DE69526615T2

DE69526615T2 - Wandaