專利名稱：用于減小由噴氣引擎上噴氣-外掛架相互作用而產(chǎn)生的噪音的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是民用航空領(lǐng)域，具體為由飛機(jī)所產(chǎn)生的噪音的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由商用飛機(jī)所產(chǎn)生的噪音，特別是在起飛時，是非常討厭的，這盡人皆知，已構(gòu)思了許多革新來試圖減小它。此噪音的一主要來源來自引擎噴氣，其在起飛階段全動力使用。顯然已做了大量工作來試圖減小來自飛機(jī)噴氣的噪音，例如安裝鋸齒山形件至排氣管，不管該排氣管是用于產(chǎn)生自通過引擎的主流的熱氣體的，還是用于 所稱的產(chǎn)生自引擎的二級流或旁流的冷氣體的排氣管。為了限制對在機(jī)場附近生活和工作者的困擾，施以嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)以限制在位于飛機(jī)周圍的不同點(diǎn)，從起飛跑道不同距離和幾個方向可感知的噪音。如果飛機(jī)被驗(yàn)收合格，則飛機(jī)設(shè)計者對于被允許的最大噪音方面不得不遵守的一個特別關(guān)鍵的方面是從起飛跑道起450m距離的飛機(jī)側(cè)向位置。外掛架，即通過將引擎與機(jī)翼相連而支撐引擎的支架的存在，在氣體噴出的區(qū)域中局部產(chǎn)生流體中高級別的湍流，這導(dǎo)致引擎?zhèn)认蛟胍舸蠓仍黾?。此種現(xiàn)象在外掛架伸到氣體在其中噴射的飛機(jī)外結(jié)構(gòu)中被特別敏銳地感知，而這種結(jié)構(gòu)成為目前商用飛機(jī)所經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)。在風(fēng)洞模型中所進(jìn)行的大量計算或測量的結(jié)果清楚地顯示，在外掛架周圍的氣流與外掛架自身之間的相互作用的效果產(chǎn)生湍流級別可察覺的增加，其結(jié)果是噪音級別的增力口。徑向圍繞該外掛架的噴射角度擴(kuò)張的顯著變化同樣能被觀察到，這將朝向機(jī)翼引導(dǎo)來自該外掛架周圍的渦輪噴氣引擎的噴氣。而且，所獲得的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，外掛架的引入，除了其對在傳統(tǒng)噴氣結(jié)構(gòu)中噪音增加的影響外，還可極大減小安裝以減小排放氣體的噪音的其他裝置的效果，所述其他裝置例如安裝以脫離噴管的山形件或混合器。該外掛架的存在還從空氣動力學(xué)的觀點(diǎn)，改變了噴氣的初始擴(kuò)展，從而改變其混合及其聲學(xué)特征。因此，在聲學(xué)方面，該外掛架的存在導(dǎo)致在側(cè)向檢定點(diǎn)處噴射噪音的增加，此增加可在2-3. 5EPNdB(有效感知噪音，分貝)之間變化，這取決于引擎轉(zhuǎn)速、該外掛架的尺寸和所考慮的噴射幾何形狀。例如那些在專利申請F(tuán)R 2913401或GB 2138507中所描述的裝置被設(shè)計以控制圍繞支撐渦輪機(jī)的外掛架的空氣的循環(huán)。然而，它們并不解決在起飛時由雙流(旁流)或三流渦輪噴氣弓I擎的熱流與冷流之間的速度剪切產(chǎn)生的噪音問題，也不解決與之相關(guān)的問題。減小噴氣躁音的需要對于引擎制造來說是個永恒的關(guān)注點(diǎn)，從源頭減小噪音，SP作用在圍繞外掛架和其下游的局部湍流上的益處是清楚的。該潛在的噪音減小甚至看上去，在最終的分析中，大于通過在排氣管處使用山形件或微噴射的作用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提出一種用于減小由安裝在飛機(jī)外掛架上的引擎所產(chǎn)生的噪音的裝置克服現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺點(diǎn)，尤其是減小與在引擎噴氣和圍繞該外掛架的氣流之間的相互作用相關(guān)的噪音。