Устройство с решетками для выталкивания микроструй для уменьшения шума реактивной струи газотурбинного двигателя

Настоящее изобретение относится к устройству для уменьшения шума реактивной струи газотурбинного двигателя, содержащему внешнюю оболочку (16), имеющую внутреннюю стенку (20), определяющую внешнюю сторону кольцевого прохода (22) для прохождения потока наружного контура от двигателя, причем упомянутая стенка внешней оболочки включает в себя множество микроструйных контуров (28), каждый из которых содержит заборное средство (30) для отбора потока газа из канала потока наружного контура и подведения его к единственному подающему каналу (32), который, в свою очередь, раскрывается в заднюю кромку внешней оболочки через по меньшей мере одну выталкивающую решетку (34), подходящую для разделения отобранного газового потока на множество газовых потоков с перпендикулярными сечениями, которые имеют размеры, меньшие, чем перпендикулярное сечение (D) подающего канала. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к общей области уменьшения шума реактивной струи от газотурбинного двигателя, имеющего сопло с отдельными потоками.

Звуковое загрязнение стало в настоящее время предметом, представляющим интерес для производителей двигателей, которые все больше и больше сталкиваются со звуковым неудобством своих двигателей. Существуют множественные источники шума в газотурбинном двигателе, но было обнаружено, что шум реактивной струи на выходе из сопла двигателя является шумом, который преобладает во время этапов взлета самолета. Поскольку органы по сертификации предъявляют все больше и больше требований, касающихся распространения звука от газотурбинных двигателей, от производителей двигателей требуют, чтобы они приложили усилия для уменьшения шума от своих двигателей и, конкретно, шума реактивной струи.

Обычно, двигатель, имеющий сопло с отдельными потоками, содержит центральное тело, центрированное относительно продольной оси двигателя, внутреннюю оболочку, расположенную коаксиально вокруг центрального тела для взаимодействия с ним для определения кольцевого канала (или прохода) для прохождения потока внутреннего контура (или горячего потока) от двигателя, и внешнюю оболочку, расположенную аксиально вокруг внутренней оболочки для взаимодействия с ней для определения кольцевого канала потока наружного контура (или холодного потока), поступающего от двигателя.

В таком двигателе, шум реактивной струи происходит, конкретно, от смешения между потоком наружного контура и воздушным потоком за пределами двигателя, протекающим вдоль внешней стенки внешней оболочки. Этот шум имеет широкую полосу частот, генерируемую двумя типами источника звука: высокочастотный шум, исходящий от малых турбулентных структур в зоне смешения между потоками и ощущаемый по существу вблизи точки выталкивания, и низкочастотный шум, исходящий от больших турбулентных структур, которые появляются вдали от реактивной струи.

Для уменьшения шума реактивной струи, одно из используемых средств состоит, конкретно, в увеличении смешения между газовыми потоками. Для этой цели, как известно, отбирают воздух, протекающий в канале для потока наружного контура, и выталкивают его дальше по потоку у задней кромки внешней оболочки для воздействия на сдвиговые слои, которые образуются в зоне, где имеет место смешение между потоком наружного контура и воздушным потоком за пределами двигателя. В качестве примера, может быть сделана ссылка на документ WO 2006/013243, который описывает реализацию этого принципа, в котором воздушные струи, отобранные подающими каналами и выталкиваемые у задней кромки внешней оболочки, сходятся попарно для образования треугольников взаимодействия.

Для подачи воздушных струй, которые образуют возмущения, на одну линию с задней кромкой внешней оболочки, это решение требует отбора воздуха из потока в канале для потока наружного контура, что обеспечивает преимущество, состоящее в том, что нет необходимости прибегать к помощи дополнительной системы подачи воздуха. Тем не менее, отбор воздуха таким образом из потока наружного контура обязательно оказывает влияние на характеристики двигателя, причем это влияние может оказаться критическим, если оно не будет достаточным образом оптимизировано.

Решения, предлагаемые в предшествующем уровне техники, таким образом, не всегда обеспечивают возможность получения значительного уменьшения шума реактивной струи. Конкретно, наличие подающих каналов вместе с их впускными и выпускными отверстиями оказывает влияние на характеристики двигателя, которое может оказаться критическим, если оно не будет достаточным образом оптимизировано. Подобным образом, наличие этих каналов приводит к значительному ухудшению шумовых характеристик на средних и высоких частотах, конкретно, в результате аэродинамического шума, вызванного прохождением потока у задней кромки внешней оболочки.

ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Главной целью настоящего изобретения является, таким образом, смягчение таких недостатков с помощью предложения уменьшить шум реактивной струи газотурбинного двигателя, имеющего сопло с отдельными потоками, конкретно, посредством улучшения акустических характеристик на средних и высоких частотах без чрезмерного ухудшения характеристик двигателя.

Эта цель достигается посредством устройства для уменьшения шума реактивной струи от газотурбинного двигателя, содержащего внешнюю оболочку, снабженную с внутренней стороны стенкой, образующей внешнюю стенку кольцевого прохода для прохождения потока наружного контура, поступающего от двигателя, и в котором, согласно настоящему изобретению, упомянутая стенка внешней оболочки, т.е. внешняя стенка кольцевого прохода, включает в себя множество микроструйных контуров, каждый из которых имеет заборное средство для отбора потока газа из канала потока наружного контура и подведения его к единственному подающему каналу, причем упомянутый подающий канал раскрывается у задней кромки внешней оболочки через по меньшей мере одну выталкивающую решетку, подходящую для разделения отобранного газового потока на множество газовых потоков с перпендикулярными сечениями, которые имеют размеры, меньшие, чем перпендикулярное сечение подающего канала.

Каждый микроструйный контур устройства настоящего изобретения служит для отбора воздуха из канала потока наружного контура и введения его у задней кромки внешней оболочки для воздействия на сдвиговые слои между потоком наружного контура и воздухом за пределами двигателя, протекающим вдоль внешней оболочки, в результате чего усиливается смешение между этими потоками воздуха. Устройство настоящего изобретения отличается, конкретно, тем, что оно предполагает использование выталкивающей решетки для разделения отобранного газового потока на множество газовых потоков меньших размеров. Наличие такой выталкивающей решетки, таким образом, позволяет сохранить аэродинамические характеристики внешней оболочки и обусловливает улучшенные акустические характеристики, конкретно, на средних и высоких частотах. Конкретно, наличие выталкивающей решетки позволяет предотвратить генерирование паразитного шума, поскольку множественные газовые потоки малых размеров имеют формы, которые обеспечивают малое проникновение в смесь потоков. Кроме того, выталкивающая решетка позволяет осуществлять введение в поток наружного контура под углом проникновения и/или углом скольжения, которые способствуют уменьшению шума реактивной струи. Наконец, шум, генерируемый выталкивающей решеткой, является небольшим (по сравнению с единственным выпускным трубопроводом), в результате чего улучшаются акустические характеристики на средних и высоких частотах.

Предпочтительно, выталкивающая решетка каждого микроструйного контура содержит пластину, имеющую множество отверстий, каждое из которых имеет перпендикулярное сечение с размером, меньшим, чем размер перпендикулярного сечения подающего канала.

При таких обстоятельствах, по меньшей мере некоторые из отверстий в пластине каждой выталкивающей решетки предпочтительно имеют, в продольной плоскости относительно оси течения потока наружного контура, угол проникновения относительно радиальной оси внешней оболочки, лежащий в диапазоне от 10° до 60°, и/или, в поперечной плоскости относительно оси течения потока наружного контура, угол скольжения относительно упомянутой радиальной оси, лежащий в диапазоне от 25° до 90°. Авторы изобретения обнаружили, что угол проникновения и угол скольжения, выбранные в этих диапазонах значений, позволяют получить большие улучшения в отношении уменьшения шума реактивной струи.

Отверстия в пластине каждой выталкивающей решетки могут иметь перпендикулярное сечение, которое является круглым по форме. При таких обстоятельствах, перпендикулярное сечение отверстий в пластине каждой выталкивающей решетки предпочтительно имеет диаметр, лежащий в диапазоне от 0,5 миллиметра (мм) до 2,5 мм.

Альтернативно, отверстия в пластине каждой выталкивающей решетки могут иметь перпендикулярное сечение, которое имеет прямоугольную или эллиптическую форму.

Также предпочтительно выталкивающая решетка каждого микроструйного контура аксиально выровнена с заборным средством газового потока. Эта характеристика позволяет минимизировать потери напора.

Также предпочтительно площадь выталкивания выталкивающей решетки лежит в диапазоне от 0,5% до 2,5% от площади выталкивания канала потока наружного контура.

Средство газового потока в каждом микроструйном контуре может содержать один или два ковшовых заборника, раскрывающихся в канал потока наружного контура и ведущих к подающему каналу.

