PL232261B1

PL232261B1 - Zespół silnika turbowentylatorowego i układ do zmniejszania rezonansu w komorze

Info

Publication number: PL232261B1
Application number: PL414651A
Authority: PL
Inventors: William Joseph Bowden; Ning Fang; Guohua Zhong; Bartosz KARBOWSKI; Bartosz Karbowski
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2019-05-31
Also published as: US20170122213A1; CA2945904A1; BR102016025534A2; CN106870161A; CN106870161B; EP3163054A1; JP2017115854A; PL414651A1; US10544737B2

Description

Wynalazek dotyczy zespołu silnika turbowentylatorowego i układu do zmniejszania rezonansu w komorze, a więc ogólnie dziedziny silników turbospalinowych, a dokładniej zespołu silnika turbowentylatorowego i układu do tłumienia rezonansu w układach odprowadzania powietrza w silnikach turbospalinowych.

Znane współczesne samoloty są napędzane turbowentylatorowymi silnikami lotniczymi. Silnik turbowentylatorowy jest wyspecjalizowaną postacią silnika turbospalinowego, w którym powietrze przepływa przez wentylator i sprężarkę sprężającą powietrze, które jest następnie mieszane z paliwem w komorze spalania dla wytwarzania gorących gazów spalinowych. Silnik właściwy zawiera sprężarkę i komorę spalania oraz współpracujące turbiny nisko- i wysokoprężne, które wykorzystują energię gazów spalinowych dla napędzania, odpowiednio, sprężarki i wentylatora.

Znane silniki zawierają układy upustowe mające kanał upustowy, który pobiera część powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora i kieruje je w stronę odpływu dla dalszego przetwarzania lub wykorzystania. W kanale zewnętrznym znajduje się zwykle zawór do regulowania ilości powietrza odprowadzanego z kanału zewnętrznego do innych elementów silnika. Kiedy zawór jest zamknięty przy końcu wylotowym kanału upustowego, koniec wlotowy kanału upustowego pozostaje otwarty i znajduje się pod wpływem pędu napływającego powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora. Ta konfiguracja może skutkować utworzeniem generatora Hartmanna, który powoduje niestabilne wahania ciśnienia dynamicznego wewnątrz zamkniętego kanału upustowego, co może doprowadzić do zmęczenia akustycznego i poskutkować skróconą trwałością użytkową niektórych elementów silnika.

Zespół silnika turbowentylatorowego według wynalazku zawiera silnik właściwy zawierający sprężarkę wielostopniową, wentylator napędzany przez ten silnik właściwy, kanał zewnętrzny wentylatora otaczający przynajmniej częściowo silnik właściwy i układ upustowy. Ten układ upustowy obejmuje pierwszy obieg upustowy skonfigurowany do odprowadzania strumienia sprężonego powietrza ze sprężarki i kierowania go do pierwszego obiegu wymiennika ciepła i drugi obieg upustowy skonfigurowany do odprowadzania powietrza z kanału zewnętrznego wentylatora i kierowania strumienia do drugiego obiegu wymiennika ciepła. Drugi obieg upustowy zawiera kanał upustowy zawierający z kolei wlot kanału zwrócony w kierunku przeciwnym do przepływu w kanale zewnętrznym, przy powierzchni tego kanału zewnętrznego, wylot kanału połączony za pośrednictwem zaworu z wymiennikiem ciepła, w sposób umożliwiający przepływ oraz przewód tłumienia akustycznego przebiegający od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego wentylatora. Przewód tłumienia akustycznego jest skonfigurowany do tłumienia wahań ciśnienia wewnątrz drugiego obiegu upustowego, gdy zawór jest częściowo zamknięty.

W korzystnym rozwiązaniu, przewód tłumienia akustycznego przebiega od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego wentylatora, po łukowatym torze.

Korzystnie, kształt przekrojowy przewodu tłumienia akustycznego zmienia się wzdłuż drogi od kanału upustowego po stronie napływowej względem przepływu w kanale zewnętrznym zaworu do kanału zewnętrznego wentylatora.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego obejmuje wiele przewodów tłumienia akustycznego przebiegających od kanału upustowego po stronie napływowej względem przepływu w kanale zewnętrznym zaworu, do kanału zewnętrznego wentylatora.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego zawiera co najmniej jedną łopatkę rozciągającą się w poprzek jego przekroju poprzecznego.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego jest zwymiarowany i ukształtowany tak, aby odprowadzać przepływ powietrza do kanału zewnętrznego wentylatora pod ustalonym z góry kątem, zasadniczo zbliżonym do kąta przepływu powietrza w kanale zewnętrznym wentylatora.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego jest skonfigurowany do zapobiegania zatrzymaniu przepływu w drugim obiegu upustowym, gdy zawór jest zamknięty.

