帶有腔室的噪聲降低裝置的製作方法
2023-07-02 22:25:56 2
專利名稱：帶有腔室的噪聲降低裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在飛機的噴氣式發動機中使用的噪聲降低裝置。本申請基於2009年10月觀日在日本提出申請的特願2009 — 247780號主張優先權，這裡引用其內容。
背景技術：
飛機的噴氣式發動機依次排列有將空氣取入的風扇、將該風扇取入的空氣的一部分取入並壓縮的壓縮機、將由該壓縮機生成的壓縮空氣與燃料混合而使其燃燒的燃燒器、 和通過該燃燒器的燃燒氣體驅動風扇及壓縮機的渦輪。壓縮機、燃燒器及渦輪設置在作為筒狀隔壁的主噴嘴內，風扇設置在主噴嘴的上遊側。風扇取入的空氣的大部分通過設在與覆蓋主噴嘴的外周的殼體(發動機短艙)之間的旁通流路。通過了該旁通流路後的空氣(旁通流)被排出而包圍渦輪的核心流(噴氣流)的外周並與噴氣流合流。該噴氣流與旁通流合流的區域成為噪聲發生源而發生噪聲。為了使該噪聲降低，公開了各種各樣的技術。例如，公開了在主噴嘴的噴出側周緣上設置微噴氣噴嘴、從該微噴氣噴嘴朝向噴氣流與旁通流的合流部微噴氣噴射的技術(例如，參照非專利文獻1)。微噴氣噴嘴經由鋪設在主噴嘴的周圍的配管與噴氣式發動機內的風扇部或壓縮機連通。並且，由風扇或壓縮機生成的壓縮空氣的一部分經由配管向微噴氣噴嘴導引，從該微噴氣噴嘴將壓縮空氣微噴氣噴射。由此，通過微噴氣，將噴氣流與旁通流適當地混合，能夠降低噪聲。在專利文獻1中，公開了削減具有突起部(人字紋)的噴氣式發動機噴嘴的排氣噪聲的系統及方法。專利文獻1所公開的方法包括如下步驟由噴氣式發動機產生氣體的第 1流、通過包括具有向後部方向延伸的多個突起部的後緣周長的噴嘴使第1流送達、將加壓的流體的第2流向接近於突起部的第1流噴射。在專利文獻2中，公開了用來使用振動噴氣降低噴氣式發動機排氣噪聲的裝置。專利文獻1 特表2010 — 518323號公報， 專利文獻2 特開2005 — 195019號公報，
非專利文獻 1 :Brenton Greska 等 4 人』 The Effects of Microjet Injection On an F404 Jet Engine, AIAA2005 - 3047, Ilth AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (26th AIAA Aeroacoustics Conference),23 — 25 May 2005。但是，在上述以往技術中，由於使用配管將壓縮空氣從風扇部或壓縮機向微噴氣噴嘴導引，所以由於配管內的壓力損失而難以高效率地進行微噴氣噴射。例如，在上述的專利文獻1中，由於因人字紋噴嘴而產生速度差，所以產生壓力損失，難以高效率地進行微噴氣噴射。此外，導引壓縮空氣的配管因噴氣式發動機的熱而膨脹，有可能受損或噴射位置偏離。進而，在配管的周圍產生空泡流而發生流體噪聲，或者發生伴隨著配管的振動的附加噪聲。並且，鋪設配管的作業較麻煩，組裝工時增大。除此以外，還存在因鋪設配管時的離差而不能得到微噴氣本來的噪聲降低效果的可能性。在專利文獻2中，用於將振動流朝向發動機廢氣流出而導引的通道由細徑的管構成。因此，細徑的通道內的壓力損失變大，實際上難以供給僅能夠有效地降低發動機排氣噪聲的振動流。此外，在導引振動流的通道中需要安裝氣流控制閥或氣流穩定裝置等附加的裝置。因此，構成裝置的零件件數變多，裝置的構造複雜化，組裝作業性下降。