為此，本發(fā)明的一個主題是用于支撐雙流或三流渦輪噴氣引擎的飛機(jī)外掛架，包含一用于連接到飛機(jī)的上面，兩個側(cè)面和一在其下面部分的底面，所述外掛架包含至少一個向所述渦輪噴氣引擎的冷流的排氣管的下游延伸，并被該冷流掠過的部分，其特征在于，它包括，在其延伸到超過所述排氣管的冷流中的部分上，至少一個定位在所述外掛架的一個側(cè)面上的孔，空氣通過該孔從沿其側(cè)面流動的氣流噴入或吸入。射入或吸入氣流使得可改變圍繞該外掛架的氣流，從而，通過沿一適合的方向引導(dǎo)此噴射，來減小引擎與外掛架之間旋渦的形成，從而減小與該外掛架的存在相關(guān)的壁噪音和在該冷流與引擎外側(cè)上的空氣之間的速度剪切。它改善了沿所述側(cè)面及該外掛架下面部分的氣流，從而減小總體湍流強(qiáng)度，因而減小側(cè)部噪音，而 同時控制噴射的初始增加，從而控制其混合的初始增加。在一個實(shí)施例中，所述孔通過一連接到一鏟的管而流入氣體，所述鏟從渦輪噴氣引擎的冷流分流出氣體。在另一實(shí)施例中，該孔通過一連接到一龍頭的管而流入氣體，所述龍頭從渦輪噴氣引擎的壓縮機(jī)的下游分流出氣體。上面提到的第一與第二實(shí)施例之間的選擇取決于為了減小在該外掛架側(cè)面的每側(cè)產(chǎn)生的逆時針旋轉(zhuǎn)的旋渦的形成而使噴射需要具有的強(qiáng)度。優(yōu)選地，空氣以高于所述氣流總壓力至少15%的壓力被射入。微噴射因此產(chǎn)生，其比主流移動更快，這確保該裝置通過供應(yīng)足夠能量以更高效地大幅度改變此區(qū)域內(nèi)的流動并產(chǎn)生更少噪音，同時使必須射入的流量最小。供參考，氣體在所述孔處水平地沿與圍繞該渦輪噴氣引擎的氣流的流軸成30°與90°之間角度的方向射入。此角度范圍的選擇通過研究證明是使所述微噴射足夠進(jìn)入圍繞該渦輪噴氣引擎的氣流，而不產(chǎn)生昂貴的空氣動力學(xué)損失的角度范圍。供參考，空氣在所述孔處豎直地沿與外掛架側(cè)面的垂直方向在+60°與-60°之間的角度的方向射入。如前所述，此角度范圍的選擇通過該微噴射裝置的最適宜效果的研究來確定。在一具體實(shí)施例中，該外掛架包括至少一個孔8，該孔8位于渦輪噴氣引擎的冷流外側(cè)的其側(cè)面那部分上。流體通過此孔的射入也尋求減小從該引擎的流體外側(cè)的此區(qū)域中流體的湍流強(qiáng)度。這得到更清潔的氣流，該氣流因此產(chǎn)生更少的噪音，有助于與二級或旁流混合。供參考，該外掛架包括至少一個位于其底面上的孔。通過此孔射入流體使得可通過減小湍流同時冷卻此敏感區(qū)域而減小該外掛架在此區(qū)域中的有害影響。流體在此區(qū)域射入還可控制噴射流體的初始發(fā)展，并通過顯著改變噪音源的強(qiáng)度以及它們的位置和聲學(xué)特性而改善其混合。在一具體實(shí)施例中，該外掛架還包括一連接整流片，該連接整流片將其側(cè)面中的一個與熱流排氣管相連，并包括至少一個位于所述連接整流片上的孔。本發(fā)明還涉及一種飛機(jī)，該飛機(jī)包括至少一個如前所述的外掛架。
在參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個非限制性實(shí)施例的過程中，本發(fā)明將被更好地理解，其目的、細(xì)節(jié)、特征及優(yōu)點(diǎn)將更清楚地展現(xiàn)。在這些圖中圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的通過外掛架連接到機(jī)翼的渦輪噴氣引擎的截面圖；圖2是由一外掛架支撐的引擎尾部的示意圖，其中該外掛架配備有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置；
圖3是由配備有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的外掛架支撐的引擎尾部的更詳細(xì)示意圖；圖4是從圖2中尾部的下面觀察的視圖；圖5是從圖2中尾部的后面觀察的視圖，在冷流排氣管的出口平面的截面上；圖6是用于向配備有根據(jù)本發(fā)明的裝置的外掛架供應(yīng)空氣的系統(tǒng)的第一實(shí)施例的不意圖；圖7是用于向配備有根據(jù)本發(fā)明的裝置的外掛架供應(yīng)空氣的系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1，圖I顯示雙流或旁路渦輪噴氣引擎類型的引擎1，從該引擎I排出一主流或熱流2，以及一二級流或旁流，也叫冷流3。