W celu tłumienia rezonansowych zakłóceń akustycznych w obiegu upustowym kanału rozwiązanie według wynalazku obejmuje kierowanie pierwszej części przepływu z kanału do obiegu upustowego poprzez wlot obiegu upustowego i zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału za wlotem obiegu upustowego, za pośrednictwem przewodu tłumienia akustycznego.

PL 232 261 B1

Najlepiej jest, gdy zwracanie drugiej części przepływu obejmuje zwracanie drugiej części przepływu, która jest w przybliżeniu równa pierwszej części przepływu oraz zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału obejmuje kierowanie drugiej części przepływu po łukowatym torze, od obiegu upustowego do kanału, poprzez obieg upustowy.

Zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału obejmuje kierowanie drugiej części przepływu przez wiele przewodów tłumienia akustycznego, od obiegu upustowego do kanału, albo zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału przewodem tłumienia akustycznego obejmuje kierowanie drugiej części przepływu do wyjścia z przewodu tłumienia akustycznego w kierunku zgodnym z przepływem w kanale.

Alternatywnie, zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału przewodem tłumienia akustycznego obejmuje kierowanie drugiej części przepływu do wejścia do przewodu tłumienia akustycznego w kierunku przeciwnym do przepływu w kanale.

Zwracanie drugiej części przepływu z obiegu upustowego do kanału przewodu tłumienia akustycznego obejmuje zapobieganie zatrzymaniu przepływu w kanale, gdy zawór jest zamknięty.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest układ upustowy, charakteryzujący się tym, że obejmuje drugi obieg upustowy skonfigurowany do odprowadzania powietrza z kanału, który to drugi obieg upustowy zawiera kanał upustowy zawierający wlot kanału upustowego zwrócony w stronę napływu względem przepływu w kanale upustowym przy jego powierzchni, wylot kanału upustowego połączony z zaworem w sposób umożliwiający przepływ oraz przewód tłumienia akustycznego przebiegający od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego. Przewód tłumienia akustycznego jest skonfigurowany do tłumienia wahań ciśnienia wewnątrz obiegu upustowego, gdy zawór jest przynajm niej częściowo zamknięty.

Korzystnym jest, że przewód tłumienia akustycznego przebiega od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego, po łukowatym torze.

Korzystnym jest, że kształt przekrojowy przewodu tłumienia akustycznego zmienia się wzdłuż drogi od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego obejmuje wiele przewodów tłumienia akustycznego przebiegających od kanału upustowego przed zaworem, do kanału zewnętrznego.

Korzystnie, przewód tłumienia akustycznego zapobiega zatrzymaniu przepływu w kanale upustowym przed zaworem, gdy zawór jest zamknięty.

Układy upustowe według wynalazku zapewniają skuteczny sposób tłumienia wahań ciśnienia w powiązanych urządzeniach i układach. W szczególności, układy upustowe tu opisane obejmują kanał upustowy, który pobiera część powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora i kieruje je w stronę odpływu dla dalszego przetwarzania lub wykorzystania, gdy zawór upustowy jest otwarty. Kiedy zawór upustowy jest zamknięty przy końcu wylotowym kanału upustowego, koniec wlotowy kanału upustowego pozostaje otwarty i znajduje się pod wpływem pędu napływającego powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora. W związku z tym, w celu zapewnienia ujścia dla powietrza znajdującego się w kanale upustowym i tłumienia wahań ciśnienia wewnątrz kanału upustowego, od kanału upustowego do kanału zewnętrznego przebiega przewód tłumienia akustycznego. W związku z powyższym, przewód tłumienia akustycznego jest skonfigurowany do zapobiegania działaniu kanału upustowego jako generatora Hartmanna, gdy zawór upustowy jest przynajmniej częściowo zamknięty.

Układ upustowy obejmujący przewód tłumienia akustycznego tu przedstawiony, posiada istotne zalety względem znanych sposobów tłumienia wahań ciśnienia. Dokładniej, niektóre znane układy upustowe obejmują aktywnie sterowany wlot o zmiennej geometrii na kanale zewnętrznym, do zmniejszania rezonansu w kanale. Przewód tłumienia akustycznego opisany w niniejszym dokumencie jest elementem statycznym, który zmniejsza ciężar i złożoność silnika lotniczego. Ponadto, znane układy upustowe obejmują urządzenie statyczne, takie jak osłona rezonansowa, która wchodzi do strumienia powietrza przepływu zewnętrznego przy wlocie kanału zewnętrznego, aby zmniejszać rezonans w kanale. Jednakże, przewód tłumienia akustycznego tu opisany, nie jest wystawiony na żadną część wolnego strumienia powietrza i żadna część tego układu upustowego nie wchodzi do kanału zewnętrznego.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju przykładowy zespół silnika turbinowego zawierający układ odprowadzania powietrza, a fig. 2 - układ upustowy przedstawiony na fig. 1, w powiększeniu, wraz z kanałem odprowadzania powietrza.