發明內容
所以，本發明是鑑於上述情況而提出的，其目的在於提供一種能夠高效率地進行微噴氣噴射、並且能夠防止配管的損傷、防止配置位置的偏離的噪聲降低裝置。此外，提供一種能夠防止伴隨著配管的振動的附加噪聲、並且能夠提高組裝作業性的噪聲降低裝置。本發明第1技術方案所涉及的帶有腔室的噪聲降低裝置的特徵在於，在噴氣式發動機內連接比燃燒器靠上遊側的流路、與設在上述噴氣式發動機的主噴嘴的噴出側周緣上的多個微噴氣噴嘴的供給路徑的中途設有腔室；將上述流路的壓縮空氣的一部分經由上述供給路徑先向上述腔室內供給，使上述壓縮空氣從該腔室經由上述多個微噴氣噴嘴朝向從上述主噴嘴噴出的噴氣流噴射。通過這樣構成，能夠確保從比燃燒器靠上遊側的流路到微噴氣噴嘴之間的空間較大。因此，能夠降低以往那樣因配管產生的壓力損失，通過向腔室均勻地施加壓力，向周向噴射均勻的微噴氣，能夠高效率地降低噪聲。此外，由於代替配管而設有腔室，所以能夠削減配管，並相應地能夠防止因噴氣式發動機的熱產生的配管的損傷、防止配置位置的偏差。進而，由於腔室的構造較簡單，所以與配管的鋪設作業相比能夠容易地組裝。因此，能夠提高組裝作業性。本發明第2技術方案所涉及的帶有腔室的噪聲降低裝置的特徵在於，上述腔室設在上述主噴嘴的外周面、並且上述微噴氣噴嘴的附近。通過這樣構成，能夠減少主噴嘴的外周面上的配管的露出。因此配管減少，相應地能夠抑制空泡流，防止伴隨著配管的振動的附加噪聲，並且能夠降低短艙阻力，提高噴氣式發動機的空氣動力性能。此外，由於能夠將從腔室到微噴氣噴嘴前端之間的距離設定得較短，所以相應地能夠更可靠地降低壓縮空氣的壓力損失。因此，能夠更高效率地進行微噴氣噴射。本發明第3技術方案所涉及的帶有腔室的噪聲降低裝置的特徵在於，上述腔室具有構成上述主噴嘴的內周部的一部分的內周壁部，和構成上述主噴嘴的外周部的一部分、 並且覆蓋上述內周壁部地形成的外周壁部；上述壓縮空氣取入形成在這些內周壁部與外周壁部之間的空間。
通過這樣構成，能夠將主噴嘴的外表面平滑地形成，更可靠地防止空泡流，並且能夠更可靠地降低短艙阻力。因此，能夠更可靠地抑制附加噪聲的發生。此外，能夠使腔室的構造更簡單化，防止主噴嘴的大型化。除此以外，能夠進一步提高組裝作業性。根據本發明，能夠確保從比燃燒器靠上遊側的流路到微噴氣噴嘴之間的空間較大。因此，能夠降低以往那樣因配管產生的壓力損失，通過向腔室均勻地施加壓力，向周向噴射均勻的微噴氣，能夠高效率地降低噪聲。此外，由於代替配管而設有腔室，所以能夠削減配管，並相應地能夠防止因噴氣式發動機的熱產生的配管的損傷、防止配置位置的偏離。進而，由於腔室的構造較簡單，所以與配管的鋪設作業相比能夠容易地組裝。因此，能夠提高組裝作業性。此外，能夠減少主噴嘴的外周面上的配管的露出。因此配管減少，相應地能夠抑制空泡流，防止伴隨著配管的振動的附加噪聲，並且能夠降低短艙阻力，提高噴氣式發動機的空氣動力性能。進而，由於能夠將從腔室到微噴氣噴嘴前端之間的距離設定得較短，所以相應地能夠更可靠地降低壓縮空氣的壓力損失。因此，能夠更高效率地進行微噴氣噴射。
圖1是表示本發明的實施方式的噴氣式發動機的概略結構的示意剖視圖； 圖2是本發明的實施方式的噪聲降低裝置的立體圖3是沿著圖2的A — A線的剖視圖； 圖4是圖3的B部放大圖5是表示本發明的實施方式的噴氣流及空氣流的說明圖6是表示驗證由本發明的噪聲降低裝置具備的腔室產生的壓力損失降低的效果的結果的圖。附圖標記說明
