Устройство для снижения шума турбореактивного двигателя

Устройство для снижения шума турбореактивного двигателя содержит установленные в каналах мотогондолы последовательно от источника шума звукопоглощающее и звукоотражающее покрытия. Звукопоглощающее покрытие выполнено в виде, по меньшей мере, одного слоя сотового заполнителя. Звукоотражающее покрытие содержит, по меньшей мере, два слоя сотового заполнителя с перфорированной обшивкой размещенной между ними и с внешней, относительно распространяющегося шумового потока поверхности, и сплошной звуконепроницаемой обшивкой с нижней, обращенной внутрь к шумовому потоку, поверхности. Перфорированные обшивки выполнены в виде акустически прозрачного листа с перфорацией примерно 50%, обеспечивающие звукоотражающему покрытию импеданс только реактивной составляющей. Оба покрытия размещены в полости между стенкой корпуса и обечайкой мотогондолы на собственном непрерывном основании заподлицо с обечайкой. Техническим результатом является отстройка от шума, генерируемого самим устройством без потери эффективности снижения шума, генерируемого турбореактивным двигателем, снижение гидравлического сопротивления и упрощение конструкции без потери эффективности снижения шума.

Полезная модель относится к устройствам снижения шума турбореактивных двигателей.

Шум вентиляторов и турбин турбореактивных двигателей характеризуется присутствием широкополосной составляющей, возникающей из-за взаимодействия их лопаток с мелкомасштабной завихренностью потока, а также наличием интенсивных тональных составляющих на частотах, кратных частоте вращения рабочего колеса.

Среди известных устройств, предложенных для снижения шума, подавляющее большинство, например, патент РФ 2230208 от 05.06.2002 г., основаны на принципе поглощения распространяющегося по каналам звука, для чего на стенках каналов устанавливаются звукопоглощающие покрытия или облицовки.

Известно устройство для снижения шума вентилятора летательных аппаратов в виде байпасного канала с множеством перегородок из перфорированных пластин (патент США 6,439,840, 2002 г.). Перфорированные пластины неравномерно разнесены друг от друга, расширяются в осевом направлении, разделят основной поток и поглощают энергию вращающихся акустических мод. Известное решение снижает шум газотурбинного двигателя и шум самолета, особенно во время взлета.

Известны устройства для снижения шума, переносимого преимущественно азимутальными вращающимися модами, например, патент РФ 2282042 от 22.12.2004 г., основанные на ином принципе - принципе отражения звуковых волн. Конструктивно устройства содержат отражающие элементы в виде решетки пластин или сотового слоя, покрытого акустически прозрачным перфорированным листом. Они могут устанавливаться как непосредственно в канале, так и в кольцевых полостях, сообщающихся с каналом. Решетчатые и сотовые структуры, препятствуют вращению азимутальных вращающихся мод, так как представляют для них значительное акустическое сопротивление, приводящее к их отражению. Такие устройства можно характеризовать как «акустические барьеры».

Наиболее близким техническим решением является глушитель шума, содержащий устройство, отражающее часть звуковой энергии обратно к источнику звука и звукопоглощающую конструкцию в виде звукопоглощающей облицовки канала. Отражающее устройство, содержит кольцевой кожух, охватывающий канал с потоком, имеющим дозвуковую скорость течения, перед источником шума, например, перед вентилятором ТРД. В полости кожуха установлена кольцевая решетка профилей. Полость кольцевого кожуха отделена от полости канала перфорированным экраном со степенью перфорации не менее 25%. (заявка РФ 2008136469, опубл. 03.03. 2010 г.).

Шум турбореактивного двигателя, связанный с шумом генерируемым турбомашинами вообще, вентиляторами и турбинами в частности, распространяется по всасывающим и выхлопным каналам круглого и/или кольцевого сечения.

Основная масса шума турбореактивного двигателя связана с шумом. генерируемым турбомашинами вообще, вентиляторами и турбинами в частности, а также собственной генерацией шума глушителями шума. Снижению этой нежелательной дополнительной генерации шума служит экранирование кольцевой полости перфорированным экраном со степенью перфорации превышающим 25% из акустически прозрачного материала, которое мало эффективно для этой генерации шума.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности снижения шума турбореактивного двигателя.

Техническим результатом является отстройка от шума, генерируемого самим устройством без потери эффективности снижения шума, генерируемого турбореактивным двигателем.

Другим техническим результатом является снижение гидравлического сопротивления и упрощение конструкции без потери эффективности снижения шума.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для снижения шума турбореактивного двигателя, содержащем установленные в каналах мотогондолы последовательно от источника шума звукопоглощающее и звукоотражающее покрытия, звукопоглощающее покрытие выполнено в виде, по меньшей мере, одного слоя сотового заполнителя, звукоотражающее покрытие содержит, по меньшей мере, два слоя сотового заполнителя с перфорированной обшивкой размещенной между ними и с внешней, относительно распространяющегося шумового потока поверхности, и сплошной звуконепроницаемой обшивкой с нижней, обращенной внутрь к шумовому потоку, поверхности, причем перфорированные обшивки выполнены в виде акустически прозрачного листа с перфорацией примерно 50%, обеспечивающие звукоотражающему покрытию импеданс только реактивной составляющей, при этом оба покрытия размещены в полости между стенкой корпуса и обечайкой мотогондолы на собственном непрерывном основании заподлицо с обечайкой.

