RU2280186C2 - Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и позволяет повысить эффективность звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе при минимизации потерь давления и тяги путем использования акустически настроенных щелевых резонаторных камер Гельмгольца. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе содержит в канале наружного контура двигателя кольцевые трактовые стенки с полостями вне тракта и звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта. Каждая из звукопоглощающих конструкций в полостях вне тракта выполнена в виде резонаторных камер, преимущественно Гельмгольца. В полостях вне тракта внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено по перфорированной стенке, расположенной коаксиально внешним или внутренним трактовым стенкам этого канала. Отношение площадей облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внешних трактовых стенок канала наружного контура двигателя к площадям облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внутренних стенок этого канала равно

, где

- акустический параметр канала наружного контура двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибел. В полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено четное количество перфорированных стенок. Каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта образует между собой щелевую резонаторную камеру, расположенную коаксиально внешним и/или внутренним перфорированным трактовым стенкам этого канала. Площадь каждой щелевой резонаторной камеры в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя равна площади облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта этих стенок в этом канале. Изобретение позволяет повысить эффективность звукопоглощения при минимизации потерь давления и тяги путем использования акустически настроенных щелевых резонаторных камер Гельмгольца. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к устройствам подавления шума двухконтурных турбореактивных двигателей, преимущественно с большей степенью двухконтурности.

Известна звукопоглощающая облицовка тракта турбореактивного двигателя, содержащая сотовый наполнитель, размещенный между наружной и внутренней стенками, первая из которых расположена с зазором относительно силового корпуса, а вторая выполнена перфорированной, при этом наружная стенка также выполнена перфорированной со степенью перфорации, составляющей 3...20%, а отношение зазора к расстоянию от внутренней стенки до корпуса равно 0,3...0,7. (Патент RU №1324376, F 02 C 7/24, 18.04.2003 г.)

Недостатком известной конструкции является неполное использование возможности повышения эффективности поглощения звука в диапазоне частот 1250...8000 Гц дискретных гармоник тонального шума вентилятора и компрессора. Также недостатком известной конструкции является низкая конструктивная прочность стенки 4 силового корпуса, выполненной с зазором, без опор относительно перфорированной наружной стенки 2, а также низкая виброакустическая прочность стенки 4, которая имеет малую демпфирующую способность, преимущественно в режиме резонансных колебаний.

Известна звукопоглощающая акустическая панель гондолы турбовентиляторного двигателя с клиновидным обтекателем и передним цельным кольцом, содержащая стенку силового корпуса, перфорированную трактовую стенку, перфорированную стенку в полости вне тракта, фронтовой слой сотового заполнителя, размещенный между перфорированными трактовой стенкой и стенкой в полости вне тракта, а также тыловой слой сотового заполнителя, размещенный между перфорированной стенкой в полости вне тракта и стенкой силового корпуса. (Патент US №6173807, F 02 K 1/00, 13.04.1998 г.) Недостатком известной конструкции является неполная возможность ее использования непосредственно в газогенераторе турбореактивного двигателя, а также неполная возможность более эффективного глушения шума в диапазоне частот 1000...8000 Гц дискретных гармоник тонального и комбинационного шума вентилятора и компрессора, а также суммарного шума двигателя для повышения запасов по шуму. Также недостатком известной панели является ее недостаточная виброакустическая прочность в условиях высоких уровней звукового давления (~160 дБ) и высоких скоростей потока (~200 м/сек), а также сложность акустической настройки звукопоглощающих конструкций в полостях вне тракта в определенных диапазонах частот суммарного шума двигателя. В известной конструкции трудно достичь эффективного снижения шума вследствие трудностей настройки и оптимизации параметров дискретных гармоник тонального шума вентилятора и компрессора, а также суммарного шума двигателя.

