BRPI0616528A2 - método para atenuar o ruìdo de jato de um motor turbo-hélice e motor turbo-hélice - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA ATENUAR O RUIDO DE JATO DE UM MOTOR TURBO-HéLICE E MOTOR TURBO-HéLICE. A presente invenção se relaciona a um motor turbo-hélice caracterizado pelo fato de a borda da saída (22) de ar primário e/ou secundário ser formada com endentações cegas (27).
Description
"MÉTODO PARA ATENUAR O RUÍDO DE JATO DE UM MOTOR TURBO-HÉLICE E MOTOR TURBO-HÉLICE".
A presente invenção se relaciona a um método para atenuaro ruído de jato de um motor turbo-hélice, e a um motorturbo-hélice, cujo ruído é atenuado com a implementaçãodo método da presente invenção.
É sabido que na parte de trás de um motor turbo-hélice,o fluxo frio (by-pass) e o fluxo quente (central) fluemna mesma direção a jusante do citado motor turbo-hélice,e na saída se contatam, e ambos contatam o ar ambiente.
Uma vez que as velocidades dos citados fluxos sãodiferentes entre si e da velocidade do ar ambiente,resulta um cisalhamento de penetração entre os citadosfluxos, e entre estes e o ar ambiente, as citadas açõesde cisalhamento de fluido geram ruído, um ruído queé conhecido como ruído de jato no campo aeronáutico.Para atenuar este ruído de jato, já se considerou gerarturbulências nas áreas limítrofes entre os fluidos tendodiferentes velocidades. Também já se propôs o uso defazer ranhuras na borda de saída para fluxo quente e/ouna borda de saída para fluxo frio (ver a patenteGB 2.289.921). Tais ranhuras sendo distribuídas em tornoda periferia da citada borda de saída, cada ranhurageralmente tendo pelo menos uma forma aproximada detriângulo, cuja base coincide com a correspondente bordade saída e cujo vértice é situado na frente desta bordade saída. Estas ranhuras geralmente são chamadas chevronno campo aeronáutico. Com certeza, os citados chevronssão formados em pares separados por uma protuberância.
Estas ranhuras e protuberâncias conhecidas efetivamenteatenuam o ruído de jato de um motor turbo-hélice,mas geram um considerável arraste.
Ademais, o documento GB 2.372.779 estabelece não sernecessário atenuar o ruído de jato em vôos de cruzeiro e,por conseguinte, ser vantajoso, com referência a arraste,fazer as citadas protuberâncias móveis, de modo que asprotuberâncias assumam:uma posição aberta estendida para decolagem eaterrissagem, em qual posição o ruído é atenuado; ou
uma posição retraída, usada em vôo de cruzeiro,em qual posição não é exercida nenhuma ação de atenuaçãode ruído de jato.
Para conseguir isto, a patente GB 2.372.779 divulga quea citada superfície anular externa ou a citada superfícieanular interna da citada seção traseira do envoltório queenvolve o gerador de fluxo quente é feita parcialmentemóvel através da ação de um mecanismo atuadorespecialmente provido para isto. Deve ser notado que,quando as citadas protuberâncias se encontram em umaposição aberta estendida, as ranhuras são passantes (nãofechadas pela superfície anular que não suporta asranhuras) e que, quando as protuberâncias se encontram emuma posição retraída, as citadas ranhuras são cegas(fechadas por uma das citadas superfícies anulares quenão suportam as ranhuras).
Assim, o ensinamento técnico provido pelo documento GB2.372.779 contém as seguintes proposições:
a- a atenuação do ruído de jato será obtida apenascom ranhuras passantes; e
b- nenhuma atenuação de ruído será possível seas ranhuras forem cegas.
Então, o objetivo da invenção é resolver os problemascitados acima da técnica anterior, provendo ranhuras echevrons conhecidos para atenuar ruído de jato, masgerando menos arraste, e provendo a desejada atenuação,sem complicações ou aumento de massa, que resultam de:
- uma mobilidade parcial requerida de uma superfícieanular da seção traseira do envoltório, que envolve ogerador de fluxo quente; e
um mecanismo especial para atuar a seção móveldas citadas superfícies anulares.
Assim, de acordo com a invenção, o método para atenuarruído de jato de um motor turbo-hélice compreende:
uma nacela oca tendo um eixo geométrico longitudinale incluindo uma seção de tomada de ar frontal provida comuma borda dianteira, e uma saída de ar traseiracompreendendo uma superfície anular externa e umasuperfície anular interna que convergem para formar umaborda traseira.
uma turbina arranjada na citada nacela opostaà citada seção de tomada de ar frontal, que é projetadapara gerar o fluxo frio do citado motor turbo-hélice;
um gerador arranjado na citada nacela, a jusante dacitada turbina e projetada para gerar o fluxo quenteaxial do citado motor turbo-hélice; e
um sistema de envoltório que envolve o citadogerador de fluxo quente e incluindo uma seção traseiraque compreende uma superfície anular externa e umasuperfície anular interna que convergem para formar umorifício de saída para o citado fluxo quente, o citadosistema de envoltório define com a nacela um duto deseção transversal anular para o citado fluxo frio,o citado duto sendo terminado pela citada seção de saídade ar traseira da nacela, cuja borda traseira formao orifício de saída para o citado fluxo frio;qual método compreende produzir ranhuras projetadas paraatenuar o ruído de jato do citado motor turbo-hélicena periferia do orifício de saída para pelo menos um doscitados fluxos, e se caracteriza pelo fato de as citadasranhuras serem cegas, uma vez que as citadas ranhuras sãocortadas em uma das citadas superfícies convergentesformando o citado orifício, sem cortar a outra dascitadas superfícies anulares convergentes.
Especificamente, o inventor surpreendentemente descobriuque ao contrário dos ensinamentos do documento GB2.372.779, estas ranhuras cegas fixas são capazes deconseguir a desejada atenuação de ruído de jatosem afetar o arraste.
De acordo com outro aspecto da invenção dependendo dascaracterísticas do motor turbo-hélice em questão:
as ranhuras cegas podem ser cortadas na citadasuperfície anular externa sem cortar a citada superfícieanular interna ou similar, ou ao contrário as ranhuraspodem ser cortadas na citada superfície anular internasem cortar a citada superfície anular externa; e
- somente o orifício de saída para o fluxo quenteé provido com as citadas ranhuras cegas, ou ao contráriosomente o orifício de saída para o fluxo frio é providocom as citadas ranhuras cegas; a menos que o orifício desaída para o fluxo quente e o orifício de saída parao fluxo frio, sejam ambos providos com ranhuras cegas.
Em um caso usual, onde o citado sistema de envoltório temventilação de ar para regular a temperatura do citadogerador de fluxo quente, este ar ventilado pode escaparcompletamente através das citadas ranhuras cegas providasna borda do orifício de saída para fluxo quente.
No entanto, esta borda, de modo conhecido, pode incluirum espaço de escape periférico, o ar ventilado então podeescapar somente parcialmente através das citadas ranhurasadjacentes ao citado espaço.
Ademais, de modo conhecido, o orifício de saída em quentepode ser definido por uma peça tampa anular para qualas citadas superfícies anulares convergentes, externa einterna, são presas. É vantajoso que as citadas ranhurascegas sejam formadas por recortes feitos em uma das facesda citada peça tampa.
As figuras dos desenhos anexos devem prover um claroentendimento de como a invenção pode ser implementada,sendo que nestas figuras, referências iguais indicamelementos similares.
A figura 1 representa em corte axial esquemático,um motor turbo-hélice conhecido que será melhorado coma implementação do método da presente invenção;
A figura 2 ilustra, em uma vista em perspectivaesquemática, uma primeira configuração da borda de saídade um fluxo de um motor turbo-hélice melhorado de acordocom a presente invenção;
A figura 3 é um corte esquemático tomado ao longo dalinha III-III na figura 2;
A figura 4 ilustra, em uma vista esquemáticaem perspectiva, uma segunda configuração da borda desaída para um fluxo de um motor turbo-hélice melhorado,de acordo com a presente invenção;
A figura 5 é um corte esquemático tomado ao longo dalinha V-V na figura 4;
A figura 6 ilustra, em uma vista esquemáticaem perspectiva, uma quarta configuração de uma borda desaída para um fluxo de um motor turbo-hélice melhorado,de acordo com a presente invenção;
A figura 7 é um corte esquemático tomado ao longo dalinha VII-VII na figura 6;
A figura 8 ilustra, em uma vista esquemáticaem perspectiva, uma quarta configuração de uma borda desaída para um fluxo de um motor turbo-hélice melhorado,de acordo com a presente invenção;
A figura 9 é um corte esquemático tomado ao longo dalinha IX-IX na figura 8; e
A figura 10 mostra em corte esquemático uma configuraçãoprática das variantes mostradas nas figuras 2, 3, 6, 7.
0 motor turbo-hélice de um tipo conhecido, mostradona figura 1, inclui uma nacela oca 1 tendo um eixogeométrico longitudinal L-L incluindo na frente umatomada de ar 2 provida com uma borda dianteira 3 ena seção traseira IR uma saída de ar anular 4 providacom uma borda traseira 5. A seção traseira IR compreendeuma superfície anular externa 6 e uma superfície anularinterna 7 que convergem para formar a citada bordatraseira 5.
Na citada nacela oca 1 são arranjados:
uma turbina 8 direcionada para a tomada de ar 2 eprojetada para gerar o fluxo frio 9 para o motor turbo-hélice ;
- um gerador central 10 compreendendo, de modoconhecido, compressores de alta e baixa pressão, umacâmara de combustão, e turbinas de alta e baixa pressão,sendo que o gerador gera o fluxo quente 11 do citadomotor turbo-hélice;
um sistema de envoltório 12 que envolve o citadogerador de fluxo quente 10 e sendo provido na seçãotraseira 12R com uma borda de saída 13 para o fluxoquente 11; e
um revestimento de atenuação acústica 14 paraabsorver o ruído interno gerado pela turbina 8 epelo gerador de fluxo quente 10.
A seção traseira 12R do sistema de envoltório 12compreende uma superfície anular externa 15 e umasuperfície anular interna 16, convergentes, para formar acitada borda de saída 13 para o fluxo quente 11. Ademais,o citado sistema de envoltório 12 define, junto com anacela 1, um duto interno 17 de seção transversal anular,que termina na saída de ar 4. O fluxo frio passa peloduto interno 17 e pela saída 4 e sai pela borda detraseira 5, que serve de borda de saída da citada saída.
Assim, na saída deste conhecido motor turbo-hélice,o fluxo quente central 11 é envolvido pelo fluxo frioanular 9, que penetra no ar ambiente. A figura 1esquematicamente mostra à área limítrofe 18 entre o fluxoquente 11 e o fluxo frio 9, e a área limítrofe 19 entreo fluxo frio 9 e o ar ambiente. Deve ser apreciado que,nas áreas limítrofes 18, 19, os fluidos em contato têmdiferentes velocidades, e, portanto, geram o ruído dejato.
Para atenuar tal ruído de jato, a borda de saída 13 parao fluxo quente e/ou a borda de saída 5 para o fluxo friosão providas, de modo conhecido, com ranhuras 20distribuídas em torno de sua periferia. Estas ranhuras 20trespassam a espessura total das citadas bordas de saída13, 5 e geram um considerável arraste.
Para superar isto, a invenção é realizada sem ranhuraspassantes 20, como representado nas figuras 2 a 10.
As figuras 2 e 3 representam uma primeira configuração deuma seção traseira 21R com um orifício de saída 22, quefoi projetado para melhorar, de acordo com a presenteinvenção, uma ou outra das seções traseiras IR e 2R.A seção traseira 2IR mostrada nas figuras 2, 3 incluiuma superfície anular externa 23 (comparável
às superfícies anulares 6 e 15) e uma superfície anularinterna (comparável às superfícies anulares internas 7 e16) que convergem na borda do orifício de saída 22 e sãomontadas uma na outra ao longo de suas bordas traseiras25, 26 para formar o citado orifício de saída 22.As ranhuras 27 são cortadas na borda traseira 25 dasuperfície externa 23, e estas ranhuras são adjacentesà borda do orifício de saída 22 e se estendem na citadasuperfície externa 23, para longe do citado orifício desaída 22.
Assim, pode ser visto que as ranhuras 27 são cegas,uma vez que elas são fechadas pela superfície interna 24,e que, no lado de dentro, a citada seção traseira 21Ré lisa, uma vez que é formada pela superfície internasem ranhura 24.
Ademais, como ilustrado na figura 1 pelas setas f,o gerador de fluxo quente 10 pode ser ventilado pelo arque circula no sistema de envoltório 12, o citado ar apartir do fluxo frio é capaz de sair do citado envoltórionas proximidades da borda de saída 13. Quando a seçãotraseira 12R é substituída pela seção traseira 12Rmostrada nas figuras 2, 3, o ar ventilado sai pelasranhuras 27. Estas ranhuras devem ser insuficientes paraprover a citada ventilação de ar com fluxo livre, sendopossível, como representado nas figuras 4 e 5, usar umaseção traseira 28R que é idêntica, em todos aspectos,à seção traseira 21R, exceto pelo fato de as superfíciesexterna e interna 23 24 não serem mais presas uma naoutra pelas bordas traseiras 25, 2 6 ao longo da bordado orifício de saída 22. Especificamente, um espaçoperiférico 29, que envolve o citado orifício de saída 22,então é formado entre as bordas traseiras 2 5 2 6das superfícies externa e interna 23, 24.Deste modo, aumenta a área de fluxo de ar usadopara ventilar o gerador 10.
As figuras 6 e 7 mostram uma seção traseira 3OR similarà seção traseira 21R mostrada nas figuras 2 e 3, a menosque as ranhuras 27 na borda 25 da superfície externa 23são omitidas e substituídas por ranhuras similares 31cortadas na borda 26 da superfície interna 24.
De maneira óbvia, as ranhuras 31 são cegas, uma vezque são fechadas pela superfície externa 23.
Similarmente, as figuras 8 e 9 mostram uma seção traseira32R similar à seção traseira 28R representada nas figuras4 e 5, nas quais as ranhuras 2 7 foram omitidas esubstituídas pelas ranhuras 31 da seção traseira 30Rmostrada nas figuras 6 e 7. Assim, um espaço periférico33 é formado entre as bordas traseira 25 e 26.
A figura 10 ilustra uma configuração prática 34Rdas seções traseiras 21R e 30R, mostradas nas figuras2, 3 e 6, 7.
Na seção traseira 34R é provida uma peça de cobertura 35formando o orifício de saída 22, a qual são afixadasplacas ou chapas 36, 37 que formam as superfícies 23, 24em associação com as faces planas 38, 39 da citada peçade cobertura 35. Recortes cegos 4 0 que representam asranhuras 27, 31 são cortados em uma das faces 38, 39da citada peça de cobertura 35.
Deve ser prontamente entendido por aqueles habilitados natécnica a partir da descrição acima, que ranhuras cegasde acordo com a invenção podem ser feitas a partir deperfurações, recortes, endentações, estampagens, cortesou quaisquer técnicas de fabricação e usinagem.
Claims (8)
1.- Método para atenuar o ruído de jato de um motorturbo-hélice, compreendendo:uma nacela oca (1) tendo um eixo geométricolongitudinal (L-L), e incluindo uma seção de tomada de ardianteira (2) provida com uma borda dianteira e uma seçãode saída de ar traseira que compreende uma superfícieanular externa e uma superfície anular interna, queconvergem para formar uma borda traseira;- uma turbina (8) arranjada na citada nacela (1)oposta à citada seção de tomada de ar frontal (2) eprojetada para gerar um fluxo frio (9) do citado motorturbo-hélice;um gerador (10) arranjado na citada nacela (1)a jusante da citada turbina (8), e projetado para geraro fluxo quente axial (11) do citado motor turbo-hélice; eum sistema de envoltório (12) envolvendo o citadogerador de fluxo quente (10), e incluindo uma seçãotraseira que compreende uma superfície anular externa euma superfície anular interna que convergem para formarum orifício de saída para o citado fluxo quente, o citadosistema de envoltório (12) define junto com a nacela umduto (17) de seção transversal anular para o citado fluxofrio (9), o citado duto (17) sendo terminado pela citadaseção de saída de ar traseira da nacela, cuja bordatraseira forma o orifício de saída para o citadofluxo frio (9),qual método compreende produzir ranhuras projetadas paraatenuar o ruído do jato na periferia do orifício de saídade pelo menos um dos citados fluxos, caracterizado pelofato de as citadas ranhuras (27, 31, 40) serem produzidascegas, uma vez que elas são cortadas em uma das citadassuperfícies anulares convergentes (23, 24), formandoo citado orifício de saída (22) e sem cortar a outradas citadas superfícies anulares convergentes (23, 24).
2.- Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de as citadas ranhuras cegas(27, 40) serem cortadas na citada superfície anularexterna (23), sem cortar a citada superfície anularinterna (24) .
3. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de as citadas ranhuras cegas(31, 40) serem cortadas na citada superfície anularinterna (24), sem cortar a citada superfície anularexterna (23).
4. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato deo orifício de saída (22) para o fluxo quente (11) serprovido com as citadas ranhuras cegas (27, 31, 40) .
5. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato deo orifício de saída (22) para o fluxo frio (9) serprovido com as citadas ranhuras cegas (27, 31, 40) .
6.- Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4 e 5, caracterizado pelo fato deo orifício de saída (22) para o fluxo quente e o orifíciode saída para o fluxo frio serem providos com as citadasranhuras cegas (2 7, 31, 40) .
7.- Método, de acordo com a reivindicação 4, aplicadoa um motor turbo-hélice, no qual o citado sistema deenvoltório (12) tem um ar de ventilação fluindo pararegular a temperatura do citado gerador de fluxo quente(10) caracterizado pelo fato de o ar de ventilaçãoescapar pelo menos parcialmente através das citadaranhuras cegas (2 7, 31).
8. - Motor turbo-hélice, para implementar o métodoespecificado em uma das reivindicações 1 a 6, no qualo orifício de saída (22) para o citado fluxo é definidopor uma peça de cobertura (35) fixada às citadassuperfícies anulares externa e interna convergentes(23, 24), caracterizado pelo fato de as citadas ranhurascegas (27, 31) serem formadas por recortes (40) feitosem uma das faces da citada peça de cobertura.
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