[发明专利]一种旁路式涡轮喷气发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器(特别是飞机)的旁路式涡轮喷气发动机。

背景技术

降低机场附近飞机产生的噪声辐射是一个重大挑战，对此，正在实施更为严格的标准。

对飞机起飞与降落期间所产生的高噪声水平的主要现象已作了定性和定量的调查工作。大体上说，噪声可以分为两大类，即飞机机体噪声和发动机噪声。

机体噪声是因为空气流动和飞机表面障碍物或凹凸不平之间的相互作用所致,诸如起落架，前缘缝翼，后缘襟翼等。

采用旁路式涡轮喷气发动机时，发动机噪声主要包括喷嘴快速喷射热气体所致的喷气噪声，和由于空气流动和静止结构之间相互作用所致的风扇噪声，这种相互作用是由驱动二次或“旁路”气流的风扇叶型所产生的。

应该回顾的是，旁路式涡轮喷气发动机带有风扇叶轮，风扇叶轮装有叶片且在环形机匣内转动。在风扇的下游，一部分空气流被引向主要或“核心”通道，在这个通道内，主气流被低压压缩机和高压压缩机压缩后流动，从而送到燃烧室，来自风扇的另一部分空气流被引向旁路通道，一组出口导向叶片(OGVs)延伸到该通道内。

来自风扇的噪声谱被分为声调部分和具有幅度的宽带部分，该幅度会随着涡轮喷气发动机外表状况而增加，这种发动机的旁路比非常大，即，在这种发动机中，旁路气流很大。

在风扇中，存在许多宽带噪声源，主要噪声源是风扇叶轮尾流和定子之间的相互作用，特别是出口导向叶片。

为了最小化风扇所产生的噪声，一个解决方案就是优化导向叶片的设计。然而，巡航速度时，对发动机效能的约束条件使得这些叶片不能完全适宜于在进场或起飞期间工作。

美国专利No.3730639提出了风扇机匣安装吸入装置，该吸入装置包括进气开口，该进气开口采用风扇叶轮叶片径向外端上游的狭缝构成，再配备吸入泵。

这样，在机匣内壁上形成的部分边界层就被吸入，以限制边界层和风扇叶轮叶片之间的相互作用，从而降低了噪声。这种解决方案并不能显著降低噪声的主要部分，这部分噪声是由风扇叶轮尾流和位于其下游的出口导向叶片之间相互作用所产生的。

此外，机匣和风扇叶轮叶片端部之间的间隙也会引起湍流，这种湍流是因为叶顶处被夹裹的气流效应所产生，这种湍流具有很高程度的湍流动能，一旦与机匣边界层混合，会大大促进涡流尾流和出口导向叶片之间相互作用的宽带噪声。

一个已知的解决方案是提供将空气喷入风扇湍流区的装置。为此，需要在风扇叶轮叶片内制作空气流动管道，结果，使得这种叶片的制造更复杂，特别是，当叶片采用复合材料制作时。

发明内容

本发明的一个具体目的是提供一种解决这种问题的方案，该方案简单，有效，且成本不高。

为此，本发明提出了一种旁路式涡轮喷气发动机，该发动机带有风扇叶轮，风扇叶轮装有叶片并由环形机匣环绕，所述涡轮喷气发动机的特征在于，该机匣包括自环形间隙吸入空气的吸气装置，所述间隙位于机匣和风扇叶轮叶片径向外端之间。

采用这种方法布置的吸气装置用来吸出风扇叶轮叶片顶部处的湍流气流，这样，就不会与位于下游的出口导向叶片相互作用，从而大大降低了风扇叶轮尾流和定子---特别是位于下游的出口导向叶片---之间相互作用所产生的噪声。

根据本发明的一个特性，吸气装置包括由至少一个进气狭缝形成的进口，该进气狭缝位于机匣内壁并与向下游延伸的吸入管道相通。

有利的是，吸气装置的进口狭缝轴向布置，仅在径向外端处与风扇叶轮叶弦上游部分对齐。

将这种吸气狭缝布置成仅与叶弦上游部分对齐，这样，一旦在前缘转角部位出现湍流，可使气流通过间隙被吸出。模拟实验表明，在叶片顶部，有几个部位会出现湍流，比较剧烈的部位大约在叶顶叶弦第一个三分之一处。为此，将进气狭缝布置在会产生最大量湍流活动的区域内。

为此，在叶片径向外端处，吸气装置的进气狭缝在轴向上优选位于与风扇叶轮叶弦上游三分之一对齐。

优选地，进气狭缝的轴向尺寸在叶片径向外端处为叶片叶弦的3%至10%的范围内。

为此，只有一小部分气流被吸收，避免了对发动机效能产生损伤。

根据本发明的另一个特性，进气狭缝为环形或采用围绕风扇轴线分布的多个孔口组成。

吸气装置可以包括置于机匣内的吸入泵。

根据本发明的一个实施例，吸气装置包括至少两个进气狭缝，位于机匣内壁并相对于彼此而轴向偏置。

有利的是，吸气装置包括置于机匣内的环形集管，并经由吸气管道而与进气狭缝相通。