Способ подавления акустических шумов, возникающих в результате взаимодействия между ротором и статором в газотурбинном двигателе, и устройство для осуществления этого способа

Способ подавления акустических шумов, возникающих в результате взаимодействия между ротором и статором в газотурбинном двигателе, и устройство для осуществления этого способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение касается способа ослабления акустических шумов, возникающих в газотурбинном двигателе в результате взаимодействия подвижных лопаток роторного лопаточного аппарата и неподвижных лопаток статорного лопаточного аппарата, располагающегося по потоку позади этого роторного лопаточного аппарата, причем в соответствии с этим способом создают противоположный по фазе акустический контр-шум, формируемый посредством подачи текучей среды под давлением через специальные отверстия, число которых равно числу неподвижных лопаток статорного лопаточного аппарата.

В патентном документе FRA 2370170 описаны отверстия, предусмотренные в канале течения потока газов по потоку позади роторного лопаточного аппарата и располагающиеся либо перед неподвижными лопатками, либо позади этих неподвижных лопаток. Эти отверстия неподвижно зафиксированы по отношению к статору, но расход текучей среды, подаваемой под давлением через каждое отверстие, должен быть модулирован соответствующим образом при помощи управляемого клапана, приводимого в действие в функции частоты подлежащего ослаблению акустического шума.

Таким образом, в данном случае с каждым таким отверстием должен быть связан модулирующий клапан и все эти клапаны управляются при помощи электронного блока сервопривода или электронного прибора типа магнето, обеспечивающего необходимый сдвиг фаз между расходами текучей среды, реализуемыми через различные отверстия.

Эта система, предложенная в патентном документе FRA 2370170 и предназначенная для ослабления акустических шумов, возникающих в результате взаимодействия подвижного лопаточного аппарата и неподвижного лопаточного аппарата, является, таким образом, достаточно сложной и подверженной, вследствие этого, многочисленным отказам и неисправностям.

Техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить способ ослабления акустических шумов, возникающих вследствие взаимодействия лопаток подвижного лопаточного аппарата и лопаток неподвижного лопаточного аппарата, располагающегося непосредственно позади по потоку от этих подвижных лопаток, причем этот способ отличается простотой использования и для его осуществления требуется относительно небольшое число подвижных элементов.

Предлагаемое изобретение касается также устройства, предназначенного для осуществления этого способа.

Способ в соответствии с предлагаемым изобретением отличается тем, что в канал движения газового потока, спереди от роторного лопаточного аппарата, подают текучую среду под давлением в форме сплошных струй, проходящих сквозь отверстия, а также тем, что регулируют угловое положение этих отверстий по отношению к неподвижным лопаткам таким образом, чтобы акустические волны, возникающие в результате взаимодействия этих струй текучей среды с подвижными лопатками, находились по существу в противофазе с акустическими волнами, создаваемыми в результате взаимодействия подвижных роторных лопаток с неподвижными статорными лопатками.

Таким образом, в предложенном способе отсутствует модуляция расхода струй подаваемой под давлением текучей среды, поскольку акустические волны, создаваемые в результате взаимодействия этих струй с подвижными лопатками, имеют ту же частоту, что и акустические волны, создаваемые в результате взаимодействия подвижных лопаток с неподвижными лопатками.

В соответствии с первым вариантом реализации этого способа непрерывным образом регулируют угловое положение отверстий по отношению к неподвижным лопаткам.

В соответствии со вторым вариантом реализации этого способа регулируют угловое положение отверстий по отношению к неподвижным лопаткам прерывистым образом в функции режима работы данного двигателя.

В том случае, когда способ в соответствии с предлагаемым изобретением применяется для ослабления акустических шумов, производимых вентилятором двухконтурного турбореактивного двигателя, сквозь канал движения потока газов которого проходит пилон и опорные рычаги, рассчитывают положение и диаметр отверстий подачи текучей среды под давлением таким образом, чтобы учесть искажения скорости движения газового потока, создаваемые этим пилоном и этими опорными рычагами.

Устройство, предназначенное для осуществления предложенного способа, отличается тем, что отверстия подачи текучей среды под давлением выполнены в кольце, установленном на кожухе двигателя, причем это кольцо представляет собой тело вращения относительно оси вращения ротора двигателя и имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, по меньшей мере равный угловому шагу расположения неподвижных лопаток.

