[發明專利]分開排氣式渦扇發動機排氣降噪系統

有效

• 申請號: 201410546732.0
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104405530A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 單勇;譚曉茗;張靖周
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02K1/46
• 分類號: F02K1/46;F02K3/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明涉及一種分開排氣式渦扇發動機排氣降噪系統，屬于航空發動機排氣系統設計和聲學降噪技術領域。

背景技術

在人們對環境保護要求日益迫切的情況下，國際民航組織和各國政府越來越重視對民用飛行器噪聲的控制。飛機發動機噪聲是飛機噪聲中的主要成分之一，?而噴流噪聲又是發動機噪聲中的重要成分，尤其是在起飛狀態下。針對航空發動機排氣系統，采取主動的噴流噪聲抑制技術是氣動聲學和航空發動機研究領域的一個重要問題，同時，對改善民用飛機的乘坐舒適性、軍用飛機的聲隱身性能和一般工業用小型噴嘴射流降噪等方面都具有重要的應用背景。

特定的，大涵道比分開排氣式渦扇民用發動機的氣動噪聲主要來自于風扇、渦輪以及噴流。其中，噴流噪聲是高溫高速排氣與周圍大氣混合時，由于大速差而產生強烈的湍動，一部分能量以聲能形式輻射而形成的，其聲功率幾乎與噴射速度的8次方成正比，噪聲功率的頻譜與噴流的結構密切關聯，具有明顯的指向性，而且噪聲強度很難用聲學處理方法加以衰減。

為了抑制排氣噴流噪聲，專利（US4372110，US4720901，US4909346，US5060471，US5722233，US5755092）中提到利用波瓣混合器強化渦扇發動機內外涵道氣流混合，或引射外界環境氣體進入發動機排氣噴管與排氣混合，達到降低排氣速度，抑制排氣噪聲的目的，這些技術措施適合混合排氣式渦扇發動機排氣系統的排氣降噪。專利（US5761900）提到了兩極引射混合結構的排氣降噪技術，但是增加了發動機排氣噴管的長度，且不適合分開排氣式渦扇發動機。專利（US6360528B1,US6487848B2）提出在發動機排氣噴管末端增加鋸齒冠狀結構，以強化發動機噴流和外界環境氣流的混合，以達到衰減排氣速度，降低排氣噪聲的目的，相對于波瓣混合器，鋸齒結構產生的流向漩渦強度要弱得多，因而強化混合的效果要差。專利（US6571549B1）構思了位于噴管出口外側周向布置的脈沖射流發生器，通過產生的脈沖射流對發動機排氣射流產生激勵，衰減發動機排氣速度，達到降噪目的，但是這套裝置增加了發動機的復雜程度。

本發明提出了一種結構簡單、對發動機排氣性能負面影響小的渦扇發動機排氣降噪結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、對發動機排氣性能影響小的分開排氣式渦扇發動機排氣降噪系統。

排氣降噪系統由外而內依次包括外涵排氣通道、內涵排氣通道、排氣整流內錐；其中外涵排氣通道由外涵外壁面和外涵內壁面構成，內涵排氣通道由內涵外壁面和排氣整流內錐構成；其特征在于：上述外涵排氣通道內安裝有外涵旋流器；在徑向上，外涵旋流器安裝于外涵外壁面和外涵內壁面之間；周向上，外涵旋流器均勻布置，旋流器的旋流葉片四個以上；軸向上，外涵旋流器位于外涵排氣通道末端，且外涵旋流器與發動機中心軸線有一定的安裝角度，該角度在10-30度之間；上述內涵排氣通道內安裝有內涵旋流器；在徑向上，內涵旋流器安裝于排氣整流內錐和內涵外壁面之間；周向上，內涵旋流器均勻布置，旋流器的旋流葉片四個以上；軸向上，內涵旋流器位于內涵排氣通道末端，內涵旋流器與發動機中心軸線有一定的安裝角度，該角度在10-30度之間；上述外涵旋流器、內涵旋流器與發動機中心軸線的安裝角度相反，即旋向相反。

從本專利中可以看出，外涵旋流器和內涵旋流器的旋向相反。因此，相對于沒有旋轉的內、外涵排氣，逆時針旋轉的外涵排氣和順時針旋轉的內涵排氣在旋轉作用下強化了內、外涵排氣間的混合，從而降低了排氣的速度，達到降低排氣噪聲的目的。

該發明具有以下優點：內、外涵旋流器結構簡單、制造和安裝成本低。內、外涵旋流器不會改變分開排氣式渦扇排氣系統的原有結構。旋流器的數目以及偏轉角度可根據排氣降噪水平和排氣損失間折衷做出選擇。旋流器降噪措施相對于其他結構的排氣減噪措施，給發動機排氣帶來的損失小、降噪效果好。

旋流器為本發明中的重要部件，旋流器的安裝角度對發動機排氣性能和排氣噪聲抑制效果都產生影響。一般的，安裝角度越大，排氣氣動損失越大，而降噪效果越好。此外，安裝角度還應該隨著分開排氣式渦扇發動機排氣系統的尺寸作相應調整。具體的角度值要根據發動機總體對氣動和噪聲設計要求，通過數值模擬和試驗來得到一個優化和折中的結果，基本在10-30度范圍內。

同樣的，旋流器的旋流葉片個數也是一個需要具體問題具體分析的量。一般的，個數越多，排氣氣動損失越大，而降噪效果越好，一般建議四個以上。

附圖說明

附圖1?渦扇發動機排氣降噪系統簡圖（任意視角）；