[发明专利]分开排气式涡扇发动机排气降噪系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种分开排气式涡扇发动机排气降噪系统，属于航空发动机排气系统设计和声学降噪技术领域。

背景技术

在人们对环境保护要求日益迫切的情况下，国际民航组织和各国政府越来越重视对民用飞行器噪声的控制。飞机发动机噪声是飞机噪声中的主要成分之一， 而喷流噪声又是发动机噪声中的重要成分，尤其是在起飞状态下。针对航空发动机排气系统，采取主动的喷流噪声抑制技术是气动声学和航空发动机研究领域的一个重要问题，同时，对改善民用飞机的乘坐舒适性、军用飞机的声隐身性能和一般工业用小型喷嘴射流降噪等方面都具有重要的应用背景。

特定的，大涵道比分开排气式涡扇民用发动机的气动噪声主要来自于风扇、涡轮以及喷流。其中，喷流噪声是高温高速排气与周围大气混合时，由于大速差而产生强烈的湍动，一部分能量以声能形式辐射而形成的，其声功率几乎与喷射速度的8次方成正比，噪声功率的频谱与喷流的结构密切关联，具有明显的指向性，而且噪声强度很难用声学处理方法加以衰减。

为了抑制排气喷流噪声，专利（US4372110，US4720901，US4909346，US5060471，US5722233，US5755092）中提到利用波瓣混合器强化涡扇发动机内外涵道气流混合，或引射外界环境气体进入发动机排气喷管与排气混合，达到降低排气速度，抑制排气噪声的目的，这些技术措施适合混合排气式涡扇发动机排气系统的排气降噪。专利（US5761900）提到了两极引射混合结构的排气降噪技术，但是增加了发动机排气喷管的长度，且不适合分开排气式涡扇发动机。专利（US6360528B1,US6487848B2）提出在发动机排气喷管末端增加锯齿冠状结构，以强化发动机喷流和外界环境气流的混合，以达到衰减排气速度，降低排气噪声的目的，相对于波瓣混合器，锯齿结构产生的流向漩涡强度要弱得多，因而强化混合的效果要差。专利（US6571549B1）构思了位于喷管出口外侧周向布置的脉冲射流发生器，通过产生的脉冲射流对发动机排气射流产生激励，衰减发动机排气速度，达到降噪目的，但是这套装置增加了发动机的复杂程度。

本发明提出了一种结构简单、对发动机排气性能负面影响小的涡扇发动机排气降噪结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、对发动机排气性能影响小的分开排气式涡扇发动机排气降噪系统。

排气降噪系统由外而内依次包括外涵排气通道、内涵排气通道、排气整流内锥；其中外涵排气通道由外涵外壁面和外涵内壁面构成，内涵排气通道由内涵外壁面和排气整流内锥构成；其特征在于：上述外涵排气通道内安装有外涵旋流器；在径向上，外涵旋流器安装于外涵外壁面和外涵内壁面之间；周向上，外涵旋流器均匀布置，旋流器的旋流叶片四个以上；轴向上，外涵旋流器位于外涵排气通道末端，且外涵旋流器与发动机中心轴线有一定的安装角度，该角度在10-30度之间；上述内涵排气通道内安装有内涵旋流器；在径向上，内涵旋流器安装于排气整流内锥和内涵外壁面之间；周向上，内涵旋流器均匀布置，旋流器的旋流叶片四个以上；轴向上，内涵旋流器位于内涵排气通道末端，内涵旋流器与发动机中心轴线有一定的安装角度，该角度在10-30度之间；上述外涵旋流器、内涵旋流器与发动机中心轴线的安装角度相反，即旋向相反。

从本专利中可以看出，外涵旋流器和内涵旋流器的旋向相反。因此，相对于没有旋转的内、外涵排气，逆时针旋转的外涵排气和顺时针旋转的内涵排气在旋转作用下强化了内、外涵排气间的混合，从而降低了排气的速度，达到降低排气噪声的目的。

该发明具有以下优点：内、外涵旋流器结构简单、制造和安装成本低。内、外涵旋流器不会改变分开排气式涡扇排气系统的原有结构。旋流器的数目以及偏转角度可根据排气降噪水平和排气损失间折衷做出选择。旋流器降噪措施相对于其他结构的排气减噪措施，给发动机排气带来的损失小、降噪效果好。

旋流器为本发明中的重要部件，旋流器的安装角度对发动机排气性能和排气噪声抑制效果都产生影响。一般的，安装角度越大，排气气动损失越大，而降噪效果越好。此外，安装角度还应该随着分开排气式涡扇发动机排气系统的尺寸作相应调整。具体的角度值要根据发动机总体对气动和噪声设计要求，通过数值模拟和试验来得到一个优化和折中的结果，基本在10-30度范围内。

同样的，旋流器的旋流叶片个数也是一个需要具体问题具体分析的量。一般的，个数越多，排气气动损失越大，而降噪效果越好，一般建议四个以上。

附图说明

附图1 涡扇发动机排气降噪系统简图（任意视角）；