專利名稱：包含具有可變空隙率的減音套的導(dǎo)氣管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在氣流管中減少噪音的領(lǐng)域，特別是在氣體渦輪引擎的氣流管中減少噪音的領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
用于例如飛機或直升機的飛行器的氣體渦輪引擎沿氣流方向從上游到下游通常包含，一個或多個壓縮機級，燃燒室，一個或多個渦輪級和例如排氣管這樣的氣體排放裝置。對于引擎制造商的一永恒的問題是為了乘客和飛機飛過區(qū)域的居民的舒適度而減小噪音。特別是，直升機飛臨居民區(qū)，其排氣管的噪音形成它們所產(chǎn)生總噪音的相當(dāng)部分。離開排氣管的噪音的衰減可通過使用形成排氣管內(nèi)壁，即形成氣道外套的減音套而獲 得。這樣的套可例如包括形成一個或多個共鳴腔的穿孔金屬板，每個腔和一個或多個孔的組件形成一亥姆霍茲共振器。所述腔可具有例如蜂窩型或管型的結(jié)構(gòu)。這樣的衰減套或聲學(xué)處理通常已知可使音頻衰減到平均，例如在0. 8-5kHz之間。該處理的音頻主要取決于共鳴腔的深度，由此設(shè)定其尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是推薦一種用于導(dǎo)氣的管，該管包含減音套，所述減音套以很小的成本使噪音可簡單地有效衰減，而且不包含重的和/或大的裝置。本發(fā)明適合應(yīng)用于衰減離開直升機氣體渦輪引擎的噴管的噪音。然而，申請人解決了在由氣流穿過的管中減噪的更多常規(guī)問題，并意圖延伸其對此應(yīng)用的權(quán)利的范圍。正因為此，本發(fā)明涉及用于沿氣道導(dǎo)氣的管，包含一減音套，該套包含一限定氣道的壁，和至少一個共鳴腔，所述壁由孔穿透，以將氣道與所述用于減音的共鳴腔流體連通，其特征在于，所述孔具有大致相等的直徑，所述管設(shè)置為從上游至下游引導(dǎo)氣體，所述壁的表面區(qū)域每單位所述孔的數(shù)量從上游到下游沿著所述氣道持續(xù)減小，以沿所述氣道賦與所述壁大致恒定的聲阻?！翱锥疵芏取北硎舅霰诘谋砻鎱^(qū)域每單位的孔洞數(shù)量；換句話說，所述壁上的孔洞密度對應(yīng)于所述壁的孔隙率孔洞密度越大，所述壁的孔隙越多。此密度的持續(xù)演變意味著數(shù)學(xué)意義上的持續(xù)演變，這就是說，一漸進的演變，其變化(離散)的值遵循一連續(xù)的數(shù)學(xué)曲線。根據(jù)本發(fā)明，聲音衰減以極大的方式改進，并可特別沿著氣道優(yōu)化，孔的密度是所述壁的聲阻的定義的一重要參數(shù)；由于孔的密度沿氣道持續(xù)演化，因此所述壁的聲阻沿所述通道可適合于其他參數(shù)的持續(xù)變化，這使得可優(yōu)化此聲阻，因此可優(yōu)化作為沿所述管壁的位置的函數(shù)的聲學(xué)衰減。這顯然使得可沿所述管壁考慮聲級的演變、氣體的流速，或者它們的溫度，它們也影響所述壁的阻值。最后，依靠孔隙率的變化，可補償沿氣道的氣體流速或聲級的變化，以沿氣道賦予所述壁大致恒定的阻力。本發(fā)明的目的不是增加可由同樣的套減弱的頻率帶，而是優(yōu)化一具體頻率帶，例如平均頻率在0. 8-5kHz之間的頻率帶的衰減。而且，此種排氣管的聲學(xué)處理是這樣優(yōu)化的具體地，孔洞密度的減小使得在上游與下游之間的壁的聲阻增加。而且，在噴管中的氣體流速和聲級從上游到下游減小，這導(dǎo)致在上游與下游之間聲阻的減小。最后，孔洞密度的減小補償氣體流速與聲級的減小，以賦予該壁沿該氣道穩(wěn)定的阻力，此阻力，通過孔洞密度的正確匹配，可大致恒定。