BRPI1010932B1 - Capô anular para tubeira de turbomáquina, tubeira de turbomáquina, e, turbomáquina - Google Patents

Abstract

capô anular para tubeira de turbomáquina tubeira de turbomáquina, e, turbomáquina. a invenção refere-se a um capô anular (14) para tubeira (10) de turbomáquina comportando uma pluralidade de padrões (26) dispostos no prolongamento de uma borda de fuga (14a) do capô e espaçados circunferencialmente uns dos outros. cada padrão tem um contorno de foma sensivelmente poligonal com uma base (26a) formada por uma parte da borda de fuga do capô e pelo menos uni topo (26b) espaçado para a jusante da base e conectado ao mesmo por bordas laterais (26c), e comporta, no nível de cada uma das suas bordas laterais, pelo menos uma palheta (28), cada palheta sendo inclinada radialmente em relação ao padrão seguindo um plano inclinado de um ângulo compreendido entre 0° e 45° em relação a uma direção radial.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio geral da redução de ruído de jato em saída de uma tubeira de turbomáquina. Ela visa mais particularmente um capô para tubeira de turbomáquina de tipo com fluxos separados que é munido de padrões para reduzir o ruído do jato.

[0002] A poluição sonora tornou hoje em dia um dos assuntos de preocupação para os projetistas de motores que são confrontados cada vez mais com o dano acústico de suas turbomáquinas. As fontes de ruído de turbomáquina são numerosas, mas foi constatado que o ruído do jato em saída de tubeira é o ruído predominante quando da fase de decolagem de um avião. As autoridades de certificação estando cada vez mais exigentes frente às emissões acústicas de turbomáquinas, esforços foram solicitados aos projetistas de motores para reduzir o ruído de suas turbomáquinas, e notadamente o ruído de jato em saída de tubeira.

[0003] Tipicamente, uma tubeira com fluxos separados de turbomáquina compõe-se de um capô primário centrado no eixo longitudinal de uma turbomáquina, um capô secundário disposto concentricamente em torno do capô primário de forma a definir um primeiro canal anular para o escoamento de um fluxo externo (ou fluxo frio), e um corpo central disposto concentricamente dentro do capô primário de forma a definir um segundo canal anular para o escoamento de um fluxo interno (ou fluxo quente), o capô primário se estendendo além do capô secundário.

[0004] Em tal tubeira, o ruído do jato provém das misturas entre os fluxos frios e quentes e entre o fluxo frio e o ar externo que contorna a tubeira. Este ruído é um ruído de banda larga de frequência gerado por dois tipos de fonte acústica: um ruído de alta frequência que provem de pequenas estruturas turbulentas da mistura entre os fluxos e percebido essencialmente perto da tubeira; e um ruído de baixa frequência que provem das grandes estruturas turbilhonarias aparecendo distante do jato.

[0005] Para reduzir o ruído de jato, um dos meios utilizados é aumentar eficazmente a mistura entre estes fluxos. Para esse efeito, é conhecido munir pelo menos um dos capôs da tubeira de uma pluralidade de padrões repetitivos divididos sobre toda a circunferência da borda de fuga do capô. Por colocação de tais padrões sobre a borda de fuga do capô da tubeira, a mistura entre os fluxos efetua-se pela criação de turbilhões (ou vórtices) perto da tubeira para melhor dissipar a energia cinética, e, portanto, reduzir a intensidade turbulenta dos grandes turbilhões constituindo as fontes de ruído principais.

[0006] Por exemplo, a patente US 6.532.729 prevê munir a borda de fuga dos capôs primário e secundário da tubeira com uma pluralidade de padrões repetitivos de forma triangular (chamados vigas) que permitem favorecer a mistura entre os fluxos escoando de uma parte e outra dos padrões.

[0007] Tais padrões permitem favorecer a mistura entre os fluxos diminuindo notadamente a componente de baixa frequência do ruído do jato. Esta diminuição que necessita ser aumentada é, contudo, obtida ao preço de uma penalidade sobre os desempenhos de turbomáquina porque o rendimento da tubeira é degradado. OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] A presente invenção tem, portanto, por objetivo principal remediar tais inconvenientes propondo uma forma geométrica específica de padrões com redução de ruído do jato que permitem reduzir ainda o ruído do jato limitando ao mesmo tempo o seu impacto nos desempenhos aerodinâmicos da tubeira.

[0009] Este objetivo é atingido graças a um capô anular para tubeira de turbomáquina, comportando uma pluralidade de padrões dispostos no prolongamento de uma borda de fuga do capô e espaçados circunferencialmente uns dos outros, cada padrão tendo um contorno de forma sensivelmente poligonal com uma base formada por uma parte da borda de fuga do capô e pelo menos um topo espaçado a jusante da base e conectado à mesma por bordas laterais, e na qual, de acordo com a invenção, cada padrão comporta, no nível de cada uma das suas bordas laterais, pelo menos uma palheta, cada palheta sendo inclinada radialmente em relação ao padrão seguindo um plano inclinado de um ângulo compreendido entre 0o e 45° em relação a uma direção radial.

[0010] A presença de palhetas no nível das bordas laterais dos padrões poligonais para a redução de ruído permite aumentar a capacidade destes padrões de gerar turbilhões que são fontes de mistura entre os fluxos se escoando de parte e outra do capô. Com efeito, estas palhetas que são inclinadas radialmente em relação aos padrões triangulares criam um trajeto que gera um enrolamento do escoamento dos fluxos e que favorece assim a mistura entre os fluxos.

[0011] De acordo com uma disposição vantajosa, cada palheta possui uma extremidade a montante de conexão à borda lateral do padrão que é espaçada da base do padrão de uma distância correspondendo a pelo menos 15% da distância separando a base do topo do padrão e uma extremidade a jusante de conexão à borda lateral do padrão que é espaçada do topo do padrão de uma distância correspondendo a pelo menos 15% da distância separando a base do topo do padrão. Esta disposição particular das palhetas (em relação à base e ao topo dos padrões triangulares) permite criar uma abertura para o escoamento dos fluxos à saída dos padrões, o que limita o arrasto destas palhetas e, portanto, os desempenhos aerodinâmicos da tubeira.

[0012] De acordo com outra disposição vantajosa, a extremidade de cada palheta que é mais afastada da borda lateral correspondente do padrão é espaçada deste de uma distância correspondendo a pelo menos 30% da distância separando a base do topo do padrão.

[0013] Cada padrão poligonal pode apresentar um contorno de forma sensivelmente triangular. Do mesmo modo, cada palheta pode apresentar um contorno de forma sensivelmente triangular com uma base formada por uma parte da borda lateral do padrão e um topo espaçado da base e conectado ao mesmo por bordas laterais. Neste caso, as bordas laterais de cada palheta apresentam vantajosamente um perfil curvo e o topo da mesma é arredondado.

[0014] Do mesmo modo, as bordas laterais de cada padrão apresentam vantajosamente um perfil curvo e o topo do mesmo é arredondado.

[0015] De acordo com um modo de realização, cada padrão comporta, no nível de cada uma das suas bordas laterais, duas palhetas, uma destas palhetas sendo inclinada radialmente para o interior em relação ao padrão e a outra palheta inclinada radialmente para o exterior em relação ao padrão.

[0016] A invenção tem igualmente por objeto uma tubeira de turbomáquina cujo capô primário e/ou o capô secundário é um capô como foram definidos previamente.

[0017] A invenção tem ainda por objeto uma turbomáquina comportando pelo menos um capô como foi definido previamente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] Outras características e vantagens da presente invenção surgirão da descrição feita abaixo, em referência aos desenhos anexos que ilustram exemplos de realização desprovidos de qualquer caráter limitativo. Sobre as figuras: - a figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de uma tubeira de turbomáquina equipada de um capô de acordo com um modo de realização da invenção; - a figura 2 é uma vista aumentada de um padrão com redução de ruído de jato do capô da figura 1; - as figuras 3 e 4 são vistas de lado e de face, respectivamente, do padrão da figura 2; e - as figuras 5 e 6 são vistas de perfil e de lado, respectivamente, de um padrão com redução de ruído de um capô de acordo com outro modo de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO

[0019] Afigura 1 representa, de modo muito esquemática e em perspectiva, uma tubeira 10 com fluxos separados de turbomáquina.

[0020] A tubeira 10, de forma assimétrica em relação ao seu eixo longitudinal X- X, é formada tipicamente de um capô primário 14, um capô secundário 16 e um corpo central 18 que são centrados no eixo longitudinal X-X da tubeira.

[0021] O capô primário 14, de forma sensivelmente cilíndrica ou troncônica, estende-se ao longo de um eixo longitudinal X-X da tubeira. O corpo central 18 é disposto concentricamente dentro do capô primário 14 e terminado por uma parte sensivelmente cônica.

[0022] O capô secundário 16, igualmente de forma sensivelmente cilíndrica ou troncônica, cerca o capô primário 14 ao mesmo tempo sendo concêntrico ao mesmo e estende-se igualmente ao longo do eixo longitudinal X-X da tubeira. O capô primário 14 estende-se longitudinalmente para a jusante além do capô secundário 16.

[0023] Nota-se que, no exemplo de realização da figura 1, o corpo central 18 da tubeira 10 é de tipo externo, ou seja, que o corpo central 18 estende-se longitudinalmente além da borda de fuga 14a do capô primário 14.

[0024] No entanto, a invenção pode igualmente ser aplicável a uma tubeira com fluxos separados de tipo interno na qual a borda de fuga do capô primário estende- se longitudinalmente além do corpo central de forma a recobrir completamente este último. Do mesmo modo, a invenção pode também ser aplicável a uma tubeira dita de fluxos misturados na qual a borda de fuga do capô secundário estende-se longitudinalmente além do capô primário.

[0025] A tubeira com fluxos separados assim definidos é fixada sob uma palheta de avião (não representado nas figuras) através de um mastro de suporte 20 que se apoia sobre o capô secundário 16 da tubeira e que se prolonga dentro do capô secundário até o capô primário 14.

[0026] A montagem concêntrica dos elementos da tubeira 10 permite definir, por um lado entre os capôs primário 14 e secundário 16, um primeiro canal anular 22 para o escoamento do ar procedente de turbomáquina e chamado fluxo secundário ou fluxo frio, e por outro lado, entre o capô primário 14 e o corpo central 18, um segundo canal anular 24 para o escoamento de um fluxo gasoso interno procedente de turbomáquina e chamado também fluxo primário ou fluxo quente.

[0027] Os fluxos primário e secundário que se escoam nestes dois canais anulares 22, 24 misturam-se entre si no nível de uma borda de fuga 14a do capô primário 14. Do mesmo modo, o fluxo secundário mistura-se a um fluxo de ar externo que contorna a tubeira no nível de uma borda de fuga 16a do capô secundário 16.

[0028] Pelo menos um dos dois capôs 14, 16 da tubeira 10 comporta uma pluralidade de padrões 26 repetitivos que são destinados a reduzir o ruído do jato em saída da tubeira.

[0029] No exemplo de realização da figura 1, os padrões 26 para redução de ruído do jato são dispostos sobre o capô primário 14. Contudo, poderiam igualmente ser dispostos apenas sobre o capô secundário 16 ou ao mesmo tempo sobre o capô primário e o capô secundário da tubeira.

[0030] Os padrões 26 para redução de ruído do jato são dispostos no prolongamento da borda de fuga 14a do capô primário 14 e regularmente espaçados uns dos outros no sentido circunferencial. Eles podem ser repartidos sobre qualquer ou parte apenas da circunferência do capô primário.

[0031] Cada padrão apresenta, além disso, um contorno de forma geral sensivelmente poligonal com uma base formada por uma parte da borda de fuga 14a do capô 14, e pelo menos um topo espaçado para a jusante da base e conectado á mesma por duas bordas laterais.

[0032] Assim, no exemplo de realização das figuras 1 a 6, cada padrão 26 apresenta um contorno de forma geral triangular com uma base 26a e um topo 26b espaçado para a jusante da base 26a e conectado ao mesmo por duas bordas laterais 26c.

[0033] Naturalmente, outras formas de polígonos podem ser visadas para o contorno dos padrões 26. Estes poderiam assim apresentar um contorno de forma trapezoidal com uma base e dois topos conectados cada um à base por uma borda lateral.

[0034] Como representado em maiores detalhes sobre a figura 2, as bordas laterais 26c de cada padrão 26 apresentam vantajosamente um perfil curvo e o topo 26b deste é preferivelmente arredondado.

[0035] De acordo com a invenção, cada padrão 26 para redução de ruído comporta, no nível de cada uma das suas bordas laterais 26c, pelo menos uma palheta 28 que é inclinada radialmente em relação ao padrão.

[0036] Como representado na figura 3, os padrões 26 para redução de ruído são dispostos no prolongamento axial do capô primário 14, enquanto as palhetas 28 são inclinadas radialmente para o interior do capô primário, ou seja, penetrando no segundo canal 24 de escoamento do fluxo quente. Naturalmente, as palhetas poderiam igualmente ser inclinadas radialmente para o exterior do capô primário, ou seja, penetrar no primeiro canal 22 de escoamento do fluxo frio.

[0037] Assim, como representado na figura 4, as palhetas 28 dos padrões para redução de ruído estão contidas cada uma em um plano P que é inclinado preferivelmente de um ângulo α compreendido entre 0o e 45° em relação a uma direção radial δ. Assim, as palhetas 28 conectam-se às bordas laterais dos padrões segundo as arestas (ou ângulos salientes).

[0038] As palhetas 28 dos padrões 26 para redução de ruído apresentam diversas características geométricas. Em particular, de maneira vantajosa, cada palheta apresenta uma extremidade a montante 30a de conexão à borda lateral 26c correspondente do padrão que é espaçado da base 26a do padrão de uma distância dl correspondendo a pelo menos 15% da distância D separando a base 26a do topo 26b do padrão, e uma extremidade a jusante 30b de conexão à borda lateral do padrão que é espaçado do topo do padrão de uma distância d2 correspondendo a pelo menos 15% da distância D separando a base do topo do padrão.

[0039] Em outros termos, o perfil geométrico das bordas laterais 26c dos padrões para redução de ruído permanece inalterado, por um lado em uma zona com base na base 26a dos padrões e estendendo-se axialmente para a jusante sobre uma distância correspondendo a pelo menos 15% da distância D, e por outro lado em uma zona com base no topo 26b dos padrões e que se estende axialmente para a montante a uma distância correspondendo a pelo menos 15% desta mesma distância D. Assim, a presença das palhetas 28 sobre as bordas laterais dos padrões para redução de ruído não aumenta sensivelmente o seu arrasto e limita, portanto, o efeito sobre os desempenhos aerodinâmicos da tubeira.

[0040] Preferivelmente, cada palheta 28 apresenta ela mesma um contorno de forma sensivelmente triangular com uma base 28a formada por uma parte da borda lateral 26c do padrão e um topo 28b espaçado da base e conectado à mesma por bordas laterais 28c. Neste caso, como para o perfil dos padrões 26 para redução de ruído, as bordas laterais 28c das palhetas apresentam vantajosamente um perfil curvo e o topo 28b destas é preferivelmente arredondado. Como evidente, outras formas geométricas são possíveis para as palhetas. Assim, estas poderiam alternativamente apresentar uma forma de ameia, por exemplo, (ou seja, retangulares).

[0041] De acordo com outra característica vantajosa da invenção, a extremidade de cada palheta 28 que é a mais afastada da borda lateral 26c correspondente do padrão 26 (notadamente o topo 28b da palheta quando esta tem uma forma triangular) é espaçada da mesma de uma distância d3 correspondendo a pelo menos 30% da distância D separando a base 26a do topo 26b do padrão.

[0042] E m ligação com as figuras 5 e 6, descreve-se agora outro modo de realização de um padrão a redução de ruído 26’para um capô de uma tubeira de turbomáquina.

[0043] Este padrão 26’ para redução de ruído difere dos descritos previamente em que ele comporta no nível de cada uma das suas bordas laterais 26’c, duas palhetas 28 ' que são inclinadas radialmente em relação ao padrão.