PL 232 261 B1

Na fig. 1 przedstawiono w przekroju przykładowy zespół silnika turbinowego 10 o przechodzącej przez niego osi wzdłużnej lub środkowej 11, zamontowany na pylonie wspornikowym 13 samolotu 15. Zespół 10 obejmuje turbinowy silnik właściwy 12, w dalszej części określany jako silnik właściwy 12 oraz sekcję wentylatora 14 umieszczoną przed silnikiem właściwym 12. Silnik właściwy 12 zawiera ogólnie rurową obudowę zewnętrzną 16, która wyznacza pierścieniowy wlot 18. W niektórych przykładach wykonania, obudowa zewnętrzna 16 otacza i utrzymuje ponadto sprężarkę czołową 20 do podwyższania ciśnienia powietrza dostającego się do silnika właściwego 12. Wielostopniowa, wysokoprężna sprężarka osiowa 21 odbiera sprężone powietrze od sprężarki czołowej 20 i jeszcze bardziej zwiększa jego ciśnienie. Sprężone powietrze wpływa do komory spalania 22, gdzie jest mieszane z paliwem i spalane. Gorące gazy spalinowe przepływają z komory spalania 22 do pierwszej turbiny (wysokoprężnej) 26 dla napędzania sprężarki wysokoprężnej 21 za pośrednictwem pierwszego (wysokoprężnego) wału napędowego 27, a następnie do drugiej turbiny (niskoprężnej) 28 dla napędzania sprężarki czołowej 20 i sekcji wentylatora 14 za pośrednictwem drugiego (niskoprężnego) wału napędowego 29, który jest współosiowy z pierwszym wałem napędowym 27. Po napędzeniu każdej z turbin 26 i 28, produkty spalania opuszczają silnik właściwy 12 przez dyszę wylotową 30, zapewniając odrzutowy ciąg napędowy.

Sekcja wentylatora 14 zawiera obrotowy wirnik osiowy 32 wentylatora otoczony przez pierścieniową obudowę 34 wentylatora. Obudowa 34 wentylatora jest podtrzymywana od strony silnika właściwego 12 przez wiele zasadniczo promieniowo odchodzących, obwodowo rozmieszczonych kierowniczych łopatek końcowych 36. Dlatego też obudowa 34 wentylatora otacza wirnik 32 wentylatora i wiele łopatek 38 wirnika wentylatora. Nad zewnętrzną częścią silnika właściwego 12 rozciąga się sekcja odpływowa 40 obudowy 34 wentylatora, która wyznacza kanał zewnętrzny 42 zapewniający dodatkowy odrzutowy ciąg napędowy.

Podczas pracy, wstępny strumień powietrza 43 dostaje się przez wlot 44 do obudowy 34 wentylatora zespołu silnika turbinowego 10. Strumień powietrza 43 przechodzi przez łopatki 38 wentylatora i jest rozdzielany na pierwszy strumień sprężonego powietrza (wskazany strzałką 45) i drugi strumień sprężonego powietrza (wskazany strzałką 46), który dostaje się do sprężarki czołowej 20. Ciśnienie drugiego strumienia 46 sprężonego powietrza jest zwiększane, gdy trafia on do sprężarki wysokoprężnej 21, jak wskazano strzałką 47. Po wymieszaniu z paliwem i spaleniu w komorze spalania 22, produkty spalania 48 opuszczają komorę spalania 22 i przepływają przez pierwszą turbinę 26. Produkty spalania 48 następnie przepływają przez drugą turbinę 28 i wydostają się przez dyszę wylotową 30, zapewniając ciąg dla zespołu silnika turbinowego 10.

