專利名稱：一種apu用降噪減排排氣管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種能夠降低飛機(jī)APU使用時(shí)的噪聲、減少有害氣體排放的排氣管道。
背景技術(shù)：
飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置(APU)作為飛機(jī)地面或空中的輔助能源系統(tǒng)，能夠間斷或連續(xù)地為飛機(jī)提供所需要的能源，包括液壓、機(jī)上用電和機(jī)上空調(diào)所用的氣體能源，以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)引氣。APU的核心部分是一個(gè)小型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，因此其噪聲和廢氣便是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題，尤其是APU在地面使用的時(shí)候。APU的排放物同大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一樣，包括HC、CO、NOx等，且經(jīng)噪音檢測(cè)表明，波音757機(jī)型APU尾部5米處的噪音就達(dá)到了 94.7分貝，波音767達(dá)到了 89.4分貝。按照勞動(dòng)保護(hù)條例規(guī)定，噪音達(dá)到85分貝以上時(shí)，就會(huì)對(duì)工作人員的健康造成影響。再加上APU的工作地點(diǎn)通常在候機(jī)樓附近，這樣它給機(jī)場(chǎng)及機(jī)場(chǎng)地區(qū)帶來(lái)的大氣污染和環(huán)境噪音就顯得十分突出。而目前，關(guān)于APU排氣的降噪減排并沒(méi)有成熟的、全面的系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型對(duì)飛機(jī)APU的排氣管道進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)降低其排氣噪聲、減少其有害氣體排放的目的。本實(shí)用新型一種APU用降噪減排排氣管，包括主管道部分與阻性消聲環(huán)形腔、廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔；其中，主管道部分分為前段、中段后段，中段內(nèi)徑大于前段與后段，形成抗性消聲諧振腔；通過(guò)抗性消聲諧振腔可使排氣管路的截面發(fā)生突變，聲阻抗的變化使沿排氣管道傳播的聲波向聲源方向反射回去；且利用抗性消聲諧振腔和前連接管道后端插入抗消聲諧振腔內(nèi)部的長(zhǎng)度，使向前傳播的波和排氣管道不同界面反射的聲波差180度的相位、從而使二者振幅相等、相位相反，因而互相干涉，達(dá)到最理想的消聲效果；中段外側(cè)壁周向上還固定有阻性消聲環(huán)形腔，阻性消聲環(huán)形腔內(nèi)部填充有多孔吸音材料，且阻性消聲環(huán)形腔與中段內(nèi)部連通；阻性消聲環(huán)形腔2可通過(guò)聲阻進(jìn)行消聲，當(dāng)聲波通過(guò)襯貼有多孔吸音材料的管道時(shí)，聲波將激發(fā)多孔吸音材料中無(wú)數(shù)小孔內(nèi)空氣分子的振動(dòng)；其中一部分聲波用于克服摩擦阻力和粘滯力，而變?yōu)闊崮?。后段外?cè)壁周向上固定有廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔，廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔內(nèi)部加裝有催化劑，且廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔與后段內(nèi)部連通，通過(guò)加裝適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛蓪O氧化成CO2，HC氧化成CO2和H2O, NOx被還原成為N2等，減少CO、HC、NOx等有害氣體的排放。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:1、本實(shí)用新型APU用降噪減排排氣管，能夠有效地降低噪聲、減少C0、HC、N0x等有害氣體；2、本實(shí)用新型APU用降噪減排排氣管，安裝方便，不會(huì)對(duì)APU及飛機(jī)的其他部件產(chǎn)生影響。

圖1為本發(fā)明排氣管整體結(jié)構(gòu)側(cè)視剖視圖。圖中:1-主管道部分2-阻性消聲環(huán)形腔 3-廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔4-多孔吸音材料5-催化劑101-前連接管道 102-后排氣管道103-抗性消聲諧振腔 104-通孔A105-通孔B
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型一種用于飛機(jī)APU的排氣管道，包括主管道部分I與阻性消聲環(huán)形腔2、廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔3，如圖1所示。其中，主管道部I分為由前連接管道101 (前段)、后排氣管道102 (后段)、與筒狀抗性消聲諧振腔103 (中段)三者構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)排氣管道。其中，前連接管道101與后排氣管道102內(nèi)徑相等，且均小于抗性消聲諧振腔103內(nèi)徑；前連接管道101前端用來(lái)連接飛機(jī)APU，后端與抗性消聲諧振腔103前端相連，并插入抗性消聲諧振腔103內(nèi)部。后排氣管道102前端與抗性消聲諧振腔103相連后端相連。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，抗性消聲諧振腔103可使排氣管路的截面發(fā)生突變，聲阻抗的變化使沿排氣管道傳播的聲波向聲源方向反射回去；且利用抗性消聲諧振腔103和 前連接管道101后端插入抗消聲諧振腔103內(nèi)部的長(zhǎng)度，使向前傳播的波和排氣管道不同界面反射的聲波差180度的相位、從而使二者振幅相等、相位相反，因而互相干涉，達(dá)到最理想的消聲效果。