Предпочтительно, устройство может дополнительно содержать выпускные направляющие лопатки, продолжающиеся радиально от внутренней стенки внешней оболочки через канал потока наружного контура, причем каждый микроструйный контур имеет по меньшей мере один ковшовый заборник, раскрывающийся в канал потока наружного контура ниже по потоку от выпускных направляющих лопаток и ведущий в подающий канал.

Каждый микроструйный контур устройства настоящего изобретения служит для отбора воздуха из канала потока наружного контура для введения его у задней кромки внешней оболочки для воздействия на сдвиговые слои между потоком наружного контура и воздухом за пределами двигателя, протекающим вдоль внешней оболочки, в результате чего усиливается смешение между этими потоками воздуха. В этом варианте осуществления настоящего изобретения, устройство отличается, конкретно, тем, что для питания микроструйных контуров оно предполагает расположение ковшового заборника непосредственно ниже по потоку от выпускных направляющих лопаток, т.е. в зоне, где условия для питания контуров воздухом являются наиболее предпочтительными (давление является наивысшим непосредственно ниже по потоку от выпускных направляющих лопаток). Посредством расположения ковшовых заборников таким образом, становится возможным минимизировать впускное сечение ковшовых заборников - и, таким образом, минимизировать потери характеристик двигателя - и это не повлияет на эффективность устройства.

Предпочтительно, по меньшей мере один ковшовый заборник каждого микроструйного контура раскрывается в канал потока наружного контура в зоне внешней оболочки, которая продолжается аксиально сверху вниз по потоку от задних кромок выпускных направляющих лопаток до границы, лежащей в диапазоне от 1/3 до 2/3 аксиального расстояния между задними кромками выпускных направляющих лопаток и задней кромкой внешней оболочки.

Каждый микроструйный контур может иметь единственный ковшовый заборник, ведущий в подающий канал, причем ковшовый заборник и нижний по потоку конец подающего канала являются аксиально выровненными друг с другом.

Альтернативно, каждый микроструйный контур может иметь два ковшовых заборника, ведущих к подающему каналу, причем ось нижнего по потоку конца подающего канала смещена относительно каждого из ковшовых заборников.

В качестве другой альтернативы, каждый микроструйный контур имеет единственный ковшовый заборник, ведущий в подающий канал, который раскрывается у задней кромки внешней оболочки через две выталкивающие решетки, оси которых смещены относительно ковшового заборника.

Микроструйные контуры предпочтительно разнесены с регулярными промежутками друг от друга вокруг продольной оси внешней оболочки.

Предпочтительно, устройство дополнительно включает в себя средство для разворачивания и втягивания ковшовых заборников микроструйных контуров. Таким образом, можно открывать ковшовые заборники во время этапов взлета, во время которых микроструи должны быть активированы для уменьшения шума реактивной струи, и закрывать ковшовые заборники во время других этапов полета, чтобы избежать ухудшения характеристик двигателя.

Подобным образом, устройство может содержать средство для регулирования расхода газового потока, протекающего в подающих каналах микроструйных контуров.

Изменения в сечении между сечениями впускным и выпускным сечениями каждого микроструйного контура могут быть предпочтительно постепенными для минимизации потерь напора.

В качестве примера, соотношение, управляющее упомянутым постепенным изменением в сечении, может иметь во всех точках производную, имеющую абсолютное значение, которое является меньшим, чем 0,1.

Если рассмотреть в качестве примера микроструйный контур, имеющий впускное сечение Si, имеющее значение, равное 0,003133 квадратного метра (м²), внешнее сечение So, имеющее значение, равное 0,002038 м², и криволинейную длину канала, имеющую значение, равное 0,3 метра (м), то тогда соотношение для постепенного изменения соответствует следующему уравнению

ΔS=So - Si >

которое может быть, таким образом, записано как:

ΔS > -0,4%

с учетом того, что:

=-0,365%

Предпочтительно, число микроструйных контуров 'ʺ устройства является большим, чем значение, соответствующее шести диаметрам, выраженным в метрах, круглого сечения сопла внешнего контура у его выталкивающей части. Это значение оптимизировано для введения числа микроструй, достаточного для влияния на шум реактивной струи, но не слишком большого, чтобы избежать отбора слишком большого количества воздуха из потока наружного контура и, таким образом, сохранить хорошие характеристики.