所述熱流在主排氣管4處離開引擎1，而冷流在二級排氣管5離開。該引擎I通過一支撐外掛架7連接到飛機(jī)(未示出)的機(jī)翼6。該外掛架7大致呈平的形狀，具有一連接到飛機(jī)的上表面，在此顯示為大致垂直并互相平行的兩個側(cè)面，和一下表面或底面。整流片20，在圖5中可見，形成在外掛架7的側(cè)面與主排氣管4的頂部之間的連接，以確保在這兩個元件之間的接合處的清潔的空氣動力流。該外掛架7沿縱向，即沿引擎周圍的氣流方向，向引擎I的排氣管4和5的離開面的下游延伸。它還向下游穿過外部氣流和冷流3延伸，直到由熱流2形成的邊界，其目的是避免由氣體在此流中所獲得的熱量所導(dǎo)致的損壞。然而，其底面被熱流掠過并受到高溫。圖I顯示湍流的區(qū)域，標(biāo)記為11-15，其形成在該來自引擎的流中，在不同流之間的速度剪切處，并產(chǎn)生引擎的噴射噪音。區(qū)域11和12對應(yīng)于冷流在其下部分和其上部分分別與圍繞引擎的氣流混合的區(qū)域，而區(qū)域13和14對應(yīng)于冷流與熱流混合的區(qū)域。區(qū)域15對應(yīng)于由于外掛架7的存在而在冷流的上部分產(chǎn)生的特別湍流；此湍流，通過速度剪切其產(chǎn)生，造成噪音，已知為壁噪音，其需要被盡可能地減小，以使飛機(jī)符合起飛條件。這精確地形成本發(fā)明的主題。參見圖2和3，它們顯示一外掛架7，連接到機(jī)翼6，部分地定位在外部空氣流中，部分在冷流3中?？?制設(shè)于此外掛架中，并均勻定位在該外掛架的側(cè)面。在此，顯示有8個這樣的孔，排列于3行中，頂行、中行和底行，或多或少沿該外掛架最長尺寸的方向延伸，其趨向于覆蓋該外掛架的全部側(cè)表面。這些孔8的形狀在圖中顯示為圓柱形的，但這不是必須的。而且，它們在圖2和3中顯示為僅存在于外掛架7的可見表面上；顯然，相似的孔存在于該外掛架的另一側(cè)面，以應(yīng)付由此在熱流2和冷流3中的另一側(cè)面產(chǎn)生的湍流。圖4顯示該向排氣管4的下游延伸的外掛架7的仰視圖，該外掛架的部分，或底面，位于該外掛架的下面，由熱流2所掠過。此底面同樣穿設(shè)有與該外掛架側(cè)面中所制的孔相似的孔8。圖5在從所述二級排氣管的出口處的截面中顯示該外掛架7的側(cè)面與主排氣管4之間的連接。兩個整流片20確保在這兩個元件之間的清潔的空氣動力學(xué)流，它們同樣穿以孔8，正如該外掛架的側(cè)面與底面那樣。圖6和7顯示用于給這些孔8施以壓縮空氣的系統(tǒng)的視圖。在兩種選擇中，管9，其直徑對應(yīng)于孔8的直徑，沿一氣體收集器10與孔8之間的該外掛架7的內(nèi)部延伸。在本發(fā)明的第一可選形式中，如圖6中所示，該收集器10為一鏟， 其從二級流或旁流抽取氣體，而在圖7所示的第二可選形式中，它由形成在該引擎的高壓壓縮機(jī)上的壓縮空氣龍頭組成，其使得在必需時可提供比第一可選形式更高的壓力。通常發(fā)現(xiàn)，存在2個在該外掛架的側(cè)面上產(chǎn)生的逆時針旋轉(zhuǎn)的旋渦。它們?nèi)缜八觯瑢υ斐蓚?cè)部可感知噪音起到非常大的作用，因?yàn)樗鼈冊黾釉撏鈷旒芴幖捌湎掠翁幍耐牧?。此增加與產(chǎn)生上述兩個渦流的外掛架的存在相聯(lián)系。為了通過減小剪切層并改善此區(qū)域中各流的混合而可減小該湍流，本發(fā)明提出在該外掛架7的側(cè)面和/或底面范圍內(nèi)分布噴射流體，以更好地控制并檢查在此敏感區(qū)域內(nèi)的湍流和流/外掛架相互作用。這些噴射流體分布于冷流和圍繞該引擎的氣流中，在幾個位于不同高度的平行于主流的行中，它們的噴射入射角取決于噴射流體的空氣動力學(xué)特性。該新穎的想法因此為通過安裝流體注入裝置來影響外掛架周圍的流體，從而減小動力設(shè)備的排氣噪音，該流體注入裝置經(jīng)連續(xù)或脈沖噴射，能夠影響湍流的級別，以驅(qū)散此湍流，而不產(chǎn)生任何實(shí)際的空氣動力學(xué)損失。本發(fā)明所提出的內(nèi)建流體裝置優(yōu)選為射入孔8，但也可作為另選，為進(jìn)風(fēng)孔，或更通常地，為任何能夠改變外掛架7周圍流體的裝置。這些噴射流體經(jīng)管9穿過該外掛架，并從例如合并到外掛架7的上游部分中的收集器10供給。