В дальнейшем полезная модель поясняется описанием и чертежами, на которых на фиг.1 приведена принципиальная схема устройства для снижения шума турбореактивного двигателя, согласно полезной модели, на фиг.2 показано звукоотражающее покрытие этого устройства.

Устройство для снижения шума турбореактивного двигателя содержит звукопоглощающее покрытие 1 и звукоотражающее покрытие 2, установленные последовательно от источника шума 7 в каналах мотогондолы турбореактивного двигателя (фиг.1).

Звукопоглощающее покрытие 1 выполнено в виде, по меньшей мере, одного слоя сотового заполнителя. Звукопоглощающее покрытие 1 расположено между источником шума 7 и звукоотражающим покрытием 2 и может покрывать стенку канала полностью или частично. Адмитансом (действительное сопротивление) звукопоглощающего покрытия приближен к оптимальному.

Звукоотражающее покрытие 2 (фиг.2), согласно полезной модели, содержит, по меньшей мере, два слоя 9 и 11 сотового заполнителя с перфорированной обшивкой 10, размещенной между ними. С внешней, относительно распространяющегося шумового потока, поверхности сотовый заполнитель покрыт перфорированной обшивкой 8, а с нижней, обращенной внутрь к шумовому потоку, поверхности, - сплошной звуконепроницаемой обшивкой 12.

Перфорированные обшивки 10 и 8 выполнены в виде акустически прозрачного листа с перфорацией примерно 50%.

Импеданс звукоотражающего покрытия имеет только реактивную составляющую.

Звукопоглощающее 1 и звукоотражаюшее покрытие 2 размещены в полости 3 между стенкой 4 и обечайкой 5 корпуса мотогондолы турбореактивного двигателя. Каждое покрытие размещено на собственном непрерывном основании 6 заподлицо с обечайкой 5.

Устройство работает следующим образом.

Излучаемый шум от источника звука 7 при его распространении по каналу сначала проходит через звукопоглощающее покрытие 1, где шум частично им поглощается. Оставшаяся после первичного поглощения часть шума проходит через звукоотражающее покрытие 2, где частично отражается, изменяет направление и движется в обратном направлении к источнику шума 7. При обратном движении отраженный шум вновь проходит через звукопоглощающее покрытие 1, где дополнительно им поглощается. Оставшийся шум, этот поток звуковой энергии, частично проходит внутрь источника звука 7, частично отражается от него, изменяет направление и процесс шумоглущения начинает новый цикл. При этом гидравлических потерь в этих устройствах практически не происходит

Звукоотражающее покрытие 2, согласно полезной модели, преобразует моды низкого порядка в хорошо затухающие моды высокого порядка и обеспечивает отражение распространяющего по каналам шума и снижение его турбулентности, а звукопоглощающее покрытие 1 образует участок канала, обеспечивающий поглощение распространяющегося шума. В результате, при установке в канале мотогондолы турбореактивного двигателя устройства для снижения шума, согласно полезной модели физический механизм снижения шума, используемый в заявляемом устройтсве, не делает различий между случаями распространения шума (звука) по потоку и против потока, например - в воздухозаборнике и наружном канале ТРДД. Поэтому устройство снижения шума, согласно полезной модели, может устанавливаться и снижать шум как во всасывающих, так и в выхлопных каналах турбомашин. Кроме этого, конструкция реактивного элемента, основанная на сотовом слое, значительно проще решетчатого глушителя прототипа и имеет меньшее гидравлическое сопротивление. В данной полезной модели отдается предпочтение именно такой конструкции реактивной части комбинированного глушителя.

Реактивные сотовые элементы более просты и технологичны как при изготовлении, так и при монтаже, образуют участок канала, обеспечивающий отражение распространяющего по каналам турбомашин шума и его снижение за счет уменьшения пристеночной турбулентности и преобразования мод низкого порядка в хорошо затухающие моды высокого порядка, а звукопоглощающая облицовка, полностью или частично покрывающая стенку канала, образует участок канала, обеспечивающий поглощение распространяющегося шума, что позволяет повысить эффективность снижения шума турбореактивного двигателя за счет отстройки от шума, генерируемого самим устройством, снизить гидравлическое сопротивление и упросить конструкцию без потери эффективности снижения шума, генерируемого турбореактивным двигателем.

Устройство может быть использовано в турбореактивных авиадвигателях для снижения шума, распространяющегося по аэродинамическим каналам турбореактивного двигателя, в частности, по каналам с потоком, имеющим дозвуковую скорость течения, например, шума вентилятора или турбины двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД).

Устройство для снижения шума турбореактивного двигателя, содержащее установленные в каналах мотогондолы звукопоглощающее и звукоотражающее покрытия, отличающееся тем, что звукопоглощающее покрытие выполнено в виде по меньшей мере одного слоя сотового заполнителя, звукоотражающее покрытие содержит по меньшей мере два слоя сотового заполнителя с перфорированной обшивкой, размещенной между ними и с внешней относительно распространяющегося шумового потока поверхности, и сплошной звуконепроницаемой обшивкой с нижней, обращенной внутрь к шумовому потоку, поверхности, причем перфорированные обшивки выполнены в виде акустически прозрачного листа с перфорацией примерно 50%, обеспечивающего звукоотражающему покрытию импеданс только реактивной составляющей.