W przedstawionym przykładzie wykonania, zespół 10 obejmuje również układ 100 odprowadzania powietrza do odprowadzania sprężonego powietrza ze sprężarki 21 podczas pracy, dla późniejszego wykorzystania w samolocie 15, gdy jest to pożądane. Układ upustowy 100 obejmuje pierwszy obieg upustowy 102, drugi obieg upustowy 104 i wymiennik ciepła 106, który jest dołączony do pylonu 13. Pierwszy obieg upustowy 102 zawiera przewody i zawory do odprowadzania sprężonego powietrza ze sprężarki 21 przez pierwszy obieg 108 wymiennika ciepła 106. Korzystnie, pierwszy obieg upustowy 102 jest skonfigurowany do odprowadzania sprężonego powietrza zarówno piątego, jak i dziewiątego stopnia, ze sprężarki 21 i przez wymiennik ciepła 106 dla późniejszego wykorzystania w samolocie 15.

W przedstawionym przykładzie wykonania, drugi obieg upustowy 104 zawiera różne komponenty do odprowadzania części stosunkowo chłodnego sprężonego powietrza 45 wentylatora z kanału zewnętrznego 42 wentylatora dla przepływu przez obieg dodatkowy 110 wymiennika ciepła 106. Stosunkowo chłodne powietrze 45 wentylatora jest przepuszczane przez wymiennik ciepła 106 dla schładzania powietrza sprężarki o wyższej temperaturze odprowadzanego przez pierwszy obieg upustowy 102.

Po schłodzeniu powietrza głównego obiegu upustowego, zużyte powietrze wentylatora z drugiego obiegu upustowego 104 jest odprowadzane z wymiennika ciepła 106 przez odpowiedni wylot 112 w pylonie 13 i wyrzucane poza pokład w czasie działania samolotu. Schłodzone powietrze upustowe sprężarki z pierwszego obiegu upustowego 102 jest odprowadzane z wymiennika ciepła 106 i odpowiednio kierowane do samolotu 15 w dowolnym odpowiednim celu, takim jak między innymi zastosowanie w systemie kontroli środowiska samolotu.

W przedstawionym przykładzie wykonania, układ upustowy 100 jest odpowiednio sterowany przez tradycyjny system sterowania 50 samolotu, który jest przyłączony roboczo do poszczególnych znajdujących się w nim zaworów, zarówno w pierwszym obiegu upustowym 102, jak i w drugim obiegu upustowym 104. Dokładniej, drugi obieg upustowy 104 zawiera kanał upustowy 114 wentylatora skonfigurowany do odprowadzania części powietrza 45 wentylatora z kanału zewnętrznego 42 wentylatora poprzez odpowiedni zawór regulacyjny 116 usytuowany przy wylocie 118 kanału upustowego 114, który z kolei jest odpowiednio przyłączony do obiegu dodatkowego 110 wymiennika ciepła 106.

PL 232 261 B1

Zawór 44 jest połączony elektrycznie z systemem sterowania 50 samolotu i może funkcjonować w położeniu otwarcia, umożliwiającym swobodny przepływ powietrza 45 wentylatora przez kanał upustowy 114 do wymiennika ciepła 106 oraz w położeniu przynajmniej częściowego zamknięcia, w którym blokuje przynajmniej część przepływu powietrza 45 wentylatora przez kanał upustowy 114 do wymiennika ciepła 106, aby zapobiegać opisanym powyżej niepożądanym wahaniom ciśnienia dynamicznego występującym z powodu zasady generatora Hartmanna.

Na fig. 2 przedstawiono określoną konfigurację kanału upustowego 114 wentylatora w przypadku, gdy jest on zamontowany w silniku 10 przy końcu wylotowym kanału zewnętrznego 42 wentylat ora. Jak opisano powyżej, silnik turbowentylatorowy 10 jest podwieszony na pylonie 13 w tradycyjny sposób, zwykle z wykorzystaniem przednich i tylnych mocowań silnika oraz współpracujących ze sobą złączy oporowych. Mimo iż na fig. 1 i 2 przedstawiono kanał upustowy 114 przechodzący przez obudowę 34 wentylatora, w innym przykładzie wykonania kanał upustowy 114 jest zamontowany w rozwidleniu (nie pokazano) przebiegającym pomiędzy silnikiem właściwym 12 a pylonem 13.

W przedstawionym przykładzie wykonania, kanał upustowy 114 zawiera wlot 120 przy swoim przednim końcu, utworzony w powierzchni 122 kanału zewnętrznego 42 wentylatora. Wlot 120, który jest zwrócony do przodu, przechwytuje część 124 sprężonego powietrza 45 wentylatora z kanału zewnętrznego 42 i kieruje część 124 przez kanał upustowy 114 i jego wylot 118 do wymiennika ciepła 106 poprzez zawór 116. Wylot 118 kanału upustowego jest wyznaczony przy końcu tylnym kanału upustowego 114 przeciwległym względem wlotu 120. Wylot 118 jest odpowiednio połączony z wymiennikiem ciepła 106 w sposób umożliwiający przepływ za pośrednictwem zaworu 116 drugiego obiegu upustowego 104. Zawór 116 łączy w sposób umożliwiający przepływ wylot 118 kanału upustowego z wymiennikiem ciepła 106 dla regulowania wpływania powietrza przepływu zewnętrznego 45 wentylatora do obiegu dodatkowego 110 wymiennika ciepła 106, gdy jest to pożądane.