Известна шумопоглощающая система самолета, имеющая резонирующую полость для поглощения шума за исключением остаточного шумового сигнала определенной частоты. Система содержит источник акустического сигнала, датчик шума определенной частоты и контролер для улавливания акустического сигнала определенной частоты и изменения определенных фаз и амплитуд акустического источника сигнала для снижения остаточного шумового сигнала. (Патент US №5919029, F 01 D 25/04, 06.07.1999 г.)

Недостатком известной конструкции является низкая надежность шумопоглощающей системы самолета, особенно при ее размещении в ″горячей″ части двигателя, а также неполная возможность более эффективного глушения шума в диапазоне частот 1000...8000 Гц дискретных гармоник тонального и комбинационного шума вентилятора и компрессора, а также суммарного шума двигателя.

Известен способ уменьшения шума вентиляторного контура турбовентиляторного двигателя с помощью регулируемых труб Гершеля-Квинке. Для уменьшения шума используют окружной или спиральный набор регулируемых или фиксированных труб Гершеля-Квинке. Этот набор эффективно разделяет акустическую энергию, генерируемую двигателем. В результате одна часть энергии распространяется по трубам, а другая часть - в отсеке двигателя. При распространении акустической энергии от вентилятора к входу и выходу двигателя в определенные моменты времени часть энергии из труб снова попадает в отсек двигателя и нейтрализует остальную часть энергии. (Патент US №6112514, F 02 K 3/02, 05.09.2000 г.)

Недостатком известной конструкции с использованием регулируемых или фиксированных труб Гершеля-Квинке является трудность размещения источников резонирующего излучения в эксплуатируемых двигателях и самолетах из-за невозможности размещения между агрегатами, трубопроводами, арматурой и подвеской двигателя в мотогондоле самолета, а также трудностей ″доводки″ акустической системы и ее сертификации для обеспечения шумоглушения в диапазоне частот 1000...8000 Гц дискретных гармоник тонального и комбинационного шума вентилятора и компрессора, а также суммарного шума двигателя.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе, содержащее в канале наружного контура двигателя кольцевые трактовые стенки с полостями вне тракта, звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта, каждая из которых выполнена в виде ряда кольцевых резонаторных камер, преимущественно Гельмгольца, при этом двигатель размещен в гондоле и соединен на входе с воздухозаборником самолета, а на выходе ограничен реактивным соплом, при этом звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта выполнены в виде ряда заполнителей, поперечное сечение каждого из которых представляет фигуру с замкнутым в меридианном сечении двигателя контуром, преимущественно в форме четырехугольника, число поверхностей стыка между заполнителями в полости вне тракта на единицу меньше числа заполнителей в этой полости, каждый из заполнителей скреплен одной стороной с перфорированной трактовой стенкой и с соответствующей стороной смежного заполнителя, при этом отношение площадей облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внешних трактовых стенок канала наружного контура двигателя к площадям облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внутренних стенок этого канала равно

, где:

- акустический параметр канала наружного контура двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибелл. (Патент RU №2230208, F 02 C 7/24, 10.01.2004 г. - прототип.) Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является неполное использование возможности максимального поглощения звука в диапазоне дискретных гармоник тонального шума вентилятора и компрессора f=1000...8000 Гц, что объясняется тем, что звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта вентиляторного контура выполнены в виде ряда заполнителей, поперечное сечение каждого из которых представляет фигуру с замкнутым в меридианном сечении двигателя контуром, преимущественно в форме четырехугольника. При этом полости вторичного резонанса отсутствуют, а камеры Гельмгольца в трубчатом кольцевом заполнителе труднее настроить к конкретным случаям шумоглушения определенных широкополосных частот, а также понизить уровни звукового давления, действующего в воздухозаборнике самолета и в канале наружного контура двигателя, вызывающие изменения действительной части импеданса (акустического сопротивления), которая для трактовых стенок определяется сопротивлением продувания перфорации. Это приводит к увеличению потерь давления звуковых колебаний широкополосных частот, к увеличению толщины пограничного с трактовой стенкой слоя, ″запиранию″ вентиляторного тракта и уменьшению тяги двигателя. При этом для известной конструкции существует определенный предел звукового давления, определяемый формой поперечного сечения рядов трубчатых заполнителей, при достижении которого величина импеданса (акустического сопротивления) перфорированных трактовых стенок с размещенными в них звукопоглощающими конструкциями существенно увеличивает амплитуду колебаний струй из отверстий перфорации, а также толщину пограничного слоя и снижает тягу двигателя, что не позволяет достичь акустического совершенства системы шумоглушения.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе при минимизации потерь давления и тяги путем использования акустически настроенных щелевых резонаторных камер Гельмгольца. Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе, содержащем в канале наружного контура двигателя кольцевые трактовые стенки с полостями вне тракта, звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта, каждая из которых выполнена в виде резонаторных камер, преимущественно Гельмгольца, причем в полостях вне тракта внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено по перфорированной стенке, расположенной коаксиально внешним или внутренним трактовым стенкам этого канала, при этом отношение площадей облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внешних трактовых стенок канала наружного контура двигателя к площадям облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внутренних стенок этого канала равно