1 噪聲降低裝置，2 殼體，3 筒狀隔壁(主噴嘴)，4 壓縮機，5 流路，12 燃燒器，17 腔室，18 內周壁部，18a、62 外凸緣部，20 供給路徑，22 外周壁部，63 微噴氣噴嘴，63a: 第一配管部，6 第二配管部，100 噴氣式發動機，A 空氣，K 空間，X 噴氣流。
具體實施例方式(噴氣式發動機)
接著，基於圖1 圖5說明本發明的實施方式。圖1是表示本發明所涉及的噪聲降低裝置1所適用的噴氣式發動機100的概略結構的示意剖視圖。如圖1所示，噴氣式發動機100具備筒狀的殼體2、一部分從殼體2的噴出側周緣 (後緣) 突出而內插的筒狀隔壁3、和從上遊側向下遊側沿著中心軸線Cl依次排列在殼體 2內的風扇11a、壓縮機4、燃燒器12、及渦輪13。此外，在噴氣式發動機100的筒狀隔壁3 的噴出側(圖1中的右側)設有噪聲降低裝置1。
使筒狀隔壁3內為高速的噴氣流X流動的流路5。使筒狀隔壁3與殼體2之間為低速的旁通流Y流動的流路6。噴氣式發動機100的殼體2及筒狀隔壁3具有作為形成噴氣式發動機100的外形的發動機短艙的功能。殼體2將筒狀隔壁3的外周一部分覆蓋。殼體2的上遊側的開口作為將空氣A取入的空氣取入口 2A發揮功能，另一方面， 殼體2的下遊側的開口作為將旁通流Y排出的旁通流排出口 2B發揮功能。旁通流Y是從空氣取入口 2A取入的空氣A中沒有被取入到壓縮機4中的空氣A， 是在筒狀隔壁3與殼體2之間流動的低速的流體。噴氣流X是從渦輪13排氣而在筒狀隔壁3內流動的流體，是比旁通流Y高速的流體。在殼體2的外側，外氣流Z沿著該外周面流動。即，外氣流Z是在旁通流Y的外側流動的低速的流體。筒狀隔壁3相對於殼體2沿著中心軸線Cl方向稍稍向下遊側偏移而配設，將噴氣流X流動的流路5與旁通流Y流動的流路6分隔。在殼體2內的上遊側端部附近、筒狀隔壁3的上遊設置有風扇11a。風扇Ila從外部將空氣A取入。在比風扇Ila靠下遊側、筒狀隔壁3內設置有壓縮機4。壓縮機4將風扇Ila取入的空氣A的一部分取入並壓縮。在比壓縮機4靠下遊側、筒狀隔壁3內設置有燃燒器12。燃燒器12向壓縮機4壓縮的空氣A混合燃料而使其燃燒，將燃燒氣體排出。在比燃燒器12靠下遊側、筒狀隔壁3內配置有渦輪13。渦輪13通過燃燒器12排出的燃燒氣體驅動風扇Ila及壓縮機4。這樣構成的噴氣式發動機100的殼體2及筒狀隔壁3經由延伸到噴氣流X及旁通流Y的下遊側的外掛架8吊設在未圖示的飛機的機翼上。外掛架8是沿與殼體2及筒狀隔壁的中心軸線Cl正交的方向延伸的部件，具有從殼體2向下遊側延伸的突出部8A。筒狀隔壁3作為將噴氣流X排出的主噴嘴發揮功能，在該筒狀隔壁3的外周部設有噪聲降低裝置1。(噪聲降低裝置)
圖2是噪聲降低裝置1的立體圖，圖3是沿著圖2的A — A線的剖視圖，圖4是圖3的 B部放大圖。如圖1 圖4所示，噪聲降低裝置1具有設在筒狀隔壁3的外周部的腔室17，和在該腔室17的下遊側(圖1、圖2中的右側)、並且沿著筒狀隔壁3的噴出側周緣3A設有多個的微噴氣噴嘴63。另外，多個微噴氣噴嘴63都是相同形狀，所以在圖2中僅圖示1個微噴氣噴嘴63，將其他的微噴氣噴嘴63的圖示省略。腔室17由不鏽鋼(例如，SUS321)或鉻鎳鐵合金等形成，具有構成筒狀隔壁3的內周部的一部分的圓筒狀的內周壁部18。