一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统

本发明涉及一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，属于航空发动机排气元件设计和声学降噪。

背景技术：

1、民用航空发动机不断发展，其规范标准也不断提高，但是曾经服役于军队的航空发动机，在设计之初并不在意其发出噪声的控制，所以飞机场附近的居民区受到的噪声污染也逐渐引起了重视。国际民航组织为标准化航空飞机的噪声排放，规定了《国际航空公约》。对旧机型，若不能加装降噪结构并符合要求就只能退役。喷流噪声是发动机在起飞状态下的主要噪声，其原因在于高温燃气与外界空气在此处混合，导致其具有激烈的压力变化与复杂的气流状态，而压力波动是产生噪声的根本原因，现有的降噪方案包括引射混合器、波瓣式混合器和锯齿形喷口等几种，但都是在发动机设计之初就确定好的，而老发动机型号会因为无法满足适航性要求而被禁飞，因此针对这一现状，迫切需要开发一种能安装在老式机型上的降噪系统，以解决老式发动噪声大而被禁飞这一问题。

技术实现思路

1、针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，以克服以上缺陷满足实际设备运行工作的需要。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，包括外涵筒体、内涵洞体、整流锥、扰流元件，外涵筒体、内涵洞体均为空心管状结构，且外涵筒体包覆在内涵洞体外并与内涵洞体同轴分布，内涵洞体包覆在涡扇发动机外并与涡扇发动机同轴分布，同时外涵筒体、内涵洞体直接设外涵道排气通道，内涵洞体与涡扇发动机间设内涵道排气通道，其中外涵筒体包括进气段和排气段，进气段为圆柱体结构，排气段为圆台状结构，且排气段前端面与进气端后端面连接，同时进气段的后端面设进气口，排气段后端设排气口，且排气口内径为进气口内径的30％—90％，扰流元件若干，均位于排气段内，并与排气口处的排气段内侧面连接，各扰流元件环绕排气段轴线均布，其后端面与排气口端面平齐分布，内涵洞体包括引流段、压缩段和导流段，引流段通过压缩段和导流段连通并同轴分布，其中引流段为圆柱体结构，压缩段和导流段均为圆台状结构，其中引流段和压缩段长度的50％—80％部分均位于外涵筒体的进气段内，压缩段后端面内径为引流段内径的至少3倍，且涡扇发动机的压缩叶轮位于压缩段内，压缩段内侧内涵道排气通道的宽度为引流段内内涵道排气通道的宽度的至少1/5，导流段前端面与压缩段连接，后端面与外涵筒体的排气段连通，且导流段后端面内径为压缩段最大内径的50％—90％，整流锥为圆锥体结构，其后半部嵌于内涵洞体并与涡扇发动机后端面连接，其前端面位于内涵洞体外，并位于内涵洞体与扰流元件之间的外涵筒体内，且整流锥与内涵洞体同轴分布。

4、进一步的，所述的扰流元件的使用数量为6-10个，且扰流元件的占空比为20％—40％，所述扰流元件的宽度为涡扇发动机喷口周长的5％—15％；各扰流元件与外涵筒体间通过1-2条燕尾槽连接，同时另通过若干螺栓相互连接。

5、进一步的，所述的扰流元件的具体使用数量在确定时，通过远场声压级的计算函数计算得到：

6、声强谱函数为

7、

8、其中

9、

10、式(2)中是一任意的与时间无关的张量，tij(y′，t)、tkl(y″,t+τ)为lighthill应力张量，η＝y″-y′；

11、式(1)中，ρ0为气体不可压缩密度，ω为频率，c0为当地声速x和y分别为观测点坐标和声源坐标，x和y均为矢量x和y的分量；τ为积分变量，代表时间；

12、声强、声压的关联式为

13、

14、其中，p′rms为声压脉动的均方根值；

15、声压级(spl)的定义是

16、spl＝20log10(p′rms/pref)            (4)