Для осуществления первого варианта предложенного способа данное устройство дополнительно содержит приводной двигатель для упомянутого кольца, управляемый при помощи контроллера.

Предпочтительным образом это кольцо располагается в кольцевом коллекторе, который представляет собой кольцевую щель, располагающуюся против этих отверстий.

Для осуществления второго варианта предложенного способа это кольцо находится в коллекторе, который представляет, против траектории размещения упомянутых отверстий подачи и с использованием углового шага неподвижных лопаток, множество распределенных отверстий, диаметр которых по меньшей мере равен диаметру соответствующего отверстия подачи.

Это устройство дополнительно содержит средства, предназначенные для позиционирования этих отверстий подачи перед совокупностью упомянутых отверстий в функции режима работы двигателя.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, на которых:

- Фиг.1 представляет собой схематический вид в осевом разрезе половины газотурбинного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением,

- Фиг.2 представляет собой более подробный схематический вид устройства в соответствии с предлагаемым изобретением,

- Фиг.3 представляет собой схематический вид спереди вращающегося кольца,

- Фиг.4 представляет собой схематический вид спереди другого варианта реализации предлагаемого изобретения,

- Фиг.5 представляет собой развернутый схематический вид шага коллектора, равного угловому расстоянию между лопатками, и вращающегося кольца в соответствии с вариантом реализации, показанным на фиг.4.

На фиг.1-3 схематически представлен пример реализации предлагаемого изобретения, в котором это изобретение используется на авиационном двухконтурном турбореактивном двигателе для ослабления акустических шумов, возникающих в результате взаимодействия подвижных лопаток 1 вентилятора с неподвижными лопатками 2 спрямляющего лопаточного аппарата, располагающегося по потоку позади подвижных лопаток 1 вентилятора в канале 3 течения вторичного или так называемого холодного потока газов. Канал 3 течения потока газов является кольцевым, причем этот кольцевой канал ограничивается с внутренней стороны кожухом 4 двигателя и ограничивается с наружной стороны внутренней стенкой 5 наружного кожуха 6. Радиальные опорные рычаги 7 связывают кожух 4 двигателя с наружным кожухом 6.

Наружный кожух 6 содержит спереди по потоку от неподвижных лопаток 2 тороидальный коллектор 8, представляющий со стороны канала 3 течения потока газов кольцевую щель 9. Кольцо 10 установлено герметичным образом в этом тороидальном коллекторе 8. Это кольцо 10 содержит против кольцевой щели 9 отверстия 11, число которых равно числу неподвижных лопаток 2. Эти отверстия распределены равномерным образом вокруг оси вращения вентилятора двигателя. Коллектор 8 запитывается воздухом под давлением, который отбирается из первичного канала двигателя при помощи воздухозаборников 12 и направляется через воздушные каналы 13, частично проходящие в опорных рычагах 7.

Таким образом, в процессе функционирования такого двухконтурного турбореактивного двигателя определенный расход воздуха 14 подается через отверстия 11 в канал 3 движения потока газов перед подвижными лопатками 1. В результате взаимодействия струй 14 подаваемого воздуха с подвижными лопатками 1 формируются акустические волны, которые имеют частоту, равную частоте акустических волн, возникающих в результате взаимодействия подвижных лопаток 1 с неподвижными лопатками 2.

Двигатель 15, управляемый при помощи контроллера 16, связанного с микрофоном 17, имеет возможность поворачивать кольцо 10 на угол А, по меньшей мере равный угловому шагу, разделяющему две последовательно расположенные неподвижные лопатки 2.

Предполагается, что если обеспечивается поворот кольца 10 на этот угол, то акустические волны, возникающие в результате взаимодействия воздушных струй 14 с подвижными лопатками 1, подвергаются сдвигу фазы на угол 2π. Таким образом, всегда существует такое угловое положение кольца 10, в котором акустические волны, возникающие в результате взаимодействия струй воздуха 14 с подвижными лопатками 1, находятся в противофазе с акустическими волнами, возникающими в результате взаимодействия подвижных лопаток 1 с неподвижными лопатками 2, располагающимися позади от этих подвижных лопаток 1.

В этом оптимальном положении акустические шумы, возникающие в результате взаимодействия подвижных лопаток 1 с неподвижными лопатками, ослабляются позади вентилятора.

Давление подаваемого воздуха определяется экспериментальным образом в соответствии с конкретными условиями полета или режимом работы двигателя.

В том случае, когда предлагаемое изобретение применяется на обычном газотурбинном двигателе, который не содержит опорных рычагов 7 в канале 3 движения газового потока, отверстия 11 распределены аналогичным образом и являются идентичными.

В случае вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя положение и диаметр отверстий 11 рассчитываются таким образом, чтобы принять во внимание также искажения скорости движения газового потока, создаваемые опорными рычагами 7 и, возможно, пилоном двигателя.

В описанном выше примере реализации регулирование углового положения кольца 10 по отношению к коллектору 8 осуществляется непрерывным образом при помощи контроллера 16 в функции управляющего сигнала, выдаваемого микрофоном 17.

На фиг.4 и 5 схематически представлен другой вариант реализации предлагаемого изобретения. Внутренняя в радиальном направлении стенка 18 тороидального коллектора 8 представляет располагающиеся с угловым шагом А множество равномерно распределенных отверстий 19, размещенных вместо и на месте кольцевой щели 9, которая была описана выше. Эти отверстия 19 имеют диаметр, по меньшей мере равный диаметру того отверстия 11, которое имеет наибольший диаметр.

Отверстия 11 кольца 10 могут быть позиционированы перед множеством отверстий 19 в функции режима функционирования данного турбореактивного двигателя.

Кольцо 9 также приводится во вращательное движение вокруг оси вращения вентилятора при помощи приводного двигателя 15, управление которым обеспечивается при помощи контроллера 16, принимающего сигналы от электронного устройства управления режимом работы этого турбореактивного двигателя.

1. Способ ослабления акустических шумов, возникающих в газотурбинном двигателе в результате взаимодействия подвижных лопаток (1) роторного лопаточного аппарата и неподвижных лопаток (2) статорного лопаточного аппарата, располагающегося непосредственно позади по потоку роторного лопаточного аппарата, причем в соответствии с этим способом создают противоположный по фазе акустический контр-шум, формируемый посредством подачи текучей среды под давлением в канал (3) движения потока газов через отверстия (11), число которых равно числу неподвижных лопаток (2) статорного лопаточного аппарата, отличающийся тем, что в канал (3) движения газового потока спереди роторного лопаточного аппарата подают текучую среду под давлением в форме сплошных струй (14), проходящих сквозь отверстия (11), а также тем, что регулируют угловое положение этих отверстий (11) по отношению к неподвижным лопаткам (2) таким образом, чтобы акустические волны, создаваемые в результате взаимодействия этих струй (14) с подвижными лопатками (1), находились, по существу, в противофазе с акустическими волнами, создаваемыми в результате взаимодействия подвижных лопаток (1) с неподвижными лопатками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают регулирование углового положения отверстий (11) по отношению к неподвижным лопаткам (2) непрерывным образом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают регулирование углового положения отверстий (11) по отношению к неподвижным лопаткам (2) прерывистым образом в функции режима работы двигателя.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при применении для ослабления акустических шумов, создаваемых вентилятором, двухконтурного турбореактивного двигателя, сквозь канал (3) движения газового потока которого проходят опорные рычаги (7), рассчитывают угловое положение и диаметр отверстий (11) подачи текучей среды под давлением таким образом, чтобы учесть искажения скорости движения газового потока, создаваемые этими опорными рычагами (7).

5. Устройство, предназначенное для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что отверстия (11) подачи текучей среды под давлением выполнены в кольце (10), установленном на кожухе двигателя, причем это кольцо (10) представляет собой тело вращения относительно оси вращения ротора этого двигателя и выполнено с возможностью поворота на некоторый угол (А), по меньшей мере равный угловому шагу расположения неподвижных лопаток (2).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приводной двигатель (15) для кольца (10), управляемый при помощи контроллера (16).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кольцо (10) расположено в кольцевом коллекторе (8), который представляет собой кольцевую щель (9), располагающуюся против отверстий (11).

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кольцо (10) расположено в коллекторе (8), который представляет, против траектории размещения отверстий (11) и с использованием углового шага А размещения неподвижных лопаток (2), множество распределенных отверстий (19), диаметр которых по меньшей мере равен диаметру соответствующего отверстия (11).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средства (15), предназначенные для позиционирования отверстий (11) перед множеством отверстий (19) в функции режима работы двигателя.