S卩，內周壁部18形成為隨著朝向噴出側(下遊側)而縮徑的側視大致圓錐臺狀，下遊側端部的內徑與筒狀隔壁3的內周面的上遊側端部的外徑相等。在內周壁部18的上遊側周緣上，一體成形有外凸緣部18a。該外凸緣部18a是用來將內周壁部18固定在筒狀隔壁3上的部件，在周向上以等間隔形成有多個螺栓孔(未圖示)。另一方面，在筒狀隔壁3的對應於螺栓孔的位置上刻設有凹螺紋部，通過從內周壁部 18側將未圖示的螺栓擰在凹螺紋上，能夠將內周壁部18鎖緊固定在筒狀隔壁3上。在外凸緣部18a上避開未圖示的螺栓孔的位置上，在周向上以等間隔形成有多個空氣取入口 19。該空氣取入口 19經由設在筒狀隔壁3上的供給路徑20連接在比燃燒器12靠上遊側的流路5上。供給路徑20的一端經由未圖示的接頭連接在外凸緣部18a的空氣取入口 19上。由此，將風扇部11或壓縮機4壓縮的空氣A的一部分取入到腔室17中。此外， 在供給路徑20的中途設有閥21。另外，作為供給路徑20，例如使用聚四氟乙烯(註冊商標)管等。通過使用聚四氟乙烯(註冊商標)管，除了能夠防止因發動機的熱伸長造成的管的破損以外，還能夠降低管摩擦損失而高效率地噴射。在內周壁部18的下遊側周緣上，一體地成形有外凸緣部62。在外凸緣部62上，在周向上以等間隔形成有多個貫通孔65，在這些貫通孔65中分別插入微噴氣噴嘴63。在內周壁部18的外周側，設有跨越兩個外凸緣部18a、62而覆蓋內周壁部18地形成的圓筒狀的外周壁部22。外周壁部22沿著內周壁部18的延伸方向地形成為側視大致圓錐臺狀，構成筒狀隔壁3的外周部的一部分。即，外周壁部22的外周面的上遊側端部的外徑與筒狀隔壁3的外周面的下遊側端部的外徑相等(參照圖1)。外周壁部22的上遊側周緣部通過焊接等固定在內周壁部18的外凸緣部18a上， 並且外周壁部22的下遊側周緣部通過焊接等固定在內周壁部18的外凸緣部62上。由風扇Ila或壓縮機4壓縮的空氣A的一部分取入由這樣固定的外周壁部22和內周壁部18包圍的空間K。安裝在內周壁部18的外凸緣部62上的微噴氣噴嘴63由配管形成。微噴氣噴嘴 63由沿著筒狀隔壁3的外周面並且沿著軸向延伸的第一配管部63a、和從第一配管部63a 的前端沿著筒狀隔壁3的噴出側周緣3A並且朝向中心軸線Cl斜向延伸的第二配管部6 構成。第一配管部63a與腔室17的外凸緣部62的連接部通過焊接等確保密封性。此外，第二配管部63b的傾斜角度θ相對於中心軸線Cl設定為30 45度，能夠使取入到腔室17中的空氣A向從噴氣流排出口 16Α排出的噴氣流X可靠地噴射。這裡，筒狀隔壁3的噴出側周緣3Α形成為能夠將第二配管部6 配置成希望的角度，其壁厚隨著朝向下遊而變薄。這裡，如圖4詳細表示那樣，筒狀隔壁3隨著朝向下遊而逐漸縮徑。並且，微噴氣噴嘴63設置成其前端部、即第二配管部6 的前端部沿著筒狀隔壁3的噴出側周緣3A。因而，成為在筒狀隔壁3的狹道SP處配置微噴氣噴嘴63的噴射口的狀態。(作用)
接著，對噴氣式發動機100及噪聲降低裝置1的作用進行說明。如圖1所示，在飛機的起飛時，首先，使風扇Ila旋轉而從空氣取入口 2A取入空氣 A。該空氣A的一部分被壓縮機4壓縮、在燃燒器12中與燃料混合而燃燒。在渦輪13中，通過從燃燒器12排出的燃燒氣體產生風扇Ila及壓縮機4的驅動力。然後，通過由渦輪13產生的驅動力，風扇Ila旋轉而將空氣A取入。