根據(jù)一優(yōu)選實施例，所述管是用于引導(dǎo)氣體渦輪引擎的氣體的管。根據(jù)此例中的一優(yōu)選實施例，該管是氣體排放噴管。根據(jù)一優(yōu)選實施例，在所述管的上游端與下游端之間所述壁的表面區(qū)域的每單位中孔洞的數(shù)量減少至少5%，優(yōu)選在5% -10%之間。根據(jù)一優(yōu)選實施例，由于所述管大致沿一軸延伸，從上游到下游連續(xù)孔之間的縱 向距離沿所述氣道連續(xù)減小。根據(jù)一優(yōu)選實施例，由于所述管大致沿一軸延伸，從上游到下游連續(xù)孔之間的橫向距離沿所述氣道連續(xù)減小。本方面還涉及氣體渦輪引擎的排氣管，所述排氣管包含一符合上述管的用于引導(dǎo)氣體的管。本發(fā)明還涉及一氣體渦輪引擎，該氣體渦輪引擎包含如上所述的氣體排放噴管。


在以下結(jié)合附圖的本發(fā)明優(yōu)選實施例的幫助下，本發(fā)明將被更好地理解，其中圖I表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的包含具有聲學(xué)套的噴管的用于直升機的氣體渦輪引擎的截面示意圖；圖2表示圖I中引擎噴管的分解圖；圖3是平面表示的所述噴管的壁上圖I中的聲學(xué)套的孔洞的分布示意圖。
具體實施例方式參見圖1，以已知的方式，氣體渦輪直升機引擎I包含一壓縮機2 (在此例中為離心式的并僅具有一個級)，該壓縮機2通過一環(huán)形空氣-入口通道3而被供應(yīng)以外部空氣；一環(huán)形燃燒室4 (其在此例中為一逆流腔)，該環(huán)形燃燒室配備有噴射器(未示出)，所述噴射器使得可向該環(huán)形燃燒室供應(yīng)燃料，用于產(chǎn)生自壓縮機2的壓縮氣體燃燒。所燃燒的氣體驅(qū)動一第一渦輪5 (在此例中僅有一個級)，該第一渦輪5通過軸6與所述壓縮機2相連，所述軸6連接它們旋轉(zhuǎn)；并驅(qū)動一第二渦輪7，該第二渦輪7稱作動力渦輪(在此例中僅有一個級)，并通過軸8與一齒輪組相連，該齒輪組可將機械能從動力渦輪7傳遞到一輸出軸9，例如連接到驅(qū)動直升機的葉片的轉(zhuǎn)子。在該動力渦輪7的輸出，引擎I包括排氣裝置10，在此例中為氣體排放噴管10，其作用是沿一路徑V，承載氣道V，從上游到下游引導(dǎo)排放氣體。從上游到下游的氣流方向在圖中由箭頭F表示。排氣管10包含一限定其外殼體的外壁或殼11，在該外壁或殼11的內(nèi)部安裝一減音套，該減音套包含一壁或皮或內(nèi)金屬板12,以及一設(shè)置在所述外殼11與內(nèi)壁12之間的共鳴腔13。所述內(nèi)壁12限定氣道V的外殼體。為了簡化其制造，此壁12在此例中由多個板形成；根據(jù)另一實施例，壁12可單件形成，特別是對于軸對稱的噴管。噴管10大致沿一軸線A延伸。更準(zhǔn)確說，在此例中其具有一曲線，以沿優(yōu)選方向引導(dǎo)氣體離開噴管，這對于其在直升機上的應(yīng)用是有用的。此曲線在圖2中可見。換句話說，噴管10的軸A是曲線形的，遵循代表氣流平均軌道或氣體排放軸的曲線。具體地，該軸線A對應(yīng)于沿著氣道V連續(xù)截面中心的曲線。概念縱向的、徑向的、橫向的、內(nèi)部的或外部的參照噴管10的軸A而使用于說明書下文中，應(yīng)當(dāng)理解，在各縱向位置，該軸線實際上局部平行于噴管10的內(nèi)壁12，所述概念因此與一圓柱形管通過類推而調(diào)換到一 曲線形管而具有相同的意義。而且，應(yīng)當(dāng)理解，下文(更通常說是本發(fā)明)還清楚地應(yīng)用到一具有氣流的直線軸的管，例如大致為圓柱形的管。