減少噴氣發動機進氣口渦流的裝置的製作方法

2023-06-10 05:27:56 4

專利名稱：減少噴氣發動機進氣口渦流的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種裝有飛機渦輪壓縮機的噴氣發動機在其試驗運轉期間減少進氣口渦流的裝置。
在噴氣發動機的常規檢測中，在地面進行靜態試驗運行是必不可少的，在這種試驗中，發動機被加載到其極限能力。為此，飛機製造廠指出在試驗運行期間必須考慮到相對飛機軸向的風向而定的風速上限。產生這些限制的必要性來自下列事實在噴氣發動機的進氣流處於不利的風的條件時，大範圍的渦流結構、尤其是由集中的強的來自地面的散射的單個的渦流所產生非常高的速度場擾動。這些渦流可能引起發動機運轉的故障，還可能縮短發動機的壽命。因此在發動機的試驗中，置於風中的飛機應儘可能地把飛機置於使發動機經受前方軸向吹來的風。
通常，正如在德國專利3722112(相應於美國專利4958700)的例子所描述的，不論是否具有固定於地面的噪聲防護設施，飛機試驗位置的實際方向是預先確定的。當建造防護設施時，常常不能考慮場地的主要風向，而現成的試驗區決定了所要的噪音防護。因此在這種情況下，進行試驗的數量在這些先決條件下可能會大受限制。這是因為由於不利的氣流、或由於靠近噪音防護裝置的壁或邊緣，上述渦流構造很可能會產生、並可能發展成較高的強度。
進入發動機渦輪壓縮機的空氣量取決於其類型，而局部進氣流的速度顯然可大於100米/秒。在這種進氣流中，通常會產生集中的渦流，並以氣團形式繞軸轉動。這些渦流可能來自於一個附近的壁、一個附近的邊緣，也可能來自於地面。渦流的軸線從其原生點直到進入發動機入口是可目測的。在這種情況下，這個渦流不是靜態的，但它的起始點在移動，該軸線會變形，進入發動機的位置亦會改變。通常在渦流產生不久以後，集中的渦流的移動範圍穩定在發動機前方的一定的範圍內，渦流的起始點在發動機進口前方地面的附面層內來回移動。此時渦流達到其最高強度，該渦流強度決定了發動機的壓縮機以渦流形式和在發動機的燃燒室內以臨界條件的形式造成故障的大小，從而可能導致發動機緊急關機的事故。
因此，本發明的目的是研製一種裝置，通過該裝置，能夠避免出現上述臨界條件，或能減少其出現的次數。
該發明目的可由採用一個本發明的柵欄來達到。該柵欄具有一個短的大致垂直延伸的風道，放置在靠近地面、發動機進口的下方和正前方。通過採用這種柵欄裝置作為氣流格柵，決定性地隔斷了在地面邊界層內產生集中渦流。令人意想不到的是，由於採用了這樣的柵欄，決定性地隔斷了集中渦流的形成，從而使吹風條件得到改善。而原來預計為通常在這類試驗位置上採用光滑的混凝土地面卻並不能導致改進吹風條件。
在這種情況下，如果柵欄為半圓形，其半徑為發動機入口直徑的兩倍是有利的。另外，柵欄的中心點最好處於發動機入口中心的大致垂直的下方。
柵欄網格的寬度應大致與網格的高度或柵欄的高度相對應。
如果由柵欄網格形成的風道的長度及其寬度不超過發動機渦輪壓縮機最小的葉片距離，這種情況是非常有利的。因為這樣僅會產生散射的小型結構的渦流，而不再可能匯集成強的單個的渦流到達發動機入口。柵欄效果的強化能通過柵欄的風道構成離開發動機的朝上的軸線來達到。
發動機離地面的不同的高度可通過調節柵欄與地面的距離來進行考慮。
下面將參照附圖來進一步描述本發明的實施例的結構和功能。