, где:

- акустический параметр канала наружного контура двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибел, согласно изобретению в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено четное количество перфорированных стенок, а каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта образует между собой щелевую резонаторную камеру, расположенную коаксиально внешним и/или внутренним перфорированным трактовым стенкам этого канала, при этом площадь каждой щелевой резонаторной камеры в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя равна площади облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта этих стенок в этом канале. Глубина Т каждой полости вне тракта для размещения в них слоев заполнителей и высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта связаны соотношением:

. Высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта, а также толщины внешних или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, перфорированных стенок в полости вне тракта и стенки силового корпуса связаны соотношением:

где: t_в - толщина внешних или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, t_i - толщина перфорированных стенок в полости вне тракта, t_T - толщина стенки силового корпуса, К=0,707-1,414. Высота каждого слоя заполнителя, скрепленного с перфорированной трактовой стенкой внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, в целое число раз или в

раз меньше или больше высоты каждого слоя заполнителя, скрепленного с собственной перфорированной стенкой или стенками в полости вне тракта. Площадь перфорации трактовых стенок канала наружного контура двигателя составляет 5...15% их площади, площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, образующих щелевую резонаторную камеру, ближайших к перфорированной трактовой стенке, составляет 4-35% их площади, а площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, более удаленных от перфорированной трактовой стенки, составляет 3-10% их площади.

Выполнение устройства для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе таким образом, что в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено четное количество перфорированных стенок, а каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта образует между собой щелевую резонаторную камеру, расположенную коаксиально внешним и/или внутренним перфорированным трактовым стенкам этого канала, при этом площадь каждой щелевой резонаторной камеры в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя равна площади облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта этих стенок, в этом канале обеспечивает возможность оптимизации элементов звукопоглощающих конструкций: фронтового и тылового слоев сотового заполнителя по типу многочисленных резонаторных камер Гельмгольца для звукопоглощения тонального шума вентилятора, адаптированных одновременно к акустической настройке буферных кольцевых акустических камер Гершеля-Квинке для звукопоглощения комбинированного и широкополосного шумов вентилятора и компрессора. Это обеспечивает высокую эффективность максимального поглощения звука в диапазоне частот 1000...8000 Гц дискретных гармоник тонального шума вентилятора в условиях высоких уровней звукового давления (до 160 дБ), высокоскоростного потока (до 200 м/сек) без снижения тяги двигателя. При этом отношение площадей щелевых резонаторных камер во внешних полостях вне тракта (большего радиального удаления) канала наружного контура по отношению к площадям резонаторных камер во внутренних полостях вне тракта (меньшего радиального удаления) этого канала также равно

, где:

- акустический параметр канала наружного контура двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибел. Это позволяет эффективно разделять акустическую энергию, генерируемую двигателем. При распространении акустической энергии от вентилятора к входу и выходу двигателя в определенные моменты в определенных поперечных сечениях двигателя часть энергии из щелевых резонансных камер попадает в отсек двигателя и нейтрализует вектором косых отраженных волн большую часть остальной энергии. Это объясняется также теорией глушения шума в каналах с импедансными границами, ламинаризацией обтекания турбулентных потоков, демпфированием пограничного слоя и уменьшением внутренних потерь.