17、其中pref为介质中的参考声压级，空气中pref＝2×10-5pa。

18、进一步的，所述的扰流元件包括基体、加强筋，其中所述基体为横断面与外涵筒体同轴分布的扇形密闭腔体结构，基体设设至少两条沿其直径方向分布的加强筋，并通过加强筋将基体的腔体分割为若干调节腔，同时扰流元件轴向截面呈直角三角形结构，其上端面通过燕尾槽与外涵筒体滑动连接，且扰流元件的轴线与外涵筒体轴线平行分布，所述基体下端面设圆弧状导流面，且圆弧导流面的轴心与外涵筒体轴线垂直分布，同时各扰流元件的圆弧导流面轴心均与同一与外涵筒体同轴分布的虚拟圆相切，且各切点环绕外涵筒体轴线均布。

19、进一步的，所述圆弧导流面与基体侧壁接触面处均设圆弧过度面，同时基座前端面处圆弧导流面与外涵筒体内侧面间平齐分布，后端面与外涵筒体轴线间间距为排气口半径的20％-80％；同时所述圆弧导流面前端面宽度为其后端面宽度的0.8-1.5倍。

20、进一步的，所述整流锥包括连接段和整流段，其中所述连接段为与涡扇发动机同轴分布的圆台状结构，其后端面与涡扇发动机端面连接，所述连接段前端面与整流段连接并同轴分布，所述整流段为圆锥体结构，且整流段母线与连接段母线间夹角为0°—30°。

21、进一步的，所述降噪元件的建立是以中心面为基础旋转一定角度得来的；所述旋转角度视安装数量与占空比而定。

22、进一步的，所述降噪元件旋转角度确定时，以其实际使用数量除以10所得的商为相邻两个降噪元件之间间隔角度，然后以涡扇发动机排气口周长减各降噪元件之间间隔总长度之和，即得到各降噪元件占涡扇发动机排气口周长的总长度，然后以各降噪元件占涡扇发动机排气口周长的总长度除以降噪元件实际使用数量，即可得到单个降噪元件旋转角度值。

23、本发明系统结构通用好，可有效适应多种结构类型涡扇发动机设备配套使用的需要，且设备结构简单，且对涡扇发动机设备结构改造小，与涡扇发动机间装配维护操作简单便捷，从而有效提高本发明设备使用灵活性，并有效降低使用及维护成本；同时在运行中，有效缩短喷流核心区长度，使得涡扇发动机排气噪声降低，提高涡扇发动机运行性能。

技术特征：

1.一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述经济可靠的涡扇发动机降噪系统包括外涵筒体、内涵洞体、整流锥、扰流元件，所述外涵筒体、内涵洞体均为空心管状结构，且外涵筒体包覆在内涵洞体外并与内涵洞体同轴分布，内涵洞体包覆在涡扇发动机外并与涡扇发动机同轴分布，同时外涵筒体、内涵洞体直接设外涵道排气通道，内涵洞体与涡扇发动机间设内涵道排气通道，其中所述外涵筒体包括进气段和排气段，所述进气段为圆柱体结构，排气段为圆台状结构，且排气段前端面与进气端后端面连接，同时进气段的后端面设进气口，排气段后端设排气口，且排气口内径为进气口内径的30％—90％，所述扰流元件若干，均位于排气段内，并与排气口处的排气段内侧面连接，各扰流元件环绕排气段轴线均布，其后端面与排气口端面平齐分布，所述内涵洞体包括引流段、压缩段和导流段，所述引流段通过压缩段和导流段连通并同轴分布，其中所述引流段为圆柱体结构，压缩段和导流段均为圆台状结构，其中引流段和压缩段长度的50％—80％部分均位于外涵筒体的进气段内，所述压缩段后端面内径为引流段内径的至少3倍，且涡扇发动机的压缩叶轮位于压缩段内，压缩段内侧内涵道排气通道的宽度为引流段内内涵道排气通道的宽度的至少1/5，所述导流段前端面与压缩段连接，后端面与外涵筒体的排气段连通，且导流段后端面内径为压缩段最大内径的50％—90％，所述整流锥为圆锥体结构，其后半部嵌于内涵洞体并与涡扇发动机后端面连接，其前端面位于内涵洞体外，并位于内涵洞体与扰流元件之间的外涵筒体内，且整流锥与内涵洞体同轴分布。