Предпочтительно, максимальное число N_max микроструй является меньшим, чем значение, равное пятидесяти диаметрам D сопла в плоскости выталкивания внешнего контура, т.е.

N_max < 50 * D

Микроструи оказывают заметное влияние на составляющие средней скорости потока, поскольку отношение расстояния x вниз по потоку от сопла, от выталкивающей части, к диаметру D сопла в плоскости выталкивания внешнего контура является меньшим 4, т.е.:

x/D < 4

Каждая микроструя оказывает локализованное воздействие в степени, которая связана с ее геометрическими характеристиками, и, конкретно, углом введения, и зависит от термодинамических условий введения. Для удовлетворительного воздействия на общие режимы реактивной струи, предпочтительно обеспечивать минимальное распределение микроструй, распределенных по азимуту у сопла.

Напротив, число микроструй не должно быть слишком большим, чтобы избежать прямых столкновений микроструй друг с другом, которые могут уменьшить возможность управления общими режимами реактивной струи, и чтобы ограничить их влияние на характеристики двигателя.

Настоящее изобретение также обеспечивает газотурбинный двигатель, содержащий центральное тело, внутреннюю оболочку, расположенную коаксиально вокруг центрального тела для взаимодействия с ним для определения кольцевого канала для прохождения потока внутреннего контура, поступающего от двигателя, и внешнюю оболочку, расположенную коаксиально вокруг внутренней оболочки для взаимодействия с ней для определения кольцевого канала для прохождения потока наружного контура, поступающего от двигателя, причем двигатель дополнительно включает в себя устройство уменьшения шума реактивной струи, определенное выше, причем внешняя оболочка двигателя предпочтительно образована внешней оболочкой упомянутого устройства уменьшения шума реактивной струи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, приведенного со ссылкой на сопутствующие чертежи, которые показывают варианты осуществления, имеющие неограничивающий характер. На чертежах:

- Фиг. 1 является схематичным продольным сечением двухконтурного газотурбинного двигателя, оснащенного устройством уменьшения шума реактивной струи настоящего изобретения;

- Фиг. 2 является увеличенным видом в перспективе устройства уменьшения шума реактивной струи фиг. 1;

- Фиг. 3 является продольным сечением устройства фиг. 2;

- Фиг. 4 является видом в перспективе микроструйного контура устройства уменьшения шума реактивной струи фиг. 3;

- Фиг. 5 является видом одного варианта осуществления микроструйного контура;

- Фиг. 6 является видом микроструйного контура в другом варианте осуществления устройства настоящего изобретения;

- Фиг. 7А-7С являются видами выталкивающей решетки в трех разных плоскостях сечения;

- Фиг. 8 является видом в перспективе выталкивающей решетки в одном варианте осуществления; и

- Фиг. 9 является кривой, графически представляющей улучшения коэффициента усиления (в децибелах) как функции частоты (в Гц), показывающей уменьшение ухудшения характеристик на средних и высоких частотах в устройстве настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 является очень схематичным продольным сечением газотурбинного двигателя 10, имеющего сопло с отдельными потоками.

Как известно, двигатель 10 содержит центральное тело 12, центрированное относительно продольной оси Х-Х двигателя, внутреннюю оболочку 14, расположенную коаксиально вокруг центрального тела, и внешнюю оболочку 16, расположенную коаксиально вокруг внутренней оболочки.

Внутренняя стенка 14а внутренней оболочки 14 взаимодействует с центральным телом 12 для определения кольцевого канала (или прохода) 18 для прохождения потока внутреннего контура (или горячего потока), поступающего от двигателя. Подобным образом, внешняя стенка 14b внутренней оболочки 14 взаимодействует с внутренней стенкой 20 внешней оболочки 16 для определения между ними кольцевого канала 22 для прохождения потока наружного контура (или холодного потока).

Двигатель также имеет множество выпускных направляющих лопаток (outlet guide vane - OGV) 24, каждая из которых продолжается радиально от внутренней стенки 20 внешней оболочки 16 через канал 22 потока наружного контура к внешней стенке 14b внутренней оболочки.

Эти OGV 24 расположены в канале 22 потока наружного контура ниже по потоку от лопаток 26 вентилятора, и они служат обычно для выпрямления потока наружного контура вдоль оси Х-Х двигателя.