該管9，通過噴射流體到外掛架的側(cè)面上，使得可通過減小逆時針旋轉(zhuǎn)的旋渦來有利地修改不穩(wěn)定流體，使此區(qū)域中較大湍流的流體更容易地混合，因此極大地減小可側(cè)向察覺的引擎噴射噪音。存在兩個可想象到的將空氣供應(yīng)給提供噴射流體的收集器10的方案空氣由鏟從二級流或旁流獲得，如圖6中所示，或空氣在一龍頭處，從主流壓縮機(jī)獲得，如圖7中所示，使所獲得的氣流通過例如結(jié)構(gòu)性空壁中的一個。此二選項(xiàng)之間的選擇將取決于流速和噴射流體離開孔8所要求的壓力。孔8的尺寸取決于外掛架的尺寸，但其對于大多數(shù)通常場合的應(yīng)用來說，每個尺寸不超過4cm2，其理由是避免產(chǎn)生中頻寄生噪音；經(jīng)對比，它們的尺寸至少為1cm2，以適合地有效。如果它們的形狀不是圓形的，則這些孔的橫向尺寸之間的比優(yōu)選不超過數(shù)值3。被噴射的噴射流體的優(yōu)選技術(shù)特征描述如下-在噴射流體噴射壓力方面，優(yōu)選該壓力比被噴射到其中的流體的壓力高至少15%。記住，噴射區(qū)域限制在外掛架7的位于引擎噴管下游的部分，噴射的總流速比引擎流速相對較低，通常比二級流或旁流流速小0. 2%。流出此空氣的沖擊在起飛推力上因此非常有限，完全可以接受。-因?yàn)閲娚淞黧w的溫度并未呈現(xiàn)非常危及，因此從引擎噴出的空氣在此方面可同樣從二級流或旁流中的冷區(qū)域噴出，如其可從高壓壓縮機(jī)噴出那樣。
-供應(yīng)噴射流體的管9在外掛架7內(nèi)延伸，直到出口孔8，如圖所示，取決于外掛架7的結(jié)構(gòu)，其方向關(guān)于圍繞引擎的氣流軸水平地在30°與90°之間變化，關(guān)于外掛架的側(cè)面垂線垂直地在在+60°與-60°之間變化。此角度范圍的選擇由該微噴射穿透主流，而不產(chǎn)生過多的空氣動力學(xué)損失的需要來調(diào)節(jié)，這就是在射入方向與產(chǎn)生推力的流體相反的情況下，排斥入射角大于90°的理由?？?沿頂行、中行和底行設(shè)置于外掛架7上的方式優(yōu)選如下位于該外掛架底部的底行，在外掛架7的各側(cè)面上包括至少兩個孔8。射入的方向朝向該外掛架的底部，以作用在熱流2與冷流3混合的剪 切層上。該中行大致位于該外掛架的被二級流或旁流3掠過的部分上的中間，在外掛架7的每個側(cè)面上包含至少3個孔8。噴射水平地沿平均流的方向，垂直地在上述限定的角度范圍內(nèi)。該頂行位于外掛架7的上部分上，來自引擎的流體的外側(cè)，但在二級流或旁流3與外部空氣之間的剪切區(qū)域附近，其包含沿該外掛架的位于排氣管下游的部分的長度均勻分布的至少3個孔8。射入是朝向噴射流體的底部，沿著前述限定的水平方向。這些孔的目的是使得通過流體的射入，可影響主流的不穩(wěn)定部件，并顯著影響邊界層的區(qū)域中的湍流；它們更通常是通過抗相關(guān)例如該外掛架區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的大旋渦結(jié)構(gòu)而作用于旋渦的產(chǎn)生，該大旋渦結(jié)構(gòu)在此區(qū)域中對橫向傳播的附加噪音起很大作用。還有孔8，優(yōu)選它們中的四個，在其底面上位于該外掛架的底部，如圖4中所示。這些孔以直線或交錯的結(jié)構(gòu)設(shè)置于該底面上；它們軸向上沿流體的方向，橫向上在上述限定的角度范圍內(nèi)。這些孔的好處是，除了它們對減小噪音的貢獻(xiàn)以外，它們還以相對較低的溫度供應(yīng)空氣以冷卻被熱流氣體掠過的外掛架的底面。在排氣管整流片20上還有孔8，確保在外掛架的側(cè)面與主排氣管的頂部之間的清潔的空氣動力學(xué)流體，如圖7中所示?？傊?，本發(fā)明提供一種減小飛機(jī)起飛噪音水平的簡單方案，其更有效，并且不需要象基于安裝在排氣管邊緣的噴嘴的方案那樣的復(fù)雜裝置。此裝置還具有被稱作主動裝置的優(yōu)點(diǎn)，即一個能夠在命令下運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。理論上，其僅在起飛階段運(yùn)轉(zhuǎn)，在巡航飛行時無效，這樣避免了潛在的性能下降和增加特定燃料消耗。