Выполнение устройства для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе таким образом, что глубина Т каждой полости вне тракта для размещения в них слоев заполнителей и высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта связаны соотношением:

, обеспечивает минимизацию амплитуды колебаний поперек проницаемых трактовых стенок, обладающих акустическим сопротивлением, т.е. через перфорацию. Это уменьшает толщину пограничного слоя вдоль трактовых стенок, уменьшает турбулентность пограничных слоев и снижает потери давления, вызванные ″запиранием″ канала наружного контура двигателя в условиях максимальных уровней звукового давления.

Выполнение устройства для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе таким образом, что высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта, а также толщины внешних или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, перфорированных стенок в полости вне тракта и стенки силового корпуса связаны соотношением:

где: t_в - толщина внешних или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, t_i - толщина перфорированных стенок в полости вне тракта, t_T - толщина стенки силового корпуса, К=0,707-1,414, дополнительно снижает потери давления, связанные с продуванием потоков пограничных с трактовыми стенками слоев через перфорацию, а также расширяет диапазон поглощения звука в диапазоне частот 1000...8000 Гц тонального шума вентилятора и суммарного шума двигателя.

Выполнение устройства для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе таким образом, что высота каждого слоя заполнителя, скрепленного с перфорированной трактовой стенкой внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, в целое число раз или в

раз меньше или больше высоты каждого слоя заполнителя, скрепленного с собственной перфорированной стенкой или стенками в полости вне тракта, обеспечивает минимизацию виброакустических напряжений и упрощает виброакустическую настройку щелевых резонаторных камер для звукопоглощения комбинационного и широкополосного шумов вентилятора и компрессора, а в целом - снижение суммарного шума двигателя.

Выполнение устройства для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе таким образом, что площадь перфорации трактовых стенок канала наружного контура двигателя составляет 5-15% их площади, площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, образующих щелевую резонаторную камеру, ближайших к перфорированной трактовой стенке, составляет 4-35% их площади, а площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, более удаленных от перфорированной трактовой стенки, составляет 3-10% их площади, расширяет диапазон использования при частотах 1000...8000 Гц путем настройки полостей вторичного резонанса (наружных рядов щелевых резонаторных камер) и дополнительно снижает потери давления при продувании потоков через перфорацию, вызываемых высокочастотными колебаниями тонального шума вентилятора. Это объясняется резонансным затуханием косых отраженных звуковых волн в резонансных звукопоглощающих конструкциях рядов заполнителей и щелевых резонансных камерах в полостях вне тракта внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя. Выход за пределы площади перфорации трактовых стенок канала наружного контура двигателя менее 5% или более 15% не обеспечивает совместно с другими выбранными параметрами настройку звукопоглощающей панели с двумя степенями свободы на вторую гармонику частоты следования лопаток вентилятора и приводит к снижению звукопоглощения панели с двумя степенями свободы на второй гармонике частоты следования ниже необходимого значения. Выполнение площади перфорации наименее удаленных от трактовых стенок менее 4% и/или выполнение площади перфорации наиболее удаленных от трактовых стенок менее 3% не обеспечивает совместно с другими выбранными параметрами настройку звукопоглощающей панели с двумя степенями свободы на первую гармонику частоты следования лопаток вентилятора. Выполнение площади перфорации наименее удаленных от трактовых стенок более 35% не позволяет достигнуть приемлемых прочностных и ресурсных характеристик звукопоглощающей панели. Выполнение площади перфорации наиболее удаленных от трактовых стенок более 10% приводит к снижению звукопоглощения панели с двумя степенями свободы на первой гармонике частоты следования ниже необходимого значения.

На фиг.1 изображен турбовентиляторный двигатель ПС-90А в гондоле.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 трактовых стенок канала наружного контура с двухъярусным расположением звукопоглощающих конструкций.

