ШУМОГЛУШИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЛУШЕНИЯ ШУМА В ВЕРТОЛЕТНОМ ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ И ДВИГАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ЭТИМ УСТРОЙСТВОМ
HELICOPTER GAS TURBINE ENGINE NOISE KILLER AND ENGINE EQUIPPED WITH SAID NOISE KILLER

Данное изобретение касается снижения уровня шума вертолетов, оснащенных газотурбинными двигателями.
В результате мер, предпринятых для снижения уровня шума, создаваемого лопастями несущего винта вертолета, шум, создаваемый приводным двигателем винта, составляет теперь значительную долю общего уровня шума вертолета с газотурбинным двигателем.
В патенте США 4421455 раскрыт газотурбинный двигатель, предназначенный, в частности, для ВСУ (вспомогательной силовой установки), в котором в определенных местах на стенках металлического корпуса, образующего канал подачи воздуха для компрессора двигателя, нанесено покрытие, образующее шумоглушители. Толщина покрытия занимает значительный объем, что влияет на размер двигателя. Кроме того, конструкция двигателя, в частности металлического корпуса, изначально должна быть приспособлена для размещения шумоглушителей.
Цель и сущность изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание шумоглушительного устройства для вертолета без вышеупомянутых недостатков.
Данная задача выполняется путем шумоглушительного устройства для глушения шума в вертолетном газотурбинном двигателе, содержащем компрессор и канал подачи воздуха в компрессор, открытый с переднего по потоку конца через кольцевое наружное отверстие, ограниченное металлическим корпусом двигателя, причем шумоглушительное устройство содержит стенки, образующие воздухозаборник для подачи воздуха в компрессор через канал подачи воздуха, причем стенки воздухозаборника выполнены в виде соответствующих кольцевых частей с внутренними и наружными концами, по меньшей мере, частично образованных шумоглушителями, рассчитанными на глушение звуковых частот, создаваемых вращением компрессора, причем внутренние концы кольцевых частей присоединены к металлическому корпусу вдоль наружного отверстия канала.
Предложенное шумоглушительное устройство имеет ряд преимуществ. Его расположение недалеко от компрессора главного источника шума двигателя обеспечивает эффективность. Кроме того, благодаря тому, что стенки воздухозаборника находятся снаружи двигателя, будучи смонтированы на металлическом корпусе, применение шумоглушителя не создает проблем с габаритами двигателя и не требует изменения конструкции двигателя; шумоглушительное оборудование легко применимо к существующим двигателям. Помимо этого, стенки воздухозаборника вместе с шумоглушителем могут быть изготовлены из легкого материала, такого как композит смолисто-волокнистого типа, поэтому введение в конструкцию шумоглушителя мало сказывается на массе. Более того, применение данного устройства не мешает закрывать воздухозаборник противообледенительной защитой.
Также следует отметить, что при эффективном глушении шума, создаваемого вращением лопастей, при разработке конструкций последних можно ставить цель оптимизации аэродинамических характеристик, не задумываясь об уровне шума.
Согласно одному из конкретных вариантов осуществления шумоглушительное устройство также содержит шумоглушитель, образующий стенку канала подачи воздуха в компрессор на участке длины канала, начиная от его наружного отверстия.
Шумоглушитель может быть, например, покрытием стенки типа резонатора Гельмгольца, а может принадлежать к любому другому известному типу.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения следует прочесть описание, приведенное ниже в качестве руководства, но не налагающее ограничений, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 - очень схематичный вид вертолетного газотурбинного двигателя,
Фиг.2 - увеличенный местный вид, частично в разрезе, на котором показано, как шумоглушитель встроен в стенки радиального воздухозаборника компрессора двигателя, показанного на Фиг.1, и
Фиг.3 - увеличенный местный вид, частично в разрезе, на котором показано, как шумоглушитель встроен в стенки радиального воздухозаборника и в корпус канала подачи воздуха в компрессор, показанного на Фиг.1.
Подробное описание вариантов осуществления
На Фиг.1 схематично показан вертолетный газотурбинный двигатель, содержащий компрессорную ступень 10 (например, компрессор центробежного типа), в которую поступает наружный воздух через кольцевой канал 12 подачи воздуха. С переднего по потоку конца канал 12 открывается через кольцевое наружное отверстие 12а, ограниченное металлическим корпусом 14 двигателя. Корпус 14 также образует стенки канала 12. Кольцевая камера 16 сгорания, например противоточная, снабжена инжекторами (не показанными на чертеже), в которые подается топливо и первичный воздушный поток (поток внутреннего контура) из компрессора 10. Газообразные продукты сгорания из камеры 16 приводят в действие турбину 18, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор 10, присоединенный к последней валом 20, и силовую турбину 22 (например, одноступенчатую), присоединенную валом 23 к зубчатому механизму, который подает механическую энергию на выходной вал 24, причем валы 20 и 23 соосны.
