут быть смещены друг от друга вдоль этой оси.
Сопло турбореактивного двигателя согласно настоящему изобретению, поэтому, содержит множество шевронов, как описанные выше, распределенных по периферии выпускного отверстия для упомянутой струи. Все шевроны, несомые упомянутым отверстием, могут быть идентичными. В качестве альтернативы два следующих друг за другом шеврона могут отличаться друг от друга и быть симметричными друг другу относительно общего направления упомянутой струи.
Когда турбореактивный двигатель имеет двухконтурный тип, с одним соплом для холодного потока и одним соплом для горячего потока, по меньшей мере одно из упомянутых сопел имеет вышеупомянутый тип. Преимущественно сопло для холодного потока и сопло для горячего потока снабжены шевронами согласно настоящему изобретению.
Фигуры прилагаемых чертежей сделают более простым понимание того, каким образом может быть воплощено изобретение. На этих фигурах идентичные ссылки обозначают элементы, которые подобны.
Фиг.1 - частичный схематический вид в разрезе двухконтурного турбореактивного двигателя, сопла которого оснащены шевронами согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - увеличенный частичный схематический вид сбоку задней части сопел турбореактивного двигателя по фиг.1.
Фиг.3 - увеличенный вид сверху шеврона согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 и 5 - виды сверху альтернативных форм варианта осуществления шеврона согласно изобретению.
Фиг.6-8 - (частичные) виды сверху, показывающие примеры того, каким образом компонуются шевроны согласно настоящему изобретению, расположенные в задней части сопла.
Двухконтурный турбореактивный двигатель известного типа, показанный на фиг.1, содержит полую гондолу 1 с продольной осью L-L, содержащую в передней части воздухозаборник 2, снабженный передней кромкой 3, и в его задней части кольцевое воздуховыпускное сопло 4, снабженное задней кромкой 5.
Внутри упомянутой полой гондолы 1 расположены:
- вентилятор 6, направленный к воздухозаборнику 2 и способный к формированию холодного потока 7 упомянутого турбореактивного двигателя, выходящего через сопло 4; и
- центральный генератор 8, содержащий, известным образом, компрессоры низкого давления и высокого давления, камеру сгорания и турбины низкого давления и высокого давления, и формирующий горячий поток 9 упомянутого турбореактивного двигателя, упомянутый генератор 9 горячего потока содержит, в своей задней части, сопло 10, снабженное задней кромкой 11, для горячего потока 9.
Центральный генератор 8 ограничивает с гондолой 1 внутренний канал 12 кольцевого поперечного сечения, заканчивающийся в сопле 4. Холодный поток проходит вдоль внутреннего канала 12 и сопла 4 и выходит через заднюю кромку 5.
Таким образом, на выпуске этого известного турбореактивного двигателя центральный горячий поток 9 окружен кольцевым холодным потоком 7, который проникает в окружающий воздух. Фиг.1 схематично изображает границу 13 между горячим потоком 9 и холодным потоком 7 и границу 14 между холодным потоком 7 и окружающим воздухом. Конечно, на границах 13 и 14 текучие среды в соприкосновении друг с другом имеют разные скорости, вызывая вышеупомянутый шум струи.
Для того чтобы ослаблять этот шум струи, выпускная кромка 11 для горячего потока 9 и/или задняя кромка 5 для холодного потока 7 снабжены шевронами, распределенными по их периферии, как было проиллюстрировано на фиг.2.
Пример шеврона 20.1 согласно настоящему изобретению, изображенный на фиг.2 и 3, содержит две боковых стороны 21 и 22, у которых передние концы 21A и 22A прикреплены к упомянутому соплу 4 или 10. Боковые стороны 21 и 22 сходятся навстречу друг другу с увеличением расстояния в заднем направлении, однако не встречаясь: это означает, что задние концы 21R и 22R упомянутых сходящихся боковых сторон 21 и 22 отделены друг от друга. Они соединяются друг с другом через криволинейную поперечную линию 23.1, которая образует два боковых выступа, 24.1 и 25.1, соответственно, отделенных промежуточной выемкой 26.1.
В шевроне 20.1 поперечная линия 23.1 является криволинейной, а выступы 24.1, 25.1 вместе с промежуточной выемкой 26.1 закруглены, боковые стороны 21 и 22 по меньшей мере приблизительно прямолинейны, и шеврон 20.1, взятый в целом, симметричен относительно средней продольной оси ℓ-ℓ, общее направление которой является направлением струи 7, 9.
Как проиллюстрировано на фиг.3, промежуточная выемка 26.1 может быть симметрична относительно оси a-a, касательной к упомянутым выступам 24.1, 25.1, острому концу 27 треугольного шеврона, который был бы сформирован двумя боковыми сторонами 21, 22, если бы они пересеклись в вершине 28.
Когда сопло 4, 10 в действии, два закругленных боковых выступа 24.1, 25.1 формируют позади этого сопла систему закрученных вихрей, содержащую пары противоположно вращающихся вихрей. Будет без труда понятно, что амплитуда этой системы закрученных вихрей является зависящей не только от длины шеврона 20.1, но также и от длины выступов 24.1, 25.1, и от глубины выемки 26.1. Расчет и экспериментирование могут использоваться для проектирования точной формы упомянутого шеврона 20.1 (и распределения шевронов 20.1 вокруг отверстия 2, 11) [см. фиг.2], чтобы подходил каждому конкретному соплу 4, 10.
Фиг.2 и 3 предполагают, что два следующих друг за другом шеврона 20.1 являются непрерывными и соединены закругленным участком 29.
Фиг.4 и 5 иллюстрируют альтернативные формы варианта 20.2 и 20.3 осуществления шеврона согласно настоящему изобретению. Шевроны 20.2 и 20.3 отличаются от шеврона 20.1 по той причине, что поперечные линии 23.2 и 23.3, в отличие от поперечной линии 23.1, не симметричны относительно оси ℓ-ℓ. Это означает, что в шевроне 20.2 закругленный выступ 24.2 не отодвинут назад так далеко, как закругленный выступ 25.2, тогда как в шевроне 20.3 закругленный выступ 24.3 отодвинут назад дальше, чем закругленный выступ 25.3. Закругленные выступы 24.2 и 25.2, с одной стороны, и 24.3 и 25.3, с другой, являются, поэтому асимметричными. Асимметрия между двумя закругленными выступами 24.2, 25.2 у шеврона 20.2 и 24.3, 25.3 у шеврона 20.3, в таком случае, является дополнительным параметром, который может использоваться для воздействия на систему закрученных вихрей, сформированную шевронами согласно настоящему изобретению.
Фиг.6, 7 и 8 изображают в качестве усовершенствования кромку 5, 11 сопла, образованную последовательностью шевронов 20.2, последовательностью шевронов 20.3 и смешанной последовательностью шевронов 20.2 и 20.3, соответственно.
В случае смешанной последовательности по фиг.8 два следующих друг за другом шеврона 20.2 и 20.3 могут быть симметричны друг другу относительно продольной оси b-b, общее направление которой является направлением упомянутой струи 7, 9.