ES2600871T3 - Motor de helicóptero de turbina de gas de emisión sonora reducida por tratamiento acústico de un eyector - Google Patents

Abstract

Motor de helicóptero de turbina de gas que tiene una cámara de combustión (14), al menos una turbina (16, 20) dispuesta aguas abajo de la cámara de combustión para recibir los gases de combustión emitidos por la misma, y una tobera con un difusor (26) conectado aguas abajo de la turbina y que recibe un flujo primario procedente de ésta y un eyector (30) que tiene una parte aguas arriba que rodea a la extremidad aguas abajo del difusor disponiendo con esta extremidad un paso de salida (32) de un flujo secundario de aire de refrigeración de compartimiento del motor y que se prolonga hacia aguas abajo más allá de la extremidad aguas abajo del difusor, caracterizado por que el eyector tiene una pared formada al menos parcialmente por un atenuador acústico (34) apropiado para atenuar las frecuencias sonoras generadas por la rotación de la o cada turbina (16, 20) y/o por la cámara de combustión (14).

Description

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DESCRIPCION

Motor de helicoptero de turbina de gas de emision sonora reducida por tratamiento acustico de un eyector Antecedentes de la invencion

La invencion concierne a los motores de helicoptero de turbina de gas.

Como consecuencia de los esfuerzos efectuados para disminuir el ruido generado por la rotacion de las palas de rotores de helicopteros, la depositante ha constatado que el ruido propio de los motores de turbina de gas pasa a ser una componente significativa de la emision sonora global de los helicopteros.

Asf pues, una reduccion suplementaria notable de esta emision sonora podrfa ser obtenida insonorizando los propios motores de turbina de gas.

A tal efecto, en el documento EP 1 010 884 se propone dotar a las paredes de una tobera multicanal que recibe los gases que salen de la turbina de un revestimiento capaz de absorber la energfa acustica. Teniendo en cuenta las frecuencias sonoras que hay que atenuar, el revestimiento es relativamente grueso, lo que es penalizante en terminos de masa, dado que el revestimiento debe ser de un material capaz de soportar la temperatura del flujo primario a la salida de la turbina. Ademas, el espesor del revestimiento no permitirfa al flujo gaseoso que sale de la turbina asegurar una aspiracion eficaz de un eventual flujo secundario de refrigeracion del compartimiento del motor a traves de un paso que rodea a la tobera, de modo que el tratamiento acustico de la tobera no es compatible con una funcion de eyector.

Un motor de helicoptero es conocido igualmente por el documento GB 2 044 359.

Objeto y resumen de la invencion

La presente invencion es con miras a evitar los inconvenientes antes citados y a tal efecto propone un motor de helicoptero de turbina de gas que tiene una camara de combustion, al menos una turbina dispuesta aguas abajo de la camara de combustion para recibir los gases de combustion emitidos por esta, y una tobera con difusor conectado aguas abajo de la turbina y que recibe un flujo primario procedente de esta y un eyector que tiene una parte aguas arriba que rodea a la extremidad aguas abajo del difusor disponiendo con esta extremidad un paso de salida de un flujo secundario de aire de refrigeracion del compartimiento del motor y que se prolonga hacia aguas abajo mas alla de la extremidad aguas abajo del difusor, teniendo el eyector una pared formada al menos parcialmente por un atenuador acustico apropiado para atenuar las frecuencias sonoras generadas por la o cada turbina o por la camara de combustion.

En un motor de helicoptero de turbina de gas, la velocidad de eyeccion de los gases que salen de la turbina es reducida tanto como sea posible para optimizar la transformacion de la energfa de los gases en energfa mecanica. La emision sonora a la salida de la tobera es por tanto debida esencialmente a los elementos rotatorios del motor, en particular a la o cada turbina que es el elemento rotatorio mas proximo asf como a la camara de combustion. La realizacion de la pared del eyector para formar un atenuador acustico eficaz en una gama de frecuencias sonoras generadas por la rotacion de la o cada turbina y/o por la camara de combustion permite por tanto una reduccion eficaz del ruido al tiempo que se beneficia de la corriente de flujo secundario que protege a la pared del eyector con respecto a los gases calientes que salen de la turbina.

El atenuador acustico puede ser realizado entonces en un material metalico ligero por ejemplo a base de titanio, es decir de titanio o de aleacion de titanio, de modo que la presencia del atenuador no sea penalizante en terminos de masa. Ademas, a nivel del eyector, hay espacio disponible para realizar el atenuador acustico en forma por ejemplo de un resonador de Helmholtz de varios cm de espesor apropiado para atenuar frecuencias de algunos centenares de Hz a algunos kHz generadas por la rotacion de la o cada turbina y por la camara de combustion, y esto sin penalizar la funcion de eyector.

Se puede observar aquf que el problema de la insonorizacion a la salida de turbina de gas para motor de helicoptero es completamente diferente de aquel de la insonorizacion a la salida de la turbina de gas para motor de avion. En efecto, con un motor de avion de turbina de gas se busca producir empuje, por tanto eyectar una masa importante de gas a una velocidad elevada. El ruido generado es esencialmente un ruido de chorro de gas contra el cual no tendrfa efecto un atenuador acustico en pared de canal de flujo.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion hecha a continuacion, a tftulo indicativo pero no limitativo, en referencia a los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquematica de un motor de helicoptero de turbina de gas;

- la figura 2 es una vista parcial que muestra un conjunto difusor-eyector de un motor de helicoptero, de acuerdo con

un modo de realizacion de la invencion.

