BRPI0612420A2 - processo para redução das emissões sonoras na traseira de um motor a jato de fluxo duplo para aeronave e motor a jato assim aperfeiçoado - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA REDUçAO DAS EMISSOES SONORAS NA TRASEIRA DE UM MOTOR A JATO DE FLUXO DUPLO PARA AERONAVE E MOTOR A JATO ASSIM APERFEIçOADO De acordo com a presente invenção, a espessura da parte traseira (9R) do revestimento de atenuação acústica aplicado sobre a face interna de um capó externo (10) de compressor, é aumentada do lado da parte dianteira (9A) e a zona (18) de espessura assim aumentada é unida à parte do dito revestimento que se encontra na zona crítica (15) da tubeira (12) por um perfil de inflexão (20)
Description
"PROCESSO PARA REDUÇÃO DAS EMISSÕES SONORAS NA TRASEIRADE UM MOTOR A JATO DE FLUXO DUPLO PARA AERONAVE E MOTOR AJATO ASSIM APERFEIÇOADO"
A presente invenção refere-se a um processo para reduçãodas emissões sonoras na traseira de um motor a jato defluxo duplo para aeronave, assim como um motor a jatoaperfeiçoado pela prática deste processo.
Sabe-se que os motores a jato de fluxo duplo comportamuma nacela que delimita na dianteira uma entrada de ar eque contém um compressor de fluxo frio, um rotor centralde fluxo quente e um canal de compressor de seção anelarprovido de uma tubeira para o fluxo frio, sendo o ditocanal de compressor formado entre um capô interno quecircunda o dito rotor central de fluxo quente e a facetubular interna de um revestimento de atenuação acústicade seção anelar aplicado sobre a face interna de um capôexterno de compressor formando a traseira da dita nacela,comportando o dito revestimento uma parte dianteira,disposta a montante da dita tubeira e. apresentando umaespessura ótima para a atenuação acústica do ruído geradopelo dito compressor e veiculado pelo dito fluxo frio,bem como uma parte traseira, contígua à dita partedianteira e disposta de ambos os lados do bocal da ditatubeira, apresentando a dita parte traseira derevestimento uma espessura decrescente em direção à bordatraseira do dito capô externo de compressor delimitando oorifício anelar de ejeção do dito fluxo frio, e tendo adita parte dianteira de revestimento, à proximidade desua junção com a dita parte traseira de revestimento, umazona convergente na qual sua face tubular interna começaa convergir em direção à dita tubeira.
Uma vez que a parte traseira do dito revestimento deatenuação acústica apresenta uma espessura decrescenteinferior à dita espessura ótima da parte dianteira -salvo eventualmente na junção com a mesma - esta partetraseira não pode apresentar características de atenuaçãoótimas.Por outro lado, a forma da face tubular interna dorevestimento de atenuação acústica, notadamente emrelação à dita tubeira - ou seja, na altura da dita partetraseira - é determinada para que, em combinação com aforma do dito capo interno do rotor central de fluxoquente, o desempenho da dita tubeira - e portanto do ditomotor a jato - seja ótimo. Conseqüentemente, pode-semodificar a forma da dita face tubular interna dorevestimento de atenuação acústica sem diminuir odesempenho do motor a jato.
Contudo, o cliente acredita que seja possível, comalgumas condições, aumentar bastante a atenuação acústicada parte traseira do dito revestimento modificando-se suaforma, diminuindo muito pouco, de maneira aceitável, odesempenho do motor a jato.
Para este fim, de acordo com a invenção, o processo parareduzir as emissões sonoras na traseira de um motor ajato de fluxo duplo do tipo descrito acima é notável pelofato de:
- determinar-se uma zona crítica do canal de compressor,que começa no dito bocal de tubeira e se estende parafrente, na qual qualquer modificação geométrica eventualdo dito canal de compressor e, portanto, da face tubularinterna da parte traseira do revestimento, é impossívelsem exigir uma modificação dos parâmetros da ditatubeira;
modificar-se, na dita zona convergente da partedianteira de revestimento, a face tubular interna nosentido de um aumento progressivo da espessura do ditorevestimento em direção à dita parte traseira derevestimento e continuar-se esta modificação progressivana face tubular interna da parte traseira de revestimentocontígua até obter uma zona com espessura aumentada naqual a espessura é pelo menos aproximadamente igual àdita espessura ótima; e
unir-se a extremidade traseira da dita zona deespessura aumentada à extremidade dianteira da dita zonacrítica por uma face tubular interna com perfil deinflexão.
Assim, graças à invenção, aumentam-se as propriedades deatenuação acústica da dita parte traseira de revestimentoconferindo à zona anterior a esta - zona dianteira quepode apresentar em certos casos um comprimento axial decerca de um quarto do comprimento axial total da ditaparte traseira de revestimento - uma espessura igual àdita espessura ótima da parte dianteira de revestimento.
A extensão da dita zona crítica é de preferênciadeterminada pelo fato que, nela, o número Mach do fluxofrio passa de cerca de 0,8 (na parte dianteira) a cercade 1 (no bocal). Qualquer modificação geométrica da facetubular interna do dito revestimento de atenuaçãoacústica nesta zona crítica deve ser evitada, poismodificaria os parâmetros da tubeira de maneirasignificativa.
Por outro lado, no que se refere à modificação de formaprogressiva do revestimento de atenuação acústica, évantajoso que comece na dita zona convergente, na qual ofluxo frio acelera, uma vez que a dita modificação começaa um número Mach relativamente pequeno, por exemplo,compreendido entre 0,4 e 0,55. Conseqüentemente, da ditazona convergente da parte dianteira de revestimento até aextremidade dianteira da zona crítica, a modificação deforma (inclusive a dita face tubular interna com perfilde inflexão) ocorre em um intervalo de número Machcompreendido entre cerca de 0,45 e 0,8.
Evidentemente, a dita face tubular interna com perfil deinflexão não deve gerar, em nenhum caso, uma inversão dogradiente de pressão, que teria por efeito imediatodescolar a camada limite. Para tal, o parâmetro de formaHi do dito perfil de inflexão deve permanecer inferior a 1,6.
No que foi explanado anteriormente, percebe-se que omotor a jato de fluxo duplo aperfeiçoado segundo oprocesso da invenção é notável pelo fato de orevestimento de atenuação acústica de seção anelaraplicado sobre a face interna do dito capô externo decompressor comportar um perfil de inflexão entre uma zonaa montante, na qual a espessura do dito revestimento épelo menos aproximadamente igual a uma espessura ótima E,e a dita zona critica da tubeira.
As figuras anexas mostrarão bem como a invenção pode serrealizada. Nestas figuras, referências idênticas designamelementos semelhantes.
A figura 1 é um corte axial esguemático de um motor ajato de fluxo duplo.
A figura 2 é uma vista em corte esquemática aumentadailustrando o revestimento tubular de atenuação acústicaconhecido previsto no canal de compressor do motor a jatoda figura 1.
A figura 3 mostra, em vista semelhante à da figura 2, orevestimento tubular de atenuação acústica aperfeiçoadode acordo com a presente invenção.
A figura 4 é uma vista aumentada, dilatada ortogonalmenteao eixo do dito motor a jato, de uma parte da figura 3 naaltura do aperfeiçoamento do revestimento tubular deatenuação acústica segundo a presente invenção.
O motor de fluxo duplo para aeronave conhecido, mostradoesquematicamente na figura 1 em corte passando por seueixo longitudinal L-L, comporta uma nacela 1 delimitandona frente uma entrada de ar 2. A nacela 1 comporta umcompressor 3, um rotor central de fluxo quente 4 e umcanal de compressor anelar 5 percorrido pelo fluxo frio.O canal de compressor 5 comporta um orifício de ejeçãoanelar 6 correspondendo ao bordo de fuga da nacela 1.
Este canal de compressor 5 é formado entre um capô 7, quecircunda o dito rotor central de fluxo quente 4, e a faceinterna 8 (figura 2) de um revestimento tubular deatenuação acústica 9 aplicado sobre a face interna de umcapô externo de compressor 10, formando a parte traseirada dita nacela 1.
No canal de compressor 5, o capô 7 e a face interna 8formam uma tubeira 11, que desemboca no orifício deejeção anelar 6 e cujo bocal 12 encontra-se num plano 13perpendicular em relação ao eixo longitudinal L-L.
0 revestimento tubular de atenuação acústica 9, porexemplo, de tipo conhecido de alvéolos absorventes, éconstituído de duas partes 9A e 9R contíguas, tendo facesinternas respectivas 8A e 8R que formam a dita faceinterna 8, e adjacentes ao longo de uma linha 14, cujoplano é ortogonal ao dito eixo L-L. A parte dianteira 9A,disposta bem a montante da tubeira 11, apresenta umaespessura E, pelo menos aproximadamente constante,correspondente a uma atenuação ótima do ruído gerado pelocompressor 3 e veiculado pelo fluxo frio que circula nocanal de compressor 5. Em contrapartida, a parte traseira9R, que está disposta de ambos os lados do bocal 12 datubeira 11 e que se estende sobre um comprimento axial D,apresenta uma espessura decrescente de maneira uniformedesde a dita linha 14 - onde é igual à espessura ótima E
- até o orifício de ejeção anelar 6. Evidentemente, pelofato de sua espessura decrescente, inferior ao valorótimo E (salvo sobre a linha 14), a parte traseira 9R nãopoderia oferecer uma atenuação acústica ótima.
Na disposição descrita acima, o fluxo frio no canal decompressor é subsônico e tal que:
- na parte traseira 9R do revestimento de atenuaçãoacústica 9, o número Mach passa de cerca de 0,55, naaltura da linha 14, a cerca de 1,0, na altura do orifíciode ejeção anelar 6; e
- na parte dianteira 9A do dito revestimento 9 existem:uma zona a montante divergente 17U, na qual o ditofluxo frio reduz a velocidade, passando o número Mach decerca de 0,5 a cerca de 0,4; e
• uma zona a jusante convergente 17D, na qual o ditofluxo frio acelera, passando o número Mach de cerca de0,4 a cerca de 0,55.
Como indicado acima, o objeto da presente invenção éprolongar a parte dianteira 9A de espessura ótima E, emdireção à traseira, de uma zona 9A' de comprimento d parareduzir a parte traseira 9R de espessura decrescente auma zona 9R'de comprimento reduzido D-d (figura 3),diminuindo apenas de maneira insignificante o desempenhodo motor a jato.
Para tal, como está ilustrado em escala aumentada nafigura 4:
- começa-se por determinar uma zona crítica 15 do canalde compressor 5, que se inicia no plano 13 do bocal datubeira 12 e se estende para frente até um limitedianteiro 16, zona crítica na qual qualquer modificaçãogeométrica da face tubular interna 8R da parte traseirade revestimento 9R é impossível sem exigir umamodificação dos parâmetros da dita tubeira 12. A zonacrítica 15 é, por exemplo, determinada pelo fato que, nodito limite dianteiro 16, o número Mach do fluxo frio jáatinge um valor pelo menos aproximadamente igual a 0,8,para atingir um valor de cerca de 1 no bocal da tubeira 12;
- modifica-se, na zona a jusante 17D na parte dianteirade revestimento 9A na qual a mesma começa a convergir emdireção ao bocal da tubeira 12, e na qual o número Machdo fluxo frio está compreendido entre cerca de 0,4 ecerca de 0,55, a face tubular interna 8A no sentido de umaumento progressivo da espessura (linha 8A') do ditorevestimento, em direção à parte traseira de revestimento9 e mantém-se este aumento progressivo na face tubularinterna da parte traseira de revestimento contígua atéobter uma zona 18 da mesma, de comprimento d e deespessura aumentada, na qual a espessura é pelo menosigual a dita espessura ótima E; e
- une-se a extremidade traseira 19 da dita zona 18 àextremidade dianteira 16 da zona crítica 15 por uma facetubular interna com perfil de inflexão 20, cujo parâmetrode forma Hi é no máximo igual a 1,6.
Assim o comprimento d da zona 18 é definido pela posiçãodo bocal da tubeira 12, pela extensão axial da zonacrítica 15 e pela extensão axial da face tubular internacom perfil de inflexão 20. Este comprimento d pode, emalguns casos, ser aproximadamente igual ao quarto docomprimento D da parte traseira de revestimento 9R, demaneira que se beneficia de um aumento importante daatenuação acústica sem para isso diminuir muito ofuncionamento do motor a jato.
Claims (6)
1. Processo para redução das emissões sonoras na traseirade um motor a jato de fluxo duplo para aeronave,comportando o dito motor a jato uma nacela (1)delimitando na frente uma entrada de ar (2) e contendo umcompressor de fluxo frio (3), um rotor central de fluxoquente (4) e um canal de compressor (5) de seção anelarprovido de uma tubeira (11) para o fluxo frio, sendo odito canal de compressor (5) formado entre um capointerno (7) que circunda o dito rotor central de fluxoquente (4) e a face tubular interna (8) de umrevestimento de atenuação acústica (9) de seção anelaraplicado sobre a face interna de um capo externo decompressor (10) formando a parte traseira da dita nacela(1), comportando o dito revestimento (9) uma partedianteira (9A), disposta a montante da dita tubeira (11)e apresentando uma espessura (E) ótima para a atenuaçãoacústica do ruido gerado pelo dito compressor e veiculadopelo dito fluxo frio, bem como uma parte traseira (9R)contígua à dita parte dianteira (9A) e disposta de ambasos lados do bocal (12) da dita tubeira (11), apresentandoa dita parte traseira de revestimento (9R) uma espessuradecrescendo em direção à borda traseira (6) do dito capoexterno de compressor (10) delimitando o orifício anelarde ejeção do dito fluxo frio, e tendo a dita partedianteira de revestimento (9A), à proximidade de suajunção com a dita parte traseira de revestimento (9R),uma zona convergente (17D) na qual sua face tubularinterna (8A) começa a convergir em direção à dita tubeira(11), caracterizado pelo fato de:determinar-se uma zona crítica (15) do canal decompressor, que começa no dito bocal da tubeira (12) e seestende para frente, na qual qualquer modificaçãogeométrica eventual do dito canal de compressor (5), eportanto da face tubular interna (8R) da parte traseirado revestimento (9R), é impossível sem exigir umamodificação dos parâmetros da dita tubeira (12);- modificar-se, na dita zona convergente (17D) da partedianteira de revestimento (9A), a face tubular interna(8A) no sentido de um aumento progressivo da espessura dodito revestimento em direção à dita parte traseira derevestimento e continuar-se esta modificação progressivana face tubular interna da parte traseira de revestimentocontígua até obter uma zona (18) da mesma com espessuraaumentada na qual a espessura é pelo menos igual à ditaespessura ótima; e- unir-se a extremidade traseira (19) da dita zona (18)de espessura aumentada à extremidade dianteira (16) dadita zona crítica (15) por uma face tubular interna (20)com perfil de inflexão.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o limite dianteiro (16) dadita zona crítica (15) ser definido pelo fato que, nele,o número Mach do fluxo frio é pelo menos aproximadamenteigual a 0,8.
3. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de, nadita zona convergente (17D) da parte dianteira (9A) dorevestimento, a dita modificação progressiva de formainiciar-se quando o número Mach do fluxo frio estivercompreendido entre cerca de 0,4 e cerca de 0,55.
4. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o ditoperfil de inflexão (20) ser previsto para não gerarnenhum descolamento da camada limite.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de o parâmetro de forma Hi dodito perfil de inflexão (20) ser no máximo igual a 1,6.
6. Motor a jato de fluxo duplo, aperfeiçoado segundo oprocesso como identificado em qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de orevestimento de atenuação acústica de seção anelaraplicado sobre a face interna do dito capô externo decompressor (10) comportar um perfil de inflexão (20)entre uma zona a montante (9A + 18) , na qual a espessurado dito revestimento é pelo menos aproximadamente igual auma espessura ótima E, e a dita zona critica (15) datubeira (12).
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