Для уменьшения шума реактивной струи, конкретно, во время этапов взлета, настоящее изобретение предусматривает отбор воздуха, протекающего в канале 22 потока наружного контура, для введения его дальше по потоку в виде микроструй у задней кромки внешней оболочки 16, для воздействия на сдвиговые слои между потоком наружного контура и воздухом за пределами двигателя, протекающим вдоль внешней оболочки, в результате чего усиливается смешение между этими потоками воздуха.

Более точно, авторы изобретения считают, что для обеспечения целевых условий активации микроструй во время этапов взлета, предпочтительно скорость выталкивания воздуха посредством микроструй должна быть по меньшей мере 200 метров в секунду (м/с), расход воздуха через микроструи должен быть по меньшей мере 2,3 килограмма в секунду (кг/с), и соотношение между площадью поверхности выталкивания всех микроструй и общей площадью поверхности выталкивания канала потока наружного контура должно лежать в диапазоне от 0,5% до 2,5%.

Для этой цели, и как показано более точно на фиг. 2-4, настоящее изобретение предусматривает установку множества микроструйных контуров 28 на внешнюю оболочку 16 двигателя, например, от восьми до 16 таких контуров, причем эти контуры могут быть разнесены с регулярными промежутками друг от друга вокруг продольной оси Х-Х.

Каждый микроструйный контур 28 включает в себя, конкретно, по меньшей мере один ковшовый заборник 30, который раскрывается в канал 22 потока наружного контура ниже по потоку от OGV 24. Ковшовые заборники, показанные на фигурах, считаются «динамическими», т.е. они выдаются в канал потока наружного контура. Альтернативно, ковшовые заборники могут находиться на одном уровне с внутренней стенкой 20 внешней оболочки.

Ковшовый заборник 30 каждого микроструйного контура 28 (или по меньшей мере один ковшовый заборник, если имеется несколько ковшовых заборников) расположен непосредственно ниже по потоку от OGV 24, и предпочтительно в зоне Р внешней оболочки 16, которая продолжается аксиально сверху вниз по потоку от задних кромок 24а OGV 24 вплоть до границы L, лежащей в диапазоне от 1/3 до 2/3 аксиального расстояния между задними кромками OGV и задней кромкой внешней оболочки.

Каждый микроструйный контур 28 также имеет единственный подающий канал 32, к которому ведет соответствующий ковшовый заборник 30, и который раскрывается у нижнего по потоку конца у задней кромки внешней оболочки 16.

В варианте осуществления фиг. 1-4, подающий канал 32 каждого микроструйного контура является трубопроводом, который расположен внутри внешней оболочки 16 между ее внутренней стенкой 20 и ее внешней стенкой.

Подающий канал 32 соединен выше по потоку с ковшовым заборником (заборниками) 30 и ниже по потоку по меньшей мере с одной выталкивающей решеткой 34, причем каждая выталкивающая решетка является подходящей для разделения отобранного газового потока на множество газовых потоков, имеющих сечения с размерами, которые являются меньшими, чем перпендикулярное сечение подающего канала.

Предпочтительно, ковшовый заборник 30 и нижний по потоку конец подающего канала 32, который соединен с выталкивающей решеткой 34, аксиально выровнены друг с другом для минимизации потерь напора.

Кроме того, предпочтительно выбирать ковшовый заборник 30 с впускным сечением S_IN (фиг. 4), лежащим в диапазоне от 0,002 м² до 0,005 м², и подающий канал 32 с выпускным сечением S_OUT, лежащим в диапазоне от 0,001 м² до 0,003 м². Изменения в сечении между впускным и выпускным сечениями S_IN и S_OUT являются предпочтительно постепенными для минимизации потерь напора.

В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 5, каждый микроструйный контур 28' имеет два ковшовых заборника 30, ведущих к единственному подающему каналу 32, причем ось нижнего по потоку конца подающего канала смещена относительно каждого из ковшовых заборников.

Этот вариант осуществления является, конкретно, предпочтительным, если требуется большой расход для микроструйного контура 18'. Конкретно, с использованием этого решения, имеющего пары ковшовых заборников, можно питать подающий канал 32 с использованием ковшовых заборников, которые имеют малое впускное сечение.

В другом варианте осуществления, показанном на фиг. 6, каждый микроструйный контур 28" имеет единственный ковшовый заборник 30, раскрывающийся в единственный подающий канал 32, который в свою очередь раскрывается через две выталкивающие решетки 34, оси которых смещены относительно ковшового заборника.