На фиг.3 - вариант 2 элемента I на фиг.1 трактовых стенок канала наружного контура с двухъярусным расположением звукопоглощающих конструкций.

На фиг.4 - вариант 3 элемента I на фиг.1 трактовых стенок канала наружного контура с двухъярусным расположением звукопоглощающих конструкций.

На фиг.5 - вариант 4 элемента I на фиг.1 трактовых стенок канала наружного контура с трехъярусным расположением звукопоглощающих конструкций и двухъярусными щелевыми резонаторными камерами. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе содержит в канале наружного контура 1 двигателя 2 кольцевые трактовые стенки 3, 4, полости вне тракта 5, 6, звукопоглощающие конструкции 7, 8 в каждой полости вне тракта 5, 6, которые выполнены в виде рядов кольцевых трубчатых резонаторных камер 9, 10 или сотовых 11, 12, преимущественно резонаторных камер Гельмгольца. Двигатель 2 размещен в гондоле 13 и соединен на входе 14 с воздухозаборником 15 самолета, на выходе 16 ограничен реактивным соплом 17, при этом поз.18 - виртуальная ось вращения ротора турбокомпрессора, поз.19 - вентилятор двигателя, поз.20 - компрессор двигателя, поз.21 - поток воздуха в канале 1 наружного контура двигателя 2. Звукопоглощающие конструкции 7, 8 в полостях вне тракта 5, 6 могут быть выполнены двухъярусными, треугольного в меридианном сечении профиля двигателя, например поз.22, 23, 24, 25. Звукопоглощающие конструкции 7,8 в полостях вне тракта 5, 6 могут быть выполнены двухъярусными, трапециевидными в меридианном сечении двигателя профиля, например поз.26, 27, 28, 29. Звукопоглощающие конструкции 7, 8 в полостях вне тракта 5, 6 могут быть выполнены трехъярусными, наружные слои - трапециевидного в меридианном сечении двигателя профиля, а средние слои - сотовые, например поз.30, 31, 32, 33, 34, 35. В полостях вне тракта 5 внешних трактовых стенок 3 и/или в полостях вне тракта 6 внутренних трактовых стенок 4 канала наружного контура 1 размещено четное количество перфорированных стенок, например стенок 36, 37 и 38, 39, или перфорированных стенок 40, 41 и 42, 43, или перфорированных стенок 44, 45 и 46, 47, или перфорированных стенок 48, 49, 50, 51 и 52, 53, 54, 55. Каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта 5, например 36, 37, а также 40, 41 и 44, 45 и 48, 49 и 50, 51, образует между собой щелевую резонаторную камеру, соответственно: 56, 57, 58, 59, 60, расположенную коаксиально внешним трактовым стенкам 3 этого канала 1. Каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта 6, например 38, 39, а также 42, 43 и 46, 47 и 52, 53 и 54, 55, образует между собой щелевую резонаторную камеру, соответственно 61, 62, 63, 64, 65, расположенную коаксиально внутренним трактовым стенкам 4 этого канала 1, 2, 3, 4, 5. Отношение площадей F_H облицовок звукопоглощающими конструкциями 7 в полостях вне тракта 5 внешних трактовых стенок 3 канала наружного контура 1 к площадям F_ВН облицовок звукопоглощающими конструкциями 8 в полостях вне тракта 6 внутренних трактовых стенок 4 этого канала 1 равно

, где:

- акустический параметр канала наружного контура 1 двигателя 2. При этом площади F_H, F_ВН облицовок звукопоглощающими конструкциями трактовых стенок 3 или 4 канала наружного контура, как правило, меньше площади самих звукопоглощающих конструкций, например, скрепленных пайкой со стенками 3, 4, и определяются площадью границ перфорации на трактовых стенках 3, 4. Площадь F_Г каждой щелевой резонаторной камеры 56, 57, 58, 59 и 60 в полостях вне тракта 5 внешних трактовых стенок 3 канала наружного контура 1 равна площади облицовок звукопоглощающими конструкциями 7 в полостях вне тракта 5 этих стенок 3 в этом канале 1. Площадь F_K каждой щелевой резонаторной камеры 61, 62, 63, 64, 65 в полостях вне тракта 6 внутренних трактовых стенок 4 канала наружного контура 1 равна площади F_BH облицовок звукопоглощающими конструкциями 8 в полостях вне тракта 6 этих стенок 4 в этом канале 1. Глубина 66 (Т) каждой полости вне тракта для размещения в них слоев заполнителей, например 9, 11 и 10, 12, а также высота 67 (Н) каждой щелевой резонаторной камеры, например 56, 61, между парами перфорированных стенок 36, 37 и 38, 39 связаны соотношением:

. Высота 67 (Н) каждой щелевой резонаторной камеры, например, 59, 60 между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта 48, 49 и 50, 51, а также толщины внешней трактовой стенки 3 канала наружного контура 1 двигателя 2, перфорированных стенок 48, 49 и 50, 51 в полости вне тракта 5 и стенки 68 силового корпуса связаны соотношением:

где: t_в - толщина стенки 3, t_i - толщина стенок 48, 49 и 50, 51, t_T - толщина стенки 68 силового корпуса, К=0,707-1,414. Такое же соотношение между высотой 69 (Н) каждой щелевой резонаторной камеры, например, 64, 65 между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта 52, 53 и 54, 55, а также толщиной внутренней трактовой стенки 4 канала наружного контура 1 двигателя 2, перфорированных стенок в полости вне тракта 52, 53 и 54, 55 и стенкой 70 силового корпуса. Высота 71 слоя заполнителя 30, скрепленного с перфорированной трактовой стенкой 3 внешней части канала 1 наружного контура двигателя, в целое число раз или в

раз меньше или больше высоты 72 слоя заполнителя 31, скрепленного с собственными перфорированными стенками 49, 50, или высоты 73 слоя заполнителя 32, скрепленного с собственной перфорированной стенкой 48 в полости вне тракта 5. Высота 74 слоя заполнителя 33, скрепленного с перфорированной трактовой стенкой 4 внутренней части канала 1 наружного контура двигателя, в целое число раз или в

раз меньше или больше высоты 75 слоя заполнителя 34, скрепленного с собственными перфорированными стенками 53, 54, или высоты 76 заполнителя 35, скрепленного с собственной перфорированной стенкой 55 в полости вне тракта 6. Площадь перфорации, т.е. суммы всех отверстий в трактовых стенках 3, 4 канала наружного контура 1 двигателя, составляет 5-15% их площади. Площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок 50, 51 и 52, 53 в полости вне тракта, образующих щелевые резонаторные камеры 60, 65, ближайшие к перфорированной трактовой стенке 3 или 4, составляет 4-35% их площади, а площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок 48, 49 и 54, 55 в полости вне тракта, более удаленных от перфорированной трактовой стенки 3 или 4, составляет 3-10% их площади. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе работает следующим образом. Определяющими параметрами спектра шума со стороны перфорированных трактовых стенок 3, 4 канала 1 наружного (вентиляторного) контура являются пики (экстремумы) тонального шума вентилятора 19, компрессора 20 и шум струи. Звуковое давление ~150...180 дБ, генерируемое дискретными гармониками вентилятора 19 и компрессора 20 в условиях высокоскоростного (~200 м/сек) потока 21 воздуха вентилятора и потока компрессора (не показано), воспринимается перфорированными трактовыми стенками 3, 4, пакетами фронтовых слоев заполнителя 11, 12 в виде многочисленных сотовых ячеек - резонаторных камер Гельмгольца и демпфируется в щелевых резонаторных камерах 56 и 61 соответственно. Далее пониженный уровень звукового давления воспринимается вторыми перфорированными стенками 36 и 38 соответственно и демпфируется в тыловых слоях трубчатого заполнителя 9 и 10 соответственно. При этом слои сотового заполнителя 11, 12, стенки 36, 37 и 38, 39 имеют перфорацию диаметром 0,5...1,1 мм, а стенки силового корпуса, например, 68, 70 выполнены сплошными. При работе двигателя потоки воздуха, отбрасываемые вентилятором 19, деформируются таким образом, что происходит резонансная отсечка частоты следования лопаток вентилятора в щелевых резонаторных камерах, например, 56, 61, т.е. происходит резонансное затухание косых волн, отраженных от трактовых стенок 3, 4, перфорированных стенок 36, 37 в полости вне тракта 5, перфорированных стенок 38, 39 в полости вне тракта 6, стенок силового корпуса, например, 68, 70. При этом щелевые резонаторные камеры 56, 61 эффективно разделяют акустическую энергию (согласно эффекту Гершеля-Квинке), аккумулируют ее и в определенные моменты времени в определенных сечениях двигателя снова направляют ее в канал наружного контура 1, нейтрализуя остальную часть акустической энергии. Происходит оптимальное в диапазоне частот 1000...8000 Гц поглощение звука при минимизации потерь давления и тяги двигателя, а коэффициент поглощения звука (по энергии) обеспечивается близким к единице.