Jednakże, kiedy zawór 116 jest zamknięty, kanał upustowy 114 może działać jako generator Hartmanna. W takiej konfiguracji, wylot 118 kanału jest zamknięty, natomiast wlot 120 kanału pozostaje otwarty i bezpośrednio odbiera sprężone powietrze 124 wentylatora z kanału zewnętrznego 42. W powietrzu 124 wentylatora uwięzionym wewnątrz zamkniętego kanału upustowego 114 mogą występować niestabilne wahania ciśnienia dynamicznego, gdyż powietrze 124 uderza o zamknięty zawór 116 i ścianki kanału 114. Pozostawienie zaworu 116 częściowo otwartego nie zawsze jest realnym rozwiązaniem tego problemu wahań ciśnienia dynamicznego, ponieważ takie działanie może niekorzystnie wpływać na wydajność wymiennika ciepła 106 po stronie odpływowej.

W przykładzie wykonania, kanał upustowy 114 zawiera przewód tłumienia akustycznego 126 zwymiarowany odpowiednio do tłumienia wahań ciśnienia wewnątrz kanału upustowego 114, gdy zawór 116 jest przynajmniej częściowo zamknięty. W związku z tym, przewód tłumienia akustycznego 126 jest skonfigurowany do zapobiegania działaniu kanału upustowego 114 jako generatora Hartmanna. Zgodnie z tym, przewód tłumienia akustycznego 126 jest ukształtowany tak, że przechodzi przez niego bardzo mało przepływu, gdy zawór 116 jest otwarty, co minimalizuje jego wpływ na ogólną sprawność silnika 10 przy jego szczególnym zastosowaniu jako silnika lotniczego.

Jak przedstawiono w przykładzie wykonania, przewód tłumienia akustycznego 126 przebiega pomiędzy kanałem upustowym 114 przed zaworem 116 a kanałem zewnętrznym 42 po łukowatym torze. Taki łukowaty kształt przewodu tłumienia akustycznego 126 skutkuje łatwiejszym wchodzeniem strumienia powietrza 124 do przewodu tłumienia akustycznego 126 w kanale upustowym 114, gdy zawór 116 jest zamknięty. Łukowaty kształt przewodu tłumienia 126 ułatwia również wydalanie strumienia powietrza 124 z przewodu tłumienia akustycznego 126 do kanału zewnętrznego 42 pod kątem zasadniczo podobnym do kąta rozchodzenia się przepływu powietrza 45, aby ułatwić skuteczne mieszanie strumieni powietrza i zminimalizować wpływ na sprawność silnika 10. Alternatywnie, przewód tłumienia akustycznego 126 ma jakikolwiek kształt umożliwiający działanie układu upustowego 100 w sposób opisany w niniejszym dokumencie.

Oprócz łukowatego kształtu, w przykładzie wykonania przewód tłumienia akustycznego 126 ma kształt przekrojowy zróżnicowany na długości przewodu tłumienia akustycznego 126, od kanału upustowego 114 przed zaworem 116 do kanału zewnętrznego 42. Zmienny kształt przekrojowy jest korzystny w przypadku, gdy konieczne jest zachowanie odpowiedniego odstępu przewodu tłumienia akustycznego 126 od pobliskiego sprzętu na obszarze kanału upustowego 114.

W przedstawionym przykładzie wykonania, przewód tłumienia akustycznego 126 obejmuje wiele przewodów tłumienia akustycznego przebiegających pomiędzy kanałem upustowym 114 przed zaworem 116 a kanałem zewnętrznym 42. Dokładniej, przewód tłumienia akustycznego 126 obejmuje

PL 232 261 B1 pierwszy przewód tłumienia akustycznego 128 i opcjonalny drugi przewód tłumienia akustycznego 130 (pokazany linią przerywaną). Chociaż oba przedstawione na fig. 2 przewody, pierwszy 128 i drugi 130, są podobnie ukształtowane, to mogą mieć dowolny kształt, włącznie z odmiennymi względem siebie kształtami, który ułatwia działanie układu upustowego 100 w sposób opisany w niniejszym dokumencie.