Этот вариант осуществления обеспечивает преимущество, состоящее в минимизации общего числа ковшовых заборников, и, таким образом, веса устройства настоящего изобретения.

В предпочтительной реализации (не показана на фигурах), которая является применимой ко всем трем описанным выше вариантам осуществления, устройство уменьшения шума реактивной струи может дополнительно включать в себя средство для разворачивания (т.е. открывания) и втягивания (т.е. закрывания) ковшовых заборников микроструйных контуров. Например, эти средства могут быть образованы втягиваемым устройством, подходящим для втягивания ковшового заборника, служащим, во-первых, для устранения препятствия, которое оно может образовывать в канале, и, во-вторых, для заграждения впускных отверстий ковшовых заборников. Такое втягиваемое устройство перемещается в свое открытое и закрытое положения системой исполнительных механизмов, такой как подъемник.

С помощью такой реализации, можно разворачивать и открывать ковшовые заборники во время этапов взлета, в которых микроструи должны быть активированы для уменьшения шума реактивной струи, и втягивать и закрывать ковшовые заборники во время других этапов полета во избежание ухудшения характеристик двигателя.

В другой предпочтительной реализации (не показана на фигурах), которая является применимой ко всем трем описанным выше вариантам осуществления, устройство уменьшения шума реактивной струи может также включать в себя средство для регулирования расхода газового потока, протекающего в подающих каналах микроструйных контуров. Например, такое средство может быть образовано клапаном, расположенным внутри подающего канала и управляемым электронным вычислительным устройством самолета в зависимости от этапов полета.

Фиг. 7А-7С показывают более подробно один вариант осуществления выталкивающей решетки 34, устанавливаемой на каждый из микроструйных контуров.

Выталкивающая решетка 34 имеет форму пластины, которая перфорирована множеством отверстий 36, каждое из которых имеет перпендикулярное сечение с размером, который является меньшим, чем размер перпендикулярного сечения подающего канала 32. Более точно, эти отверстия 36 являются раскрываются выше по потоку в подающий канал 32 соответствующего микроструйного контура, и они раскрываются ниже по потоку у задней кромки внешней оболочки 16 в зоне слияния между газовым потоком, поступающим из канала 22 потока наружного контура, и потоком воздуха за пределами двигателя, протекающим вокруг внешней оболочки.

Кроме того, отверстия 36 раскрываются в эту зону слияния под углом α проникновения (относительно радиальной оси Z-Z внешней оболочки - фиг. 7В) и/или углом β скольжения (относительно радиальной оси Z-Z - фиг. 7С). Угол α проникновения определен в продольной плоскости относительно продольной оси Х-Х внешней оболочки (соответствующей оси течения потока наружного контура, проходящего через двигатель), т.е. плоскости, образованной продольной и радиальной осями Х-Х и Z-Z внешней оболочки, в то время как угол β скольжения определен в плоскости, которая является поперечной относительно продольной оси Х-Х внешней оболочки, т.е. плоскости, образованной тангенциальной и радиальной осями Y-Y и Z-Z внешней оболочки.

Предпочтительно, угол α прохождения лежит в диапазоне от

10° до 60°, а угол β скольжения лежит в диапазоне от 25° до 90°. Углы α и β проникновения и скольжения, выбранные в этих диапазонах, позволяют получить большие улучшения в отношении уменьшения шума реактивной струи.

Кроме того, как показано в варианте осуществления, показанном на фиг. 7А-7С, отверстия 36 могут быть цилиндрическими по форме с перпендикулярным сечением, которое является круглым по форме.

При таких обстоятельствах, перпендикулярное сечение отверстий 36 предпочтительно имеет диаметр d, лежащий в диапазоне от 0,5 мм до 2,5 мм, в отличие от (круглого или другого) сечения подающего канала 32, которое лежит в диапазоне от 0,001 до 0,004 мм².

Следует отметить, что когда отверстия 36 являются цилиндрическими по форме, пластина, образующая выталкивающую решетку, может иметь толщину е, которая является по меньшей мере в два раза большей, чем диаметр d отверстий. Эта толщина е может, естественно, изменяться по всей длине пластины для облегчения интегрирования ее в выталкивающую решетку.

Фиг. 8 показывает один вариант осуществления выталкивающей решетки 34' для каждого микроструйного контура. В этом варианте, отверстия 36' имеют форму параллелепипедов с перпендикулярным сечением, которое является прямоугольным по форме.