通過這樣的動作，噴氣流流到筒狀隔壁3內的流路5中、並從噴氣流排出口 16A排出。此外，旁通流Y流到筒狀隔壁3與殼體2之間的流路6中、並從旁通流排出口 2B排出。 結果，得到推進力而飛機起飛。此時，將閥21打開，將由風扇Ila或壓縮機4壓縮的空氣A的一部分取入到腔室 17內。並且，如果腔室17內的空氣A升高到規定的壓力，則該空氣A經由微噴氣噴嘴63朝向噴氣流X噴射。圖5是表示進行微噴氣噴射時的噴氣流X及空氣A的氣流的說明圖。在圖5中，噴氣流X的比筒狀隔壁3的狹道SP靠上遊側為壓力較高的區域。另一方面，比狹道SP靠下遊側與上遊側相比為壓力較低的區域。因而，微噴氣噴射成為被朝向壓力較低的區域噴射，所以不會將腔室17內的壓力提高的所需以上，能夠確保充分的流量。並且，在狹道SP之後、即從狹道SP朝向下遊以相對於軸向成銳角地進行噴射。這裡，由於不會將腔室內的壓力提高的需要以上，所以配管內的馬赫數不會變高， 能夠降低供給路徑20內的空氣A的壓力損失。進而，能夠將產生壓力損失的路徑大致僅限定於微噴氣噴嘴63。此外，由於腔室17相鄰於微噴氣噴嘴63的上遊側而配置，所以能夠將微噴氣噴嘴 63形成為其軸向的長度儘可能短。因此，能夠將產生壓力損失的微噴氣噴嘴63的長度設定得儘可能短，能夠將壓力損失抑制在最小限度。將對本實施方式所涉及的噪聲降低裝置1驗證通過在微噴氣噴嘴63的上遊側設置腔室17產生的壓力損失降低的效果的結果表示在圖6中。圖6所示的驗證結果是抽取從比燃燒器12靠上遊側的流路5經過腔室17達到微噴氣噴嘴63的部位，圖示了其軸向位置的全壓損失係數(％)。在圖6中，橫軸表示軸向位置，縱軸表示全壓損失係數(％)。圖6所示的驗證通過使用以下的條件對各個軸向位置的全壓損失係數進行數值解析來進行。流路5的內徑Φ 5_，32條
微噴氣出口面積噴射管內徑Φ3. 15 (mm) Xsqrt (32條/20條)=Φ3. 52mm 如圖6所示，全壓損失係數在腔室17與微噴氣噴嘴63的連接位置、即軸向位置為0. 1 (m)的部位處急劇地增加。這認為是由於與截面積較大的腔室17相比、微噴氣噴嘴63的截面積較小，所以全壓損失增加的緣故。但是，由於微噴氣噴嘴63的截面積較小，所以即使如圖6所示那樣全壓損失急劇地增加，微噴氣噴嘴63的全壓損失的增加也停留在10%到20% 的程度。這裡，在如圖6中用虛線表示那樣沒有設置腔室17的情況下，與圖6所示的軸向位置為0. 1 (m)的位置處的全壓損失的增加同樣，從作為流路5與腔室17的連接位置的軸向位置為一 0. 18 (m)的位置起，全壓損失急劇地增加。可知如果從軸向位置為一 0. 18 (m) 的位置起、與軸向位置為0. 1 (m)的位置同樣全壓損失增加，則微噴氣噴嘴63的出口處的全壓損失超過50 (%)。由圖6所示的結果可知，腔室17的存在是飛機用發動機中為了在現實上進行微噴氣噴射而不可或缺的機構。這是由於通過腔室17存在，能夠根據腔室部體積抑制全壓損失的緣故。這樣，在本實施方式所涉及的噪聲降低裝置中，由於具備腔室17，所以使用於噴射微噴氣的來自發動機的抽氣壓力的損失大幅降低，不需要來自壓縮器的大量的抽氣。進而，如果驅動噴氣式發動機100，則各零件的溫度上升，但由於與以往的配管相比、腔室17是由內周壁部18和外周壁部22形成的空間，所以即使熱伸長也不會導致配管的破損。由此，能夠進行穩定的微噴氣噴射。微噴氣噴射出的空氣A到達排出的噴氣流X與旁通流Y合流的區域，使兩者良好地混合。由此，使因噴氣流X與旁通流Y的合流產生的噪聲降低。(效果)