Заявляемое изобретение повышает эффективность звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном, преимущественно турбовентиляторном авиационном двигателе, и обеспечивает запасы по шуму.

Claims (5)

1. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе, содержащее в канале наружного контура двигателя кольцевые трактовые стенки с полостями вне тракта, звукопоглощающие конструкции в полостях вне тракта, каждая из которых выполнена в виде резонаторных камер, преимущественно Гельмгольца, причем в полостях вне тракта внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено по перфорированной стенке, расположенной коаксиально внешним или внутренним трактовым стенкам этого канала, при этом отношение площадей облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внешних трактовых стенок канала наружного контура двигателя к площадям облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта внутренних стенок этого канала равно

,

где

- акустический параметр канала наружного контура двигателя, соответствующий логарифмическому масштабу 5 децибел,

отличающееся тем, что в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя размещено четное количество перфорированных стенок, а каждая пара перфорированных стенок в полости вне тракта образует между собой щелевую резонаторную камеру, расположенную коаксиально внешним и/или внутренним перфорированным трактовым стенкам этого канала, при этом площадь каждой щелевой резонаторной камеры в полостях вне тракта внешних и/или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя равна площади облицовок звукопоглощающими конструкциями в полостях вне тракта этих стенок в этом канале.

2. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе по п.1, отличающееся тем, что глубина Т каждой полости вне тракта для размещения в них слоев заполнителей и высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта связаны соотношением

.

3. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе по п.1 или 2, отличающееся тем, что высота Н каждой щелевой резонаторной камеры между парами перфорированных стенок в полостях вне тракта, а также толщины внешних или соответственно внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, перфорированных стенок в полости вне тракта и стенки силового корпуса связаны соотношением

где t_в - толщина внешних или внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя;

t_i - толщина перфорированных стенок в полости вне тракта;

t_T - толщина стенки силового корпуса;

К=0,707-1,414.

4. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе по п.1 или 2, отличающееся тем, что высота каждого слоя заполнителя, скрепленного с перфорированной трактовой стенкой внешних и внутренних трактовых стенок канала наружного контура двигателя, в целое число раз или в

раз меньше или больше высоты каждого слоя заполнителя, скрепленного с собственной перфорированной стенкой или стенками в полости вне тракта.

5. Устройство для звукопоглощения в двухконтурном турбореактивном двигателе по п.1 или 2, отличающееся тем, что площадь перфорации трактовых стенок канала наружного контура двигателя составляет 5-15% их площади, площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, образующих щелевую резонаторную камеру, ближайших к перфорированной трактовой стенке, составляет 4-35% их площади, а площадь перфорации стенки в каждой паре перфорированных стенок в полости вне тракта, более удаленных от перфорированной трактовой стенки, составляет 3-10% их площади.

Images