В одном варианте, перпендикулярное сечение отверстий 36' (т.е. их площадь) имеет размер, который является меньшим, чем перпендикулярное сечение подающего канала, и эти отверстия предпочтительно имеют угол проникновения относительно продольной оси внешней оболочки и/или угол скольжения относительно тангенциальной оси внешней оболочки.

Естественно, форма отверстий, образованных в пластине, образующей выталкивающую решетку, может быть отличной от форм, показанных здесь. Таким образом, можно выбрать отверстия, которые имеют перпендикулярное сечение, которое является прямоугольным, в то время как его длина и ширина меняются местами по сравнению с фиг. или отверстия перпендикулярного сечения, которые имеют эллиптическую или другую форму.

Фиг. 9 показывает акустические улучшения (коэффициент усиления в децибелах) как функцию частоты (в Гц), полученные с использованием устройства уменьшения шума реактивной струи настоящего изобретения.

Кривая С₁ на этой фигуре соответствует кривой для акустического улучшения, полученного с использованием устройства уменьшения шума реактивной струи, не имеющего выталкивающих решеток настоящего изобретения (т.е. подающие каналы раскрываются прямо в задней кромке внешней оболочки).

Кривая С₂ показывает акустические улучшения, полученные с использованием устройства уменьшения шума реактивной струи согласно настоящему изобретению (т.е., с выталкивающими решетками, расположенными у нижнего по потоку конца подающего канала каждого микроструйного контура).

Эти кривые показывают существенное акустическое улучшение δ, полученное посредством устройства настоящего изобретения (кривая С₂) по сравнению с устройством, которое не имеет выталкивающих решеток (кривая С₁), конкретно, на средних и высоких частотах (представленных, соответственно, диапазонами В и С значений, причем диапазон А представляет низкие частоты). Это акустическое улучшение имеет место, конкретно, вследствие наличия выталкивающей решетки, которая в действительности производит свой собственный шум, но этот шум является меньшим, чем шум, производимый подающим каналом, раскрывающимся прямо у задней кромки внешней оболочки.

1. Устройство для уменьшения шума реактивной струи от газотурбинного двигателя, причем устройство содержит внешнюю оболочку, снабженную с внутренней стороны стенкой, выполненной с возможностью образования внешней стенки кольцевого прохода для прохождения потока наружного контура, поступающего от двигателя, причем устройство отличается тем, что стенка внешней оболочки включает в себя множество микроструйных контуров, каждый из которых имеет заборное средство, выполненное с возможностью отбора потока газа из канала потока наружного контура и подведения его к единственному подающему каналу, причем упомянутый подающий канал раскрывается у задней кромки внешней оболочки через по меньшей мере одну выпускную решетку, выполненную с возможностью разделения отобранного газового потока на множество микроструйных газовых потоков с перпендикулярными сечениями, которые имеют размеры, меньшие, чем размер перпендикулярного сечения подающего канала, причем заборное средство газового потока в каждом микроструйном контуре содержит один или два ковшовых заборника, выполненных с возможностью раскрывания в канал потока наружного контура и ведущих к подающему каналу, причем устройство дополнительно включает в себя средство для разворачивания и втягивания ковшовых заборников микроструйных контуров.

2. Устройство по п. 1, в котором выпускная решетка каждого микроструйного контура содержит пластину, имеющую множество отверстий, каждое из которых имеет перпендикулярное сечение с размером, меньшим, чем размер перпендикулярного сечения подающего канала.

3. Устройство по п. 2, в котором по меньшей мере некоторые из отверстий в пластине каждой выпускной решетки имеют, в продольной плоскости относительно оси течения потока наружного контура, угол прохождения потока относительно радиальной оси, лежащий в диапазоне от 10° до 60°, и/или, в поперечной плоскости относительно оси течения потока наружного контура, угол скольжения относительно упомянутой радиальной оси, лежащий в диапазоне от 25° до 90°.

4. Устройство по п. 2, в котором отверстия в пластине каждой выпускной решетки имеют перпендикулярное сечение, которое является круглым по форме.

5. Устройство по п. 4, в котором перпендикулярное сечение отверстий в пластине каждой выпускной решетки имеет диаметр, лежащий в диапазоне от 0,5 мм до 2,5 мм.

6. Устройство по п. 2, в котором отверстия в пластине каждой выпускной решетки имеют перпендикулярное сечение, которое имеет прямоугольную или эллиптическую форму.