Stopień redukcji amplitudy rezonansowej zależy od pola przekroju poprzecznego przewodu tłumienia akustycznego 126. Dokładniej, większe pole przekroju poprzecznego umożliwia większą redukcję amplitudy rezonansowej. W związku z tym, pojedynczy przewód 128 przewodu tłumienia akustycznego 126 jest zalecany do tłumienia wahań ciśnienia w najbardziej wydajny masowo sposób. Jednakże, w konfiguracjach, w których obecne są inne struktury silnika, większy przewód tłumienia akustycznego 126 może być trudny do zrealizowania. W związku z tym, może być wymagane wiele przewodów 128 i 130 do tłumienia wahań ciśnienia do pożądanego poziomu.

W przedstawionym przykładzie wykonania, przewód tłumienia akustycznego 126 zawiera co najmniej jedną łopatkę 132 rozciągającą się wzdłuż jego przekroju poprzecznego. Łopatka 132 kieruje strumień powietrza 124 odprowadzanego przez przewód tłumienia akustycznego 126 w taki sposób, że strumień powietrza 124 sprawnie przepływa z kanału upustowego 114 do kanału zewnętrznego 42. Łopatka 132 zwiększa integralność strukturalną przewodu tłumienia akustycznego 126. Oprócz tego, łopatka 132 ułatwia sprawne przepuszczanie strumienia powietrza 124 przez przewód tłumienia akustycznego 126 i łączenie go z przepływem zewnętrznym 45.

Podczas pracy, kiedy zawór 116 jest otwarty, sprężone powietrze 45 wentylatora jest przepuszczane przez kanał zewnętrzny 42, a układ upustowy 100 przechwytuje część 124 powietrza 45 wentylatora i kieruje strumień powietrza 124 przez drugi kanał upustowy 104 do wymiennika ciepła 106 dla schładzania strumienia powietrza o wyższej temperaturze przepuszczanego przez pierwszy obieg upustowy 102 z silnika właściwego 12. Po schłodzeniu, strumień powietrza 124 jest kierowany do wylotu 112 i odprowadzany z samolotu 15. Alternatywnie, strumień powietrza 124 jest odprowadzany przez silnik 10 za pośrednictwem wylotu systemu chłodzenia nawiewowego i przynależnej dyszy wylotowej (nie pokazano ani jednego, ani drugiego).

Jednakże, kiedy zawór 116 jest zamknięty, część 124 przepływu sprężonego powietrza 45 jest kierowana do kanału upustowego 114, a stamtąd przewodem tłumienia akustycznego 126 do kanału zewnętrznego 42. Dokładniej, strumień powietrza 124 zawiera pierwszą część 134 i drugą część 136. Pierwsza część 134 jest kierowana z kanału zewnętrznego 42 do drugiego obiegu upustowego 104, a dokładniej kanału upustowego 114, poprzez wlot 120. Druga część jest wówczas kierowana z wnętrza kanału upustowego 114 poprzez przewód tłumienia akustycznego 126 do kanału zewnętrznego 42 za wlotem 120 kanału upustowego. W przykładzie wykonania, przewód tłumienia akustycznego 126 jest zwymiarowany tak, że zasadniczo cała objętość strumienia powietrza 124 odprowadzanego przez wlot 120 do kanału upustowego 114 jest następnie kierowana poprzez przewód tłumienia akustycznego 126. W związku z tym, objętość pierwszej części 134 przepływu powietrza dostającej się przez wlot 120 jest w przybliżeniu równa objętości drugiej części 136 przepływu powietrza kierowanej poprzez przewód tłumienia akustycznego 126 i odprowadzanej do kanału zewnętrznego 42.

W przedstawionym przykładzie wykonania, druga część 136 przepływu powietrza jest odprowadzana z przewodu tłumienia akustycznego 126 w kierunku zgodnym z przepływem względem sprężonego powietrza 45 w kanale zewnętrznym 42. Podobnie, druga część 136 przepływu powietrza dostaje się do przewodu tłumienia akustycznego 126 w kierunku przeciwnym do przepływu względem sprężonego powietrza 45 w kanale zewnętrznym 42 i względem miejsca, gdzie druga część 136 przepływu powietrza jest odprowadzana z przewodu tłumienia akustycznego 126.