圖1表示一架處於噪聲防護設施中帶有柵欄的飛機的平面圖，圖2表示地面上設立的柵欄的縱向剖視圖，發動機入口位於它的上方，圖3為柵欄的較為詳細的平面視圖，圖4為圖3柵欄的縱向剖視圖。
正如圖1所示，一架置於試驗運行準備狀態的飛機在其各側均由噪音防護設施圍繞，該設施已先見於德國專利3722112的例子中(相應美國專利4958700)，它包括橫向噪音防護壁2和3，後部的反射格柵4和襯有噪音吸收裝置的擺動門5和6。
作為例子，飛機1具有四臺噴氣發動機7，該發動機包括一臺渦輪壓縮機和一個燃燒室。在每臺發動機7下方靠近地面處裝有柵欄9。這些柵欄9具有半圓的形狀，其半徑為r，r為相應發動機進口10的直徑d的兩倍。對大飛機1的發動機7的直徑d而言，通常值為1.5m≤d≤2.5m，作為一個特例d≈2m。因此，柵欄9的半徑r採用3m＜r＜5m，作為一個特例r≈4m。該半圓形柵欄9的中心點11大約位於發動機進口10中心的垂直下方。
從圖2可以看出柵欄9與發動機7的組合情況。柵欄9通過支架13支在地面8上方的一定距離上，該距離a可按照地面8上方的發動機7的相應高度進行調節。實際上，距離a採用50mm≤a≤200mm，作為一個特例a為100mm。
圖3和4詳細示出的柵欄9包括構成一短風道14的網格15，這種風道14的寬度b和高度c大致是相等的。
正如圖3和4所示，柵欄9由所謂的金屬網或菱形網格所構成，它們由衝壓和變形的金屬板製成的。由衝壓變形而產生的腹板形成風道14的側壁16，風道14的中心軸線相對於地面8傾斜，傾角e大於45°(見圖2)。
為了得到一個散射的小結構的向上渦流、並避免產生強的單獨的到達發動機進口10的渦流，風道14的寬度b和高度c不應超過發動機7的壓縮機的最小葉片距離。因此，作為一例子b≈35mm，c≈30mm。
將強的單個的渦流化為小結構的渦流的預期效果還由於下列事實而得到增強風道14的側壁16並不設置成垂直於地面8，然而風道14的中心軸線17以向上傾斜的方式朝向離開發動機7的方向。
通過在發動機進口10的下方安置了柵欄9意味著可以防止產生強的進氣渦流，或至少能大大減少進氣渦流。因而能可觀地增強了用於發動機試驗中的這類噪聲防護設施的使用價值，這就增進了用戶對這些噪聲防護設施的認可，並因此有效地減少環境汙染。
權利要求
1.一種減少具有飛機渦輪壓縮機的噴氣發動機在其試驗運行期間的進氣口渦流的裝置，其特徵在於在靠近地面(8)的上方、發動機進口(10)下方和正前方設置一個具有短的大致呈垂直延伸的風道(14)的柵欄(9)。
2.按照權利要求1的裝置，其特徵在於該柵欄(9)為半圓形，其半徑(r)相應為發動機進口(10)的直徑(d)的兩倍。
3.按照權利要求1或2的裝置，其特徵在於柵欄(9)的中心點(11)大致位於發動機進口(10)的中心(12)的垂直下方。
4.按照權利要求1至3中任一項的一個裝置，其特徵在於柵欄(9)的網格(15)的寬度(b)大致與網格(15)的高度(c)相對應，或與柵欄(9)的高度相對應。
5.按照權利要求4的裝置，其特徵在於由柵欄(9)的網格(15)形成的風道(14)的高度(c)及網格(15)的寬度(b)不超過發動機(7)渦輪壓縮機的最小葉片距離。
6.按照權利要求4或5的裝置，其特徵在於每個柵欄(9)的風道(14)包括與地面(8)傾斜的中心軸線(17)。
7.按照權利要求1至6中任一項的一個裝置，其特徵在於從柵欄(9)到地面(8)的距離是可調的。
8.按照權利要求2的裝置，其特徵在於就柵欄(9)的半徑r而言，它採用3m＜r＜5m。
9.按照權利要求1至8中任一項的一個裝置，其特徵在於柵欄(9)置於地面(8)上方的某一距離(9)上，該距離採用50mm＜a＜200m，最好為a≈100mm。
全文摘要
為了減少具有飛機渦輪壓縮機的噴氣發動機在試驗運行期間的進氣口渦流，提供一種裝置，裝置包括置於靠近地面(8)、發動機入口(10)的下方和正前方的柵欄(9)，該柵欄(9)包括短的大致垂直延伸的風道(14)。
文檔編號G01M15/04GK1109553SQ9411715
公開日1995年10月4日 申請日期1994年10月21日 優先權日1993年10月21日
發明者謝夫豪普特·豪斯特, 約瑟夫·保爾曼 申請人:雷恩郝德·瑪拉公司