最后，這樣的裝置，對減小氣流與外掛架之間的相互作用起作用，還作用于一定附加噪音的根本原因，所述附加噪音并不是噴射剪切的結(jié)果，它們通過該機(jī)翼結(jié)構(gòu)及高升系統(tǒng)的存在而放大。因此它對于改善飛機(jī)的整體航空聲學(xué)特性起重要的作用。盡管本發(fā)明已結(jié)合一具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，很明顯，它包括所描述裝置的所有技術(shù)等同物及它們的結(jié)合，這些均將落入本發(fā)明的范圍。特別是，說明書已參照旁路渦輪噴氣引擎撰寫，該外掛架包括被該渦輪噴氣引擎的冷流掠過的一個部分，以及被該引擎外的氣流掠過的另一部分。本發(fā)明還可應(yīng)用于承載三流渦輪噴氣引擎的外掛架，其一個部分被其冷流掠過，主熱流和二級熱流在此外掛架底面下面釋放。
權(quán)利要求
1.一種用于支撐雙流或三流渦輪噴氣引擎(I)的飛機(jī)外掛架，包含一用于連接到該飛機(jī)的上面,兩個側(cè)面和一在其下面部分的底面,所述外掛架包含至少一個向所述渦輪噴氣引擎的冷流(3)的排氣管(5)的下游延伸，并被所述冷流掠過的部分，其特征在于，它在其延伸到超過所述排氣管的冷流中的部分上包括至少一個定位在所述外掛架的一個側(cè)面上的孔(8)，空氣通過該孔從沿其側(cè)面流動的氣流噴入或吸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外掛架，其中所述孔⑶通過一連接到一鏟(10)的管(9)而流入氣體，所述鏟(10)從所述渦輪噴氣引擎(I)的冷流(3)分流出空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外掛架，其中所述孔(8)通過一連接到一龍頭的管(9)而流入氣體，所述龍頭從所述渦輪噴氣引擎(I)的壓縮機(jī)的下游分流出空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的外掛架，其中空氣以高于所述氣流的總壓力至少15%的壓力被射入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的外掛架，其中空氣在所述孔(8)處水平地沿與圍繞該渦輪噴氣引擎的氣流的流軸成30°與90°之間角度的方向射入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的外掛架，其中空氣在所述孔(8)處豎直地沿與外掛架側(cè)面的垂直方向在+60°與-60°之間角度的方向射入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的外掛架，進(jìn)一步包括位于所述渦輪噴氣引擎(I)的冷流(3)外側(cè)的其側(cè)面那個部分上的至少一個孔(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的外掛架，包括位于其底面上的至少一個孔(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)所述的外掛架，進(jìn)一步包括一連接整流片(20)，該連 接整流片將其側(cè)面中的一個與所述熱流排氣管(4)相連，所述外掛架包括至少一個位于所述整流片上的孔(8)。
10.一種飛機(jī)，包括至少一個如權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的外掛架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于支撐雙流或三流渦輪噴氣引擎(1)的飛機(jī)外掛架，包含一用于連接到該飛機(jī)的上面，兩個側(cè)面和一在該外掛架下面部分的底面。所述外掛架包含至少一個向所述噴氣引擎的冷流排氣管(5)的下游延伸，并在所述冷流中的部分。該外掛架在其延伸到超過所述排氣管的冷流中的部分上包括至少一個定位在所述外掛架的一個側(cè)面上的孔(8)，空氣流通過該孔從沿該外掛架側(cè)面流動的氣流噴入或吸入。
文檔編號B64C21/02GK102781773SQ201180011411
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者杰克斯·米歇爾·阿爾伯特·茱莉亞, 皮埃爾·飛利浦·瑪麗·羅海克, 艾倫·布萊維特 申請人:斯奈克瑪