根據上述實施方式，在微噴氣噴嘴63與壓縮機4之間設置腔室17，將由風扇Ila或壓縮機4壓縮的空氣A、即比燃燒器12靠上遊側的流路5的壓縮空氣先供給到腔室17內，從該腔室17經由微噴氣噴嘴63進行微噴氣噴射。因此，能夠降低以往成為問題的因配管帶來的壓力損失。由此，能夠高效率地進行微噴氣噴射。此外，由於代替配管而設置腔室17，所以能夠將在從風扇部11或壓縮機4到微噴氣噴嘴63之間使用的配管的一部分削減。微噴氣噴嘴63及腔室17與以往的配管相比能夠將相對於熱膨脹的破損風險抑制得較小，所以能夠防止因配管破損造成的壓力洩漏。除此以外，通過使用腔室17，沒有了空氣A的流路位置偏離的可能性，所以能夠進行穩定的微噴氣噴射。進而，由構成筒狀隔壁3的內周部的一部分的圓筒狀的內周壁部18、和覆蓋內周壁部18地形成的外周壁部22來構成腔室17，向由這些內周壁部18和外周壁部22包圍的空間K取入由風扇Ila或壓縮機4壓縮的空氣A的一部分。因此，能夠使腔室17的構造簡單化，並且能夠防止筒狀隔壁3的大型化。除此以外，僅通過由未圖示的螺栓將內周壁部18的外凸緣部18a鎖緊固定在筒狀隔壁3上即能夠完成組裝作業。因此，與以往那樣的配管的鋪設作業相比，能夠提高組裝作業性。此外，由於腔室17的外周壁部22構成筒狀隔壁3的周圍，所以配管等不會露出到外部，能夠防止空泡流，防止隨之產生的附加噪聲。進而，能夠降低噴氣式發動機100的短艙阻力，能夠提高空氣動力性能。本發明所涉及的帶有腔室的噪聲降低裝置能夠高效率地進行微噴氣噴射，並且能夠防止配管的損傷、防止配置位置的偏離。此外，本發明所涉及的帶有腔室的噪聲降低裝置能夠防止伴隨著配管的振動的附加噪聲，並且能夠提高組裝作業性。
權利要求
1.一種帶有腔室的噪聲降低裝置，其特徵在於，在噴氣式發動機內連接比燃燒器靠上遊側的流路、與設在上述噴氣式發動機的主噴嘴的噴出側周緣上的多個微噴氣噴嘴的供給路徑的中途設有腔室；將上述流路的壓縮空氣的一部分經由上述供給路徑先向上述腔室內供給，使上述壓縮空氣從該腔室經由上述多個微噴氣噴嘴朝向從上述主噴嘴噴出的噴氣流噴射。
2.如權利要求1所述的帶有腔室的噪聲降低裝置，其特徵在於， 上述腔室設在上述主噴嘴的外周面、並且上述微噴氣噴嘴的附近。
3.如權利要求2所述的帶有腔室的噪聲降低裝置，其特徵在於，上述腔室具有構成上述主噴嘴的內周部的一部分的內周壁部，和構成上述主噴嘴的外周部的一部分、並且覆蓋上述內周壁部地形成的外周壁部，將上述壓縮空氣取入形成在這些內周壁部與外周壁部之間的空間。
全文摘要
本發明的帶有腔室的噪聲降低裝置在噴氣式發動機內連接比燃燒器靠上遊側的流路、與設在噴氣式發動機的主噴嘴的噴出側周緣上的多個微噴氣噴嘴的供給路徑的中途設有腔室(17)；將流路的壓縮空氣的一部分經由供給路徑先向腔室(17)內供給，使壓縮空氣從該腔室(17)經由多個微噴氣噴嘴(63)朝向噴氣流噴射。
文檔編號F02K1/34GK102575616SQ201080048438
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月27日 優先權日2009年10月28日
發明者大庭芳則, 大石勉, 楠田真也, 田中望 申請人:株式會社Ihi