Две стенки 30, 32 (не показанные на Фиг.1) образуют воздухозаборник 34 для канала 12 (Фиг.2). Стенки воздухозаборника состоят из двух соответствующих кольцевых частей, внутренние концы которых соединяются с передним по потоку концом канала 12 с каждой стороны отверстия 12а, а другие, т.е. наружные, концы снабжены ободками 30а, 32а, подковообразно выгнутыми наружу. На внутренних концах стенок 30, 32 воздухозаборника могут иметься кольца или лапки 30b, 32b, посредством которых те прикрепляются к корпусу 14.
Конец 34а воздухозаборника 34, образованный ободками 30а, 32а, закрыт элементом 36 противообледенительной защиты с загнутыми краями, концы которых зацепляются с углублениями ободков 30а, 32а и прикреплены к последним. Защитный элемент 36 предназначен для предотвращения образования инея в воздухозаборнике 34 и канале 12 подачи воздуха, обледенение может произойти лишь на наружной поверхности защитного элемента 36. Кольцевой обводной канал 38 обеспечен для подачи достаточного количества воздуха в канал 12, даже в случае обледенения защитного элемента 36. Канал 38 образован с одной стороны изогнутой кольцевой направляющей стенкой 39, или нагнетательным элементом, снабженным ребрами 39а жесткости и закрепленным на корпусе 14. Стенка 39 обращена к стенке воздухозаборника, например стенке 32, образующей вторую сторону канала 38 и имеющей отверстия 32 с для прохождения воздуха, выходящего из канала 38. Вышеописанная конструкция воздухозаборника, по сути, является общеизвестной.
Стенки 30, 32 образуют шумоглушители 40, 42, по меньшей мере, на протяжении части радиального размера стенок, образующих воздухозаборник 34, начиная от соединения с каналом 12 подачи воздуха, а предпочтительно на протяжении всего радиального размера воздухозаборника 34, для глушения шума, создаваемого ближайшим источником звука в двигателе, т.е. компрессором. Каждый шумоглушитель может быть изготовлен из нескольких примыкающих друг к другу частей, если это требуется по соображениям удобства изготовления.
Как подробно показано на Фиг.2, каждый шумоглушитель, например шумоглушитель 40, может быть образован набором смежных полостей, или ячеек, 40а, разделенных стенками 40b и образующих, например, сотовую структуру, при этом стенки 40b перпендикулярны поверхности стенки воздухозаборника и идут от задней стороны 40с, образованной герметичной (не пропускающей звуковые волны) жесткой пластиной или листом, до передней стороны 40d, образованной пластиной или листовым материалом, пропускающим звуковые волны. Передняя пластина или лист 40d может, например, содержать перфорацию. Также можно использовать пористую пластину или лист, проницаемые для звуковых волн, подлежащих глушению.
Глубину полостей 40а (расстояние между задней и передней сторонами) выбирают в зависимости от длины звуковых волн, подлежащих глушению. Последние порождаются в основном компрессором 10 и для современных вертолетных газотурбинных двигателей имеют частоту порядка 5-14 кГц, что требует глубины полости (составляющей четверть длины волны) приблизительно от 0,6 до 1,6 см. Размещение шумоглушителя не создает проблем с габаритами стенок воздухозаборника. Предпочтительно, чтобы стенки 30, 32, образующих воздухозаборник 34, были образованы шумоглушителем.
Так как воздухозаборник 34 расположен в «холодном» участке двигателя и не является конструктивным элементом двигателя, материал стенок 30, 32, снабженных шумоглушителями 40, 42 или образующих их, можно выбирать из широкого диапазона. В частности, губы 30, 32 и глушители 40, 42 можно выполнить из композита с волокнистой арматурой, состоящей, например, из стекловолокна или углеволокна, и смоляной матрицей. Эти материалы легкие, поэтому присутствие шумоглушителей мало сказывается на массе вертолета.
Стенка, образующая нагнетательный элемент 39, может быть изготовлена из того же материала, что и стенки 30, 32, а также может быть снабжена шумоглушителем, аналогичным шумоглушителям 30, 32, или образовывать собой шумоглушитель.
Таким образом, эффективное снижение уровня шума, издаваемого компрессором, может быть достигнуто простым способом, без проблем с габаритами и без модификации двигателя, включая канал подачи воздуха, так что изобретение можно легко применить к существующим двигателям.
Также можно (Фиг.3) снабдить шумоглушителями 26, 28 стенки канала 12 подачи воздуха на протяжении части его длины, начиная от соединения с воздухозаборником 34. Шумоглушители 26, 28 могут иметь конструкцию, аналогичную шумоглушителям 40, 42, и могут быть сделаны из того же металлического материала, что и корпус 14, или из другого материала, например, в металлический корпус может быть встроен керамический шумоглушитель.
Согласно вышеизложенному было рассмотрено изготовление шумоглушителей в виде глушителей Гельмгольца. Однако можно использовать другие конструкции шумоглушителей, например, из пенистых, керамических или пористых металлических материалов.
Согласно приведенному выше подробному описанию стенки 30, 32 воздухозаборника продолжаются вдоль кольцевого наружного отверстия 12а канала 12 подачи воздуха, вокруг всей периферийной поверхности двигателя. Изобретение также применимо в случае, когда наружное отверстие канала подачи воздуха занимает лишь участок периферии двигателя, при этом стенки воздухозаборника с шумоглушителями будут располагаться вдоль наружного отверстия и смыкаться на концах.