7. Устройство по п. 1, в котором выпускная решетка каждого микроструйного контура аксиально выровнена с заборным средством газового потока.

8. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее выпускные направляющие лопатки, продолжающиеся радиально от внутренней стенки внешней оболочки через канал потока наружного контура, причем каждый микроструйный контур имеет по меньшей мере один ковшовый заборник, выполненный с возможностью раскрывания в канал потока наружного контура ниже по потоку от выпускных направляющих лопаток и ведущий в подающий канал.

9. Устройство по п. 8, в котором упомянутый по меньшей мере один ковшовый заборник каждого микроструйного контура выполнен с возможностью раскрывания в канал потока наружного контура в зоне внешней оболочки, проходящей аксиально от выше по потоку к ниже по потоку от задних кромок выпускных направляющих лопаток до границы, лежащей в диапазоне от 1/3 до 2/3 аксиального расстояния между задними кромками выпускных направляющих лопаток и задней кромкой внешней оболочки.

10. Устройство по п. 8, в котором каждый микроструйный контур имеет единственный ковшовый заборник, ведущий в подающий канал, причем ковшовый заборник и нижний по потоку конец подающего канала являются аксиально выровненными друг с другом.

11. Устройство по п. 8, в котором каждый микроструйный контур имеет два ковшовых заборника, ведущих в подающий канал, причем ось нижнего по потоку конца подающего канала смещена относительно каждого из ковшовых заборников.

12. Устройство по п. 8, в котором каждый микроструйный контур имеет единственный ковшовый заборник, ведущий в подающий канал, который раскрывается у задней кромки внешней оболочки через две выталкивающие решетки, оси которых смещены относительно ковшового заборника.

13. Устройство по п. 8, в котором микроструйные контуры разнесены с регулярными промежутками друг от друга вокруг продольной оси внешней оболочки.

14. Устройство по п. 8, дополнительно содержащее средство для регулирования расхода газового потока, протекающего в подающих каналах микроструйных контуров.

15. Устройство по п. 1, имеющее постепенные изменения в сечении между впускными сечениями и выпускными сечениями каждого микроструйного контура для минимизации потерь напора.

16. Устройство по п. 15, в котором соотношение, управляющее упомянутым постепенным изменением в сечении, имеет во всех точках производную, имеющую абсолютное значение, которое является меньшим, чем 0,1.

17. Устройство по п. 1, в котором число микроструйных контуров устройства является большим, чем значение, соответствующее шести диаметрам, выраженным в метрах, круглого сечения сопла внешнего контура у его выталкивающей части.

18. Газотурбинный двигатель, содержащий центральное тело, внутреннюю оболочку, расположенную коаксиально вокруг центрального тела для взаимодействия с ним для определения кольцевого канала для прохождения потока внутреннего контура, поступающего от двигателя, и внешнюю оболочку, расположенную коаксиально вокруг внутренней оболочки для взаимодействия с ней для определения кольцевого канала для прохождения потока наружного контура, поступающего от двигателя, причем двигатель дополнительно включает в себя устройство уменьшения шума реактивной струи, причем устройство содержит внешнюю оболочку, снабженную с внутренней стороны стенкой, выполненный с возможностью образования внешней стенки кольцевого прохода для прохождения потока наружного контура, поступающего от двигателя, причем устройство отличается тем, что стенка внешней оболочки включает в себя множество микроструйных контуров, каждый из которых имеет заборное средство, выполненное с возможностью отбора потока газа из канала потока наружного контура и подведения его к единственному подающему каналу, причем упомянутый подающий канал раскрывается у задней кромки внешней оболочки через по меньшей мере одну выпускную решетку, подходящую для разделения отобранного газового потока на множество газовых потоков с перпендикулярными сечениями, которые имеют размеры, меньшие, чем размер перпендикулярного сечения подающего канала, причем заборное средство газового потока в каждом микроструйном контуре содержит один или два ковшовых заборника, выполненных с возможностью раскрывания в канал потока наружного контура и ведущих к подающему каналу, причем устройство дополнительно включает в себя средство для разворачивания и втягивания ковшовых заборников микроструйных контуров, причем внешняя оболочка двигателя образована внешней оболочкой упомянутого устройства уменьшения шума реактивной струи.

19. Газотурбинный двигатель по п. 18, в котором площадь выталкивания выталкивающей решетки лежит в диапазоне от 0,5% до 2,5% площади выталкивания канала потока наружного контура.