[0044] Mais precisamente, uma destas palhetas 28 ' é inclinada radialmente para o interior do capô 14 (ou seja, que penetra no segundo canal 24 de escoamento do fluxo quente), enquanto a outra palheta é inclinada radialmente para o exterior deste mesmo capô (ou seja, que penetra no primeiro canal 22 de escoamento do fluxo frio).

[0045] Além disso, como para o outro modo de realização previamente descrito, estas palhetas 28 ' são dispostas a fim de que o perfil geométrico das bordas laterais 26’c dos padrões para redução de ruído permaneça inalterado, por um lado em uma zona com base na base 26’ dos padrões e que se estendem axialmente para a jusante sobre uma distância correspondendo a pelo menos 15% da distância D, e por outro lado em uma zona com base no topo 26’b dos padrões e estendendo-se axialmente para a montante em uma distância correspondendo a pelo menos 15% da distância D.

[0046] Por último, as vantagens dos padrões para redução de ruído que foram descritos em ligação com o outro modo de realização são aplicáveis igualmente aos padrões descritos aqui.

Claims (9)

1. Capô anular (14, 16) para tubeira (10) de turbomáquina, compreendendo uma pluralidade de padrões (26, 26’) dispostos no prolongamento de uma borda de fuga (14a, 16a) do referido capô e espaçados circunferencialmente uns dos outros, cada padrão tendo um contorno de forma substancialmente triangular com uma base (26a, 26’a) formada por uma parte da borda de fuga do capô e um topo (26b, 26’b) que é o ponto do contorno o mais espaçado para a jusante da base e que é conectado a esta por duas bordas laterais (26c, 26’c), caracterizado pelo fato de que cada padrão compreende, no nível de cada uma das suas bordas laterais, pelo menos uma palheta (28, 28’), cada palheta sendo inclinada radialmente em relação ao padrão seguindo um plano (P) inclinado de um ângulo compreendido entre 0o e 45° em relação a uma direção radial (ô).

2. Capô de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada palheta possui uma extremidade a montante (30a) de conexão à borda lateral do padrão que é espaçado da base do padrão de uma distância (d1) correspondendo a pelo menos 15% da distância (D) separando a base do topo do padrão e uma extremidade a jusante (30b) de conexão à borda lateral do padrão que é espaçada do topo do padrão de uma distância (d2) correspondendo a pelo menos 15% da distância (D) separando a base do topo do padrão.

3. Capô de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a extremidade (28b) de cada palheta (28, 28’) que é a mais afastada da borda lateral (26c, 26’c) correspondente do padrão (26, 26’) é espaçada deste de uma distância (d3) correspondendo a pelo menos 30% da distância (D) separando a base do topo do padrão.

4. Capô de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada palheta (28, 28’) apresenta um contorno de forma substancialmente triangular com uma base (28a) formada por uma parte da borda lateral (26c, 26’c) do padrão (26, 26’) e um topo (28b) espaçado da base e conectado à mesma por bordas laterais (28c).

5. Capô de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as bordas laterais (28c) de cada palheta (28, 28’) apresentam um perfil curvo e o topo (28b) da mesma é arredondado.

6. Capô de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as bordas laterais (26c, 26’c) de cada padrão (26, 26’) apresentam um perfil curvo e o topo (26b, 26’b) deste é arredondado.

7. Capô de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que cada padrão (26’) compreende, no nível de cada uma das suas bordas laterais (26’c), duas palhetas (28’), uma destas palhetas sendo inclinada radialmente para o interior em relação ao padrão e a outra palheta sendo inclinada radialmente para o exterior em relação ao padrão.

8. Tubeira (10) de turbomáquina, compreendendo um capô primário (14) disposto ao longo de um eixo longitudinal (X-X) da tubeira e um capô secundário (16) disposto concentricamente em tomo do capô primário (14), caracterizada pelo fato de que o capô primário (14) e/ou o capô secundário (16) é um capô como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. Turbomáquina caracterizada pelo fato de compreender uma tubeira (10) tendo pelo menos um capô (14, 16) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

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