2.根据权利要求1所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述的扰流元件的使用数量为6-10个，且扰流元件的占空比为20％—40％，所述扰流元件的宽度为涡扇发动机喷口周长的5％—15％；各扰流元件与外涵筒体间通过1-2条燕尾槽连接，同时另通过若干螺栓相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述的扰流元件的具体使用数量在确定时，通过远场声压级的计算函数计算得到：

4.根据权利要求1所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述的扰流元件包括基体、加强筋，其中所述基体为横断面与外涵筒体同轴分布的扇形密闭腔体结构，基体设设至少两条沿其直径方向分布的加强筋，并通过加强筋将基体的腔体分割为若干调节腔，同时扰流元件轴向截面呈直角三角形结构，其上端面通过燕尾槽与外涵筒体滑动连接，且扰流元件的轴线与外涵筒体轴线平行分布，所述基体下端面设圆弧状导流面，且圆弧导流面的轴心与外涵筒体轴线垂直分布，同时各扰流元件的圆弧导流面轴心均与同一与外涵筒体同轴分布的虚拟圆相切，且各切点环绕外涵筒体轴线均布。

5.根据权利要求4所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述圆弧导流面与基体侧壁接触面处均设圆弧过度面，同时基座前端面处圆弧导流面与外涵筒体内侧面间平齐分布，后端面与外涵筒体轴线间间距为排气口半径的20％—80％；同时所述圆弧导流面前端面宽度为其后端面宽度的0.8—1.5倍。

6.根据权利要求1或6所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述整流锥包括连接段和整流段，其中所述连接段为与涡扇发动机同轴分布的圆台状结构，其后端面与涡扇发动机端面连接，所述连接段前端面与整流段连接并同轴分布，所述整流段为圆锥体结构，且整流段母线与连接段母线间夹角为0°—30°。

7.根据权利要求1所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述降噪元件的建立是以中心面为基础旋转一定角度得来的；所述旋转角度视安装数量与占空比而定。

8.根据权利要求7所述的一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，其特征在于：所述降噪元件旋转角度确定时，以其实际使用数量除以10所得的商为相邻两个降噪元件之间间隔角度，然后以涡扇发动机排气口周长减各降噪元件之间间隔总长度之和，即得到各降噪元件占涡扇发动机排气口周长的总长度，然后以各降噪元件占涡扇发动机排气口周长的总长度除以降噪元件实际使用数量，即可得到单个降噪元件旋转角度值。

技术总结本发明涉及一种一种经济可靠的涡扇发动机降噪系统，包括外涵筒体、内涵洞体、整流锥、扰流元件，外涵筒体、内涵洞体均为空心管状结构，外涵筒体包覆在内涵洞体外并，内涵洞体包覆在涡扇发动机外，外涵筒体包括进气段和排气段，扰流元件与排气口处的排气段内侧面连接，内涵洞体包括引流段、压缩段和导流段，整流锥为圆锥体结构，其后半部与涡扇发动机后端面连接，其前端面位于内涵洞体外。本发明可有效适应多种结构类型涡扇发动机设备配套使用的需要，且对涡扇发动机设备结构改造小，与涡扇发动机间装配维护操作简单便捷，并可有效缩短喷流核心区长度，使得涡扇发动机排气噪声降低，提高涡扇发动机运行性能。技术研发人员：刘兆龙,邱天,梁立红受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4