[发明专利]降低喷气式发动机尾气噪音的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及降低喷气式发动机噪音(例如，宽带噪音)的系统和方 法，包括经由喷管来实现，喷管具备配置有近端注射流的V形凸起或其他凸 起，和/或其他混合改善布置。

背景技术

飞机制造商一直承受着降低飞机产生的噪音的压力，以满足越来越严格 的噪音认证规定。飞机发动机是飞机总体噪音的主要制造者。因此，飞机发 动机尤其是制造商噪音消减研究的重点。借助先进的高旁路比(bypass ratio) 发动机，飞机发动机已经制造地非常安静。这些发动机并非直接从喷气流来 获得其总推力的大部分，而是从发动机驱动的前置扇叶在发动机芯部周围推 进的旁路空气来获得总推力的大部分。虽然这种方案较之单纯的螺旋桨式发 动机和低旁路比发动机显著降低了飞机噪音，但是发动机和飞机联邦管理规 定仍然要求进一步降低发动机噪音。

已经采用了多种技术来降低发动机尾气噪音。一种降低发动机噪音的方 案是定制发动机排出的高速气体与周围自由流空气之间的混合量。一种特别 的技术包括在喷管出口形成“V形凸起”。V形凸起一般包括位于喷管唇口 的锯齿件，通常为三角形，并且在长度方向有一些曲度，这些锯齿件略微向 相邻的流体流浸入。V形凸起可以向内或向外伸出，伸出量的数量级分别为 内外表面上游边界层的厚度。V形凸起可以位于喷管柱流导管(发动机柱流 经由该导管定向)尾部边缘，和/或扇流导管尾部边缘，扇流导管围绕柱流导 管环形布置，并且扇流空气由此通过。通过控制喷管流线在喷管直径的长度 范围内与周围自由流空气的混合速率，V形凸起通常降低低频噪音。另一项 可以产生类似噪音消减效果的技术是在喷管出口或出口附近采用高压流体 射流(例如，微射流)。虽然前述这种方案较之不包括凸起或流体注射的喷 管能带来明显的噪音消减效果，但是仍然希望进一步降低噪音来满足社区噪 音标准并且消除机舱噪音。

发明内容

提供以下发明内容仅仅是为了便于读者，而不以任何方式限制权利要求 书中限定的本发明。本发明的特定方面涉及包括尾部边缘凸起(例如，V形 凸起)、近端定位的流体注射孔的喷气式发动机喷管，以及相关系统和方法。 一种控制飞机发动机喷管流的方法包括以喷气式发动机产生第一气流并将 第一气流通过喷管输送，该喷管具有尾部边缘周边，该周边包括多个向飞机 尾部方向延伸的凸起(例如，V形凸起)。所述方法进一步包括至少靠近所 述凸起向所述第一气体流注射受压第二流体流。在该方法的一个特别方面， 所述凸起一般为三角形，带有从基部区域向飞机尾部定位的尖端区域。第二 流体流在与尖端区域轴向对准的位置沿着顺气流方向注射。在另一个特别方 面，第二流体流可以至少部分地根据发动机操作参数、飞机飞行条件或者这 两者而变化或停止。例如，在飞机处于巡航飞行条件时，可以减小或停止第 二流体流。在另一些方面，第二流体流可以变化(例如，脉冲式变化)。

另一方面涉及制作飞机喷管系统的方法。这样一种方法应用于具有出口 的喷管，该出口周边形状沿着圆周方向变化，并且包括围绕喷管出口周边的 确定目标位置，期望喷气流的湍流动能释放水平在这些位置高于周边周围的 湍流动能释放水平。该方法可以进一步包括在目标位置定位混合改善设备 (例如，涡流发生器、细长延伸部，和/或流体注射孔)。在特别的方面，喷 管包括位于出口周边的凸起，所述凸起具有基本上三角形，尖端从基部向飞 机尾部定位。定位混合改善设备可以包括将各个流体注射孔定位成与相应的 凸起尖端沿着顺气流方向轴向对准，让所述孔从相应尖端向飞机尾部方向定 位并且相对于相应尖端以锐角向内倾斜。

根据另一方面的方法包括以喷气式发动机产生气体流，并通过具有尾部 边缘周边的喷管输送气体流，所述尾部边缘周边包括向飞机尾部方向延伸的 多个凸起。所述方法进一步包括提高流动涡旋强度，降低剪切应力，或者在 靠近凸起的地方增大涡旋强度并降低剪切应力。在另一方面，借助混合改善 设备在尖端区域提高流动涡旋强度/或降低剪切应力。混合改善设备可以包括 涡流发生器、细长延伸部和/或流体注射口。

另一方面涉及包括喷气式发动机出口喷管的飞机系统，该喷管具有带周 边的出口孔，所述周边包括向飞机尾部方向延伸的多个凸起。所述系统可以 进一步包括多个注射流通道，这些注射流通道具有至少位于所述凸起附近的 孔，所述注射流通道与受压气体源耦接。