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Descripcion detallada de modos de realizacion

La figura 1 muestra de modo esquematico un motor de helicoptero de turbina de gas que comprende una etapa de compresion 10 (por ejemplo compresor centrifugo) que recibe aire exterior por un conducto anular de entrada de aire 12, una camara de combustion anular 14 (por ejemplo de flujo invertido) provista de inyectores (no representados) alimentados de carburante y de flujo de aire primario que sale del compresor, una turbina 16 de arrastre del compresor 10 unida al mismo por un arbol 18 y una turbina de potencia 20 (por ejemplo de una sola etapa) unida por un arbol 22 a un tren de engranajes que facilita una potencia mecanica a un arbol de salida 24, siendo los arboles 18 y 22 coaxiales.

En direccion aguas abajo, es decir en el sentido (vease la flecha F) de circulacion de los gases que salen de la camara de combustion, la turbina de potencia 20 esta prolongada por una tobera que comprende un difusor 26 y un eyector 30, como muestra la figura 2.

El difusor 26 recibe el flujo gaseoso primario caliente que sale de la turbina de potencia 20 y contribuye con el eyector 30 a ralentizar este flujo para hacer de modo que la energfa de los gases que pasan a la turbina 16 sea convertida al maximo en energfa mecanica transmitida al arbol de salida. De modo conocido, el eyector esta acodado al menos en su extremidad aguas abajo para evitar que el flujo gaseoso que sale sea dirigido hacia el eje del motor, hacia la parte trasera del helicoptero.

En su extremidad aguas arriba, el eyector 30 esta fijado al carter (no representado) del motor y rodea a la extremidad aguas abajo del difusor 26 disponiendo con la misma un intervalo anular 32. Un flujo de aire secundario “fno”, utilizado especialmente para la refrigeracion de equipos situados en el compartimiento del motor, fluye alrededor del conjunto de la camara de combustion, turbinas 16, 20 y difusor 26.

El difusor tiene una forma recta y no una forma denominada « en margarita » que es utilizada cuando se busca favorecer la mezcla de los flujos primario y secundario. Asf, el flujo secundario se escapa a traves del intervalo 32 circulando a lo largo de la cara interna del eyector 30. La extraccion del flujo secundario es asistida por el efecto de aspiracion producido por el flujo primario a la salida del difusor.

En el lado interno, el eyector presenta una pared formada por un atenuador acustico 34 en al menos una parte de la longitud axial del eyector. El atenuador 34 puede estar formado por varias partes adyacentes sucesivas para mas comodidad de fabricacion.

Como muestra el detalle de la figura 2, el atenuador acustico puede estar formado por un conjunto de cavidades o celdas adyacentes 34a separadas por paredes 34b que forman por ejemplo una estructura en nido de abejas. Las paredes 34b se extienden perpendicularmente a la superficie del eyector entre un fondo 34c formado por una placa u hoja rfgida estanca (no atravesada por las ondas sonoras) y una cara delantera 34d formada por una placa u hoja que deja pasar las ondas sonoras. La placa u hoja delantera 34d esta por ejemplo perforada. Se podrfa utilizar tambien una placa u hoja porosa permeable a las ondas sonoras que haya que atenuar.

La profundidad de las cavidades 34a (distancia entre el fondo y la cara delantera) es elegida en funcion de la longitud de onda de las ondas sonoras que haya que atenuar. Estas ultimas, producidas esencialmente por las turbinas 16 y 20 o la camara de combustion 14, tienen una frecuencia de algunos centenares de Hz a algunos kHz, lo que implica una profundidad de cavidad (cuarto de longitud de onda) de varios centfmetros.

Debido a que el eyector, en el lado interno, es barrido por el flujo secundario “fno”, el material constitutivo del atenuador acustico puede ser elegido en una gama bastante amplia de materiales, por tanto especialmente en materiales ligeros. Un ejemplo de material utilizable es el titanio. Naturalmente, podran ser elegidos otros materiales metalicos o no metalicos.

Para tener una atenuacion lo mas eficaz posible, es deseable que el atenuador se extienda en toda la longitud del eyector y que esta longitud este privilegiada con respecto a la del difusor. Se podra elegir una relacion al menos igual a 1 entre la longitud axial del eyector y la del difusor.

Aunque anteriormente se haya descrito una estructura de atenuador del tipo conocido con el nombre de atenuador de Helmholtz, pueden ser utilizados otros tipos de atenuadores sonoros tales como por ejemplo gomas espumas o materiales porosos ceramicos o metalicos.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Motor de helicoptero de turbina de gas que tiene una camara de combustion (14), al menos una turbina (16, 20) dispuesta aguas abajo de la camara de combustion para recibir los gases de combustion emitidos por la misma, y una tobera con un difusor (26) conectado aguas abajo de la turbina y que recibe un flujo primario procedente de esta

   5 y un eyector (30) que tiene una parte aguas arriba que rodea a la extremidad aguas abajo del difusor disponiendo con esta extremidad un paso de salida (32) de un flujo secundario de aire de refrigeracion de compartimiento del motor y que se prolonga hacia aguas abajo mas alla de la extremidad aguas abajo del difusor, caracterizado por que el eyector tiene una pared formada al menos parcialmente por un atenuador acustico (34) apropiado para atenuar las frecuencias sonoras generadas por la rotacion de la o cada turbina (16, 20) y/o por la camara de combustion 10 (14).
2. 2. Motor de helicoptero de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el atenuador acustico (34) esta formado por una estructura de resonador de Hemholtz.
3. 3. Motor de helicoptero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el atenuador acustico (34) es una estructura de un material metalico a base de titanio.

   15 4. Motor de helicoptero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la

   relacion entre longitudes axiales del eyector (30) y del difusor (26) es al menos igual a 1.