除了噴管10外壁11和內(nèi)壁12的曲率，在此例中噴管10沿縱向在一側(cè)(圖2中的下側(cè))長于另一側(cè)(圖2中的上側(cè))，這就是說，其下游孔IOb是傾斜的。非常清楚，本發(fā)明還應(yīng)用于垂直于在此孔的氣體排放軸的下游孔面。傾斜下游孔的存在對于包含兩個引擎的飛機來說是常見的，而下游孔面垂直于氣體排放軸對于包含一個引擎的飛機來說是常見的。噴管10還包含一上游橫向壁14和一下游橫向壁15,它們的作用是關(guān)閉設(shè)置在外殼11與內(nèi)壁12之間的腔13。這些壁14、15限定噴管10的上游孔IOa和下游孔10b。在內(nèi)壁12與橫向壁14、15之間的連接優(yōu)選為滑動的，以便可吸收不同的熱膨脹。而且，硬壁17或硬襯17或加強筋17沿橫向設(shè)置在外殼11和內(nèi)壁12之間，以加強該組件的剛性；噴管10在此例中包含兩個加強筋17，所述兩個加強筋17大致為環(huán)形，但不是軸對稱的，因為它們在它們的對應(yīng)于內(nèi)壁12的凹形區(qū)域12a的周邊的部分被截去，此凹形區(qū)域12a由其大致曲形的形狀而產(chǎn)生。由于加強筋17的存在，因此腔13被分隔為幾個腔；這些腔可互連或不互連。加強筋17可滿足聲學(xué)衰減的第二功能，應(yīng)用一稱作局部反應(yīng)處理的處理。這樣，它們使得可分隔聲學(xué)處理腔13，并因此適應(yīng)其削弱的聲頻；最后，這包括給予腔13較大或較小體積的蜂窩結(jié)構(gòu)。內(nèi)壁12被穿以多個孔18，用于使氣道V與共鳴腔13流體連通。這些孔18出現(xiàn)在內(nèi)壁12的任一側(cè)上。圖3示意性地表示孔18在噴管10的內(nèi)壁12上的分布；更準(zhǔn)確說，圖3表示孔18的局部分布，這就是說，以足夠小的尺寸覆蓋內(nèi)壁12的部分，以便可考慮其為平的。孔18具有相等的直徑，在此例中以方網(wǎng)格分布。它們的密度沿氣道V連續(xù)演變，這就是說，在此例中沿噴管10的大致曲線的軸A從上游到下游(上游在此圖中位于右邊)連續(xù)演變?！翱椎拿芏取北硎颈?2的表面區(qū)域的每單位中孔的數(shù)量。在此例中，沿氣流方向，就是說沿噴管10的曲軸線A的方向在兩個連續(xù)孔18之間的間隔為d，換句話說，在兩連續(xù)孔之間的縱向間隔d沿內(nèi)壁12持續(xù)演變。在此例中，孔18的密度d沿氣道V從噴管10的上游到下游連續(xù)減小，這就是說，該在連續(xù)孔之間的距離d從上游到下游增加。而且，在同一個橫向行的連續(xù)孔18之間的橫向或周向距離在此例中是恒定的(其為在橫向于內(nèi)壁10平面中的兩個孔18之間的曲線距離D)。
沿內(nèi)壁12的孔18的密度的值和演變根據(jù)經(jīng)驗來確定。孔18的最佳分布取決于噴管10的上游孔IOa與下游孔IOb之間的多個參數(shù)的演變，具體為-氣體流速的演變；-氣體溫度的演變；-聲級的演變，聲級由于其被減音套而造成的衰減而顯著變化，所述減音套由內(nèi)壁12和共鳴腔13形成?？?8分布的演變可使聲學(xué)套R的內(nèi)壁12的聲阻抗(更精確說是聲阻)匹配于上述參數(shù)的演變，如果可能的話，使其沿壁12大致恒定，如上文已說明的那樣。所述聲阻于是可匹配，以在各縱向位置相對于上述參數(shù)而局部優(yōu)化。例如，為了沿內(nèi)壁12根據(jù)經(jīng)驗限定孔18的密度，可應(yīng)用下面的方法 -在第一步驟中，確定在噴管10中可能的最小聲級(在出口IOb)和最大聲級(在入口 10a)，以及所述氣體的最小速度(在出口 IOb)和最大速度(在入口 IOa)；-在第二步驟中，計算對應(yīng)的最佳聲阻以在噴管10的入口IOa和出口 IOb獲得最