Opisany powyżej układ upustowy zapewnia skuteczny sposób tłumienia wahań ciśnienia w powiązanych urządzeniach i systemach. W szczególności, opisany powyżej układ upustowy obejmuje kanał upustowy, który pobiera część powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora i kieruje je w stronę odpływu do dalszego przetwarzania lub wykorzystania, gdy zawór upustowy jest otwarty. Kiedy zawór upustowy jest zamknięty przy końcu wylotowym kanału upustowego, koniec wlotowy kanału upustowego pozostaje otwarty i znajduje się pod wpływem pędu napływającego powietrza przepływu zewnętrznego wentylatora. W związku z tym, w celu zapewnienia ujścia dla powietrza znajdującego się w kanale upustowym i tłumienia wahań ciśnienia wewnątrz kanału upustowego, od kanału upustowego do kanału zewnętrznego przebiega przewód tłumienia akustycznego. W związku z powyższym, przewód tłumienia akustycznego jest skonfigurowany do zapobiegania działania kanału upustowego jako generatora Hartmanna, gdy zawór upustowy jest przynajmniej częściowo zamknięty.

PL 232 261 B1

Układ upustowy obejmujący przewód tłumienia akustycznego tu przedstawiony ma zalety względem znanych sposobów tłumienia wahań ciśnienia. Dokładniej, niektóre znane układy upustowe obejmują aktywnie sterowany wlot o zmiennej geometrii na kanale zewnętrznym, do zmniejszania rezonansu w kanale. Jednakże, przewód tłumienia akustycznego opisany w niniejszym dokumencie jest elementem statycznym, który zmniejsza ciężar i złożoność silnika lotniczego. Ponadto, znane układy upustowe obejmują urządzenie statyczne, takie jak osłona rezonansowa, która wchodzi do strumienia powietrza przepływu zewnętrznego przy wlocie kanału zewnętrznego, aby zmniejszać rezonans w kanale. Jednakże, przewód tłumienia akustycznego tu opisany nie jest wystawiony na żadną część wolnego strumienia powietrza i żadna część przykładowego układu upustowego nie wchodzi do kanału zewnętrznego.

Przykładowy efekt techniczny układów i urządzenia opisanego w niniejszym dokumencie obejmuje co najmniej jedno z następujących: (a) zmniejszenie lub wyeliminowanie wahań ciśnienia w kanale upustowym, co zwiększa żywotność powiązanych elementów; (b) zmniejszenie ciężaru i kosztów konserwacji związanych z układem upustowym w stosunku do tradycyjnych układów upustowych, ponieważ ujawniony układ nie obejmuje zmiennej geometrii ani ruchomych części; oraz (c) zwiększenie spra wności energetycznej układów w stosunku do tradycyjnych układów upustowych ze względu na minimalny wzrost całkowitej straty ciśnienia przepływu zewnętrznego ujawnionego układu upustowego.

Powyżej zostały opisane szczegółowo przykłady wykonania układów upustowych.

Układy upustowe i sposoby działania takich układów i urządzeń nie są ograniczone do konkretnych przykładów wykonania tu opisanych, lecz elementy składowe układów mogą być wykorzystywane niezależnie i oddzielnie od innych elementów składowych układów tu opisanych. Na przykład, można je stosowane w połączeniu z innymi systemami wymagającymi tłumienia akustycznego i nie są ograniczone do praktyki wyłącznie z układami tu opisanymi. Zamiast tego, przykład wykonania może być realizowany i wykorzystywany wspólnie z wieloma innymi zastosowaniami maszynowymi, które są obecnie skonfigurowane do otrzymania i przyjęcia układów upustowych.

Chociaż na niektórych figurach rysunku mogą być pokazane określone cechy różnych przykładów wykonania wynalazku, to jest tak jedynie przykładowo. Zgodnie z zasadami niniejszego ujawnienia, każda cecha na figurach rysunku może być wskazana i/albo zastrzegana wspólnie z każdą cechą któregokolwiek innego przykładu na figurach rysunku.

Zakres zdolności patentowej rozwiązania według wynalazku jest określony w zastrzeżeniach i może obejmować inne przykłady, które nasuną się specjalistom w dziedzinie. Przyjmuje się, że takie inne przykłady są objęte zakresem zastrzeżeń, jeśli mają elementy strukturalne, które nie różnią się od dosłownego języka zastrzeżeń, lub jeśli zawierają równoważne elementy strukturalne, różniące się w nieistotnym stopniu od dosłownego języka zastrzeżeń.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego, zawierający: silnik właściwy (12) zawierający sprężarkę wielostopniową (20, 21), wentylator (14) napędzany przez ten silnik właściwy, kanał zewnętrzny (42) wentylatora otaczający przynajmniej częściowo silnik właściwy (12) i wentylator (14), układ upustowy (100) obejmujący:

pierwszy obieg upustowy (102) skonfigurowany do odprowadzania strumienia sprężonego powietrza ze sprężarki (21) i kierowania go do pierwszego obiegu (108) wymiennika ciepła (106), oraz drugi obieg upustowy (104) skonfigurowany do odprowadzania powietrza z kanału zewnętrznego wentylatora i kierowania strumienia do drugiego obiegu (110) wymiennika ciepła, znamienny tym, że drugi obieg upustowy obejmuje kanał upustowy (114) zawierający: wlot (120) kanału zwrócony w kierunku przeciwnym do przepływu w kanale zewnętrznym (42) wentylatora przy powierzchni (122) tego kanału zewnętrznego, wylot (118) kanału połączony za pośrednictwem zaworu (116) z wymiennikiem ciepła w sposób umożliwiający przepływ, oraz przewód (126) tłumienia akustycznego przebiegający od kanału upustowego (114) przed zaworem (116) do wspomnianego kanału zewnętrznego (42) wentylatora, przy czym przewód (126) tłumienia akustycznego ma elementy i kształt zapobiegający działaniu kanału upustowego (114) jako generator Hartmanna, gdy zawór (116) jest częściowo zamknięty.

PL 232 261 B1

2. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego przebiega od kanału upustowego (114) przed zaworem (116) do kanału zewnętrznego (42) wentylatora po łukowatym torze.

3. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przekrój przewodu (126) tłumienia akustycznego, w odniesieniu do przepływu powietrza w przewodzie tłumienia akustycznego, zmienia się od kanału (114) upustowego do kanału zewnętrznego wentylatora.

4. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego obejmuje jeden lub więcej kanał (128, 130) tłumienia akustycznego.

5. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego zawiera co najmniej jedną łopatkę (132) rozciągającą się w poprzek jego przekroju poprzecznego.

6. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego ma elementy i kształt do odprowadzania przepływu powietrza do kanału zewnętrznego (42) wentylatora pod kątem zasadniczo zbliżonym do kąta przepływu powietrza w kanale zewnętrznym wentylatora.

7. Zespół (10) silnika turbowentylatorowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego ma elementy i kształt umożliwiający wychodzenie całego powietrza z wentylatora, wchodzącego do drugiego obiegu upustowego, do kanału zewnętrznego wentylatora, gdy ten zawór jest zamknięty.

8. Układ upustowy (100) zawierający pierwszy obieg upustowy skonfigurowany do odprowadzania strumienia sprężonego powietrza ze sprężarki i kierowania go do pierwszego obiegu wymiennika ciepła, oraz drugi obieg upustowy skonfigurowany do odprowadzania powietrza z kanału zewnętrznego wentylatora i kierowania strumienia do drugiego obiegu wymiennika ciepła, znamienny tym, że drugi obieg upustowy (104) obejmuje kanał upustowy (114) zawierający:

wlot (120) kanału upustowego zwrócony w kierunku napływu względem przepływu w kanale upustowym przy jego powierzchni (122), wylot (118) kanały upustowego połączony z zaworem (116) w sposób umożliwiający przepływ, oraz przewód (126) tłumienia akustycznego przebiegający od kanału upustowego przed zaworem (116) do kanału zewnętrznego (42) wentylatora, przy czym przewód (126) tłumienia akustycznego ma elementy i kształt zapobiegające działaniu kanału upustowego (114) jako generator Hartmanna, gdy wylot (118) kanału upustowego jest częściowo zamknięty przez zawór (116).

9. Układ (100) według zastrz. 8, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego przebiega od kanału upustowego (114), przed zaworem (116), do kanału zewnętrznego (42) po łukowatym torze.

10. Układ (100) według zastrz. 8, znamienny tym, że przekrój przewodu (126) tłumienia akustycznego w odniesieniu do przepływu powietrza w przewodzie (126) tłumienia akustycznego, zmienia się od kanału upustowego (114) przed zaworem (116) do kanału zewnętrznego (42) wentylatora.

11. Układ (100) według zastrz. 8, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego obejmuje co najmniej jeden kanał (128, 130) tłumienia akustycznego przebiegający od kanału upustowego (114) przed zaworem (116) do kanału zewnętrznego (42) wentylatora.

12. Układ (100) według zastrz. 8, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego zawiera co najmniej jedną łopatkę (132) rozciągającą się w poprzek jego przekroju poprzecznego.

13. Układ (100) według zastrz. 8, znamienny tym, że przewód (126) tłumienia akustycznego umożliwia aby całe powietrze z wentylatora (14) wchodzące, do drugiego obiegu upustowego (104) wychodziło do kanału zewnętrznego (42) wentylatora, gdy zawór (116) jest zamknięty.