從能量角度看，抗性消聲諧振腔103主要利用聲能轉(zhuǎn)移的方法來(lái)降低抗性消聲諧振腔103后端出口處的聲能?？剐韵曋C振腔103消聲的效果和消聲頻率與抗性消聲諧振腔103的長(zhǎng)度和擴(kuò)張比(抗性消聲諧振腔103與后排氣管道102的截面積之比)有關(guān)，大多數(shù)情況下，擴(kuò)張比越大消聲效果越好，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體的噪聲頻率、大小等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在上述抗性消聲諧振腔103外側(cè)壁周向上還固定設(shè)置阻性消聲環(huán)形腔2，阻性消聲環(huán)形腔2內(nèi)部填充有多孔吸音材料4。阻性消聲環(huán)形腔2與抗性消聲諧振腔103間，通過(guò)在抗性消聲諧振腔103外側(cè)壁上開(kāi)有的通孔A104連通，從而阻性消聲環(huán)形腔2可通過(guò)聲阻進(jìn)行消聲，當(dāng)聲波通過(guò)襯貼有多孔吸音材料4的管道時(shí)，聲波將激發(fā)多孔吸音材料4中無(wú)數(shù)小孔內(nèi)空氣分子的振動(dòng)；其中一部分聲波用于克服摩擦阻力和粘滯力，而變?yōu)闊崮堋Ｗ栊韵暛h(huán)形腔2具有良好的中高頻消聲性能，而低頻性能則較差，但只要適當(dāng)增加吸聲材料的厚度、密度以及選用較低的空隙率，低中頻消聲性能就能大大改善，從而可以做成寬頻帶阻性消聲環(huán)形腔2。從能量的角度看，阻性消聲環(huán)形腔2采用的是能量轉(zhuǎn)換(通過(guò)做功將聲能轉(zhuǎn)換成熱能)的方法來(lái)降低出口的聲能。所述后排氣管道102后端周向上設(shè)計(jì)為連續(xù)鋸齒形結(jié)構(gòu)，從而有利于改善湍流附面層的壓力脈動(dòng)及渦流分離脫落，從而降低渦流噪聲的輻射。連續(xù)鋸齒形成的條紋結(jié)構(gòu)有效地改變了近壁區(qū)的湍流結(jié)構(gòu)，改善雜亂無(wú)章的渦流，削弱了反向旋轉(zhuǎn)渦對(duì)的強(qiáng)度，減少渦流之間相互碰撞和異常分離導(dǎo)致的破裂，從而降低了湍流的強(qiáng)度和脈動(dòng)壓力，最終降低了出口尾氣的噪聲。鋸齒結(jié)構(gòu)還可以增強(qiáng)黏性耗散效應(yīng)，降低湍流強(qiáng)度和脈動(dòng)壓力，進(jìn)一步降低噪聲。同時(shí)，鋸齒狀結(jié)構(gòu)可以減少附面層面積，從而減小脈動(dòng)力和尾渦。此外，鋸齒結(jié)構(gòu)起到了渦流發(fā)生器的作用，將強(qiáng)集中渦分割離散成若干小渦，從而降低了邊界層湍流強(qiáng)度，改善了邊界層的湍流狀況。由于APU排放的尾氣中主要的污染物有未燃燒的碳?xì)浠衔?未燃燒的燃油)、煙(碳粒)、一氧化碳和氮的氧化物。為了將廢氣轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害的氣體，本實(shí)用新型在后排氣管道外側(cè)壁周向上固定設(shè)置有廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔3，且通過(guò)在后排氣管道102外側(cè)壁上開(kāi)有的通孔B105，使廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔3與后排氣管道102內(nèi)部連通。且在廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔3內(nèi)加裝有催化劑，如:氧化錳-氧化銅、氧化鉻-氧化鎳-氧化銅等金屬氧化物，或白金屬(鉬)等貴金屬催化劑，具體使用何種催化劑還取決于使用的燃油成分，即產(chǎn)生的尾氣成分；將CO氧化成CO2，HC氧化成CO2和H2O, NOx被還原成為N2等，減少CO、HC、NOx等有害氣體的排放。
權(quán)利要求1.種APU用降噪減排排氣管，其特征在于:包括主管道部分與阻性消聲環(huán)形腔、廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔； 其中，主管道部分分為前段、中段、后段，中段內(nèi)徑大于前段與后段，形成抗性消聲諧振腔；中段外側(cè)壁周向上還固定有阻性消聲環(huán)形腔，阻性消聲環(huán)形腔內(nèi)部填充有多孔吸音材料，且阻性消聲環(huán)形腔與中段內(nèi)部連通；后段外側(cè)壁周向上固定有廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔，廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔內(nèi)部加裝有催化劑，且廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔與后段內(nèi)部連通。
2.權(quán)利要求1所述一種APU用降噪減排排氣管，其特征在于:所述前段后端位于中段內(nèi)部。
3.權(quán)利要求1所述一種APU用降噪減排排氣管，其特征在于:所述后段末端周向上設(shè)計(jì)為連續(xù)鋸齒形結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種APU用降噪減排排氣管，包括主管道部分與阻性消聲環(huán)形腔、廢氣轉(zhuǎn)化環(huán)形腔；其中，主管道部分中段直徑大于前段與后段，形成抗性消聲環(huán)形腔；中段外側(cè)壁周向上固定有阻性消聲環(huán)形腔，阻性消聲環(huán)形腔內(nèi)部填充有多孔吸音材料，且與中段內(nèi)部連通；后段外側(cè)壁周向上固定有廢棄轉(zhuǎn)化環(huán)形腔，廢棄轉(zhuǎn)化環(huán)形腔內(nèi)部加裝有催化劑，且與后段內(nèi)部連通。本實(shí)用新型排氣管能夠有效地降低噪聲、減少CO、HC、NOx等有害氣體。本實(shí)用新型排氣管安裝方便，不會(huì)對(duì)APU及飛機(jī)的其他部件產(chǎn)生影響。
文檔編號(hào)F01N13/08GK202926435SQ20122059064
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者屈元元, 曹廣生, 楊超, 袁樹(shù)德, 李光春, 賈玉紅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)