佳聲音衰減；-在第三步驟中，在噴管10的上游端IOa與下游端IOb出計算的聲阻之間進行插值(線性或非線性的)，以確定在這些兩個最佳聲阻之間的優(yōu)選聲阻；-在第四步驟中，從中推斷獲得此聲阻所必需的所述孔18的密度值。這樣，可調(diào)整該減音套至一給定的頻帶(通過調(diào)節(jié)腔13的深度，如下文所述)，并匹配此套R的內(nèi)壁12的聲阻，從而匹配該套優(yōu)化所得到的聲阻的效果。與一具有規(guī)則穿孔的噴管對比，聲音衰減可改善50% (3dB的衰減對具有常規(guī)穿孔的2dB的衰減)。此方案更有優(yōu)勢在于，其不包含附加零件，僅根據(jù)一演變密度在內(nèi)壁12處穿孔就可實現(xiàn)所期望的結(jié)果。優(yōu)選地，在噴管10的入口 IOa與其出口 IOb之間的孔18的密度的演變大于或等于5%，優(yōu)選在5%-10%之間。換句話說，在此例中，在噴管10的出口 IOb處的連續(xù)孔18之間的縱向距離d比噴管10的在入口 IOa處的連續(xù)孔18之間的縱向距離d大至少5%。該減音套R的頻率調(diào)整(就是說其削弱的主要頻率的確定)是通過調(diào)節(jié)腔13的體積，更具體說是通過調(diào)節(jié)其徑向深度而進行的。特別地，該減音套R根據(jù)稱作“四分之一波共鳴器”的共鳴器原理，就是說深度等于其衰減的頻率帶的中央頻率的波長的四分之一的共鳴器原理而進行操作。這樣，越希望衰減高頻，腔13的徑向深度必須越淺。相反，越希望衰減低頻，腔13的徑向深度必須越深。作為將被削弱的頻率的函數(shù)，腔13還可分隔成多個腔(該分隔物可以是縱向的或橫向的)，以調(diào)整該聲學(xué)處理；在此例中，還可使用蜂窩型結(jié)構(gòu)；所述分隔物還可滿足機械保持的功能，這就是為什么前述加強筋17可滿足此分隔功能，以調(diào)節(jié)該聲學(xué)處理。腔13對于其部分的長度或軸向尺寸作用于作為結(jié)果的聲學(xué)衰減的比率或效果。通過調(diào)節(jié)腔13的深度，因此可選擇將削弱的頻率范圍。優(yōu)選地，在0_12kHz之間，優(yōu)選在0. 8-5kHz之間，更具體在2-2. 5kHz之間的頻率被衰減。例如，為衰減以近似2kHz為中心的頻帶，可提供一單一腔13 (或在此例中僅由兩個機械保持加強筋17分隔)，徑向深度等于4cm，孔的直徑等于I. 2mm,穿孔率(從上游到下游)在8% -10%之間變化，該其上穿孔的金屬板具有等于1_的厚度。
形成噴管10的各元件優(yōu)選由金屬制成，例如由鎳基鋼或由鈦形成。本發(fā)明已參照孔18的方網(wǎng)格布置而呈現(xiàn)，但也可設(shè)計成其他布置。這些布置中，如上所述，孔18密度的演變可通過孔間縱向距離的演變而實現(xiàn)；因此，孔的分布由連續(xù)孔之間的縱向和橫向關(guān)系來限定，該分布的縱向部件設(shè)置為沿氣道V演變。例如，如果該分布為菱形的，具有一大縱軸和一小橫軸，則可限定由連續(xù)孔形成的該菱形的大軸距離的演變。本發(fā)明已參照通過改變連續(xù)孔間的縱向距離而獲得的孔的密度的連續(xù)演變而呈現(xiàn)。根據(jù)未示出的另一實施例，沿氣道V演變的是連續(xù)孔之間的橫向(就是說周向)距離。因此，在方網(wǎng)格的情況下，例如從孔的一個橫向行到另一個，分隔同一橫向行的連續(xù)孔的距離沿氣道V增加或減少。根據(jù)一具體實施例，縱向和橫向距離沿氣道V持續(xù)演變。本說明書已參照包含噴管的氣體渦輪引擎而進行描述。本發(fā)明應(yīng)用于其他類型的噴管，例如應(yīng)用于包含例如本發(fā)明人的文獻F2，905，984中所顯示的擴散道和噴射器的噴管，在此例中本發(fā)明的套設(shè)置在該噴射器的內(nèi)側(cè)。本發(fā)明更通常地應(yīng)用于用于引導(dǎo)氣流的管，特別是氣體渦輪引擎的管。特別是，本發(fā)明應(yīng)用于氣體渦輪引擎的進氣口通道，例如應(yīng)用于如圖I中所示的環(huán)形管3或應(yīng)用于欲用于飛機的渦輪噴氣發(fā)動機的風(fēng)扇的進氣管。在此例中，優(yōu)選地，孔的密度隨著它們從壓縮機或從風(fēng)扇移開，就是說從下游到上游而逐漸減小。本發(fā)明已參照從入口 IOa到其出口 IOb的孔的密度的演變而得到展現(xiàn)。不言而喻，如果僅處理噴管的一部分，則孔18密度的演變僅發(fā)生在此部分上。權(quán)利要求
1.一種用于沿氣道(V)引導(dǎo)氣體的管(10)，包含一減音套，該套包含一限定所述氣道(V)的壁(12)，和至少一個共鳴腔(13)，所述壁(12)由孔(18)穿透，以將所述氣道(V)與所述用于噪音衰減的共鳴腔(13)流體連通，其特征在于，所述孔(18)具有大致相等的直徑，所述管(10)設(shè)置為從上游至下游引導(dǎo)氣體，所述壁(12)的表面區(qū)域每單位中所述孔(18)的數(shù)量從上游到下游沿著所述氣道(V)持續(xù)減小，以沿所述氣道(V)賦與所述壁(12)大致恒定的聲阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管，其中在所述管(10)的上游端(IOa)與下游端(IOb)之間所述壁(12)的表面區(qū)域每單位中所述孔(18)的數(shù)量減少至少5%，優(yōu)選在5%-10%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的管，其中，由于所述管(10)大致沿一軸線(A)延伸，從上游到下游連續(xù)孔(18)之間的縱向距離(d)沿所述氣道(V)連續(xù)減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項所述的管，其中，由于所述管(10)大致沿一軸線(A)延伸，從上游到下游連續(xù)孔(18)之間的橫向距離沿所述氣道(V)連續(xù)減小。
5.一種氣體渦輪引擎(I)的氣體排放噴管,其包含如權(quán)利要求1-4中任何一項所述的用于引導(dǎo)氣體的管(10)。
6.一種氣體渦輪引擎,該氣體渦輪引擎包含如權(quán)利要求5所述的氣體排放噴管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于沿氣道(V)引導(dǎo)氣體的管(10)的減音套。該套包含一限定所述氣道(V)的壁(12)，和至少一個共鳴腔(13)，所述壁(12)由孔(18)穿透，以將所述氣道(V)與所述共鳴腔(13)流體連通，以衰減噪音。所述孔(18)具有大致相等的直徑，由于所述管(10)設(shè)置為向下游方向引導(dǎo)氣體，所述壁(12)的表面區(qū)域每單位中所述孔(18)的數(shù)量向下游方向沿著所述氣道(V)持續(xù)減小，以沿所述氣道(V)賦與所述壁(12)大致恒定的聲阻，為此噪音衰減沿所述氣道(V)得到優(yōu)化。
文檔編號F02K1/82GK102762844SQ201180009431
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者安東尼·伊萬·亞歷山大·萬隆, 皮埃爾-盧克·雷加德, 艾瑞克·吉恩-路易斯·鮑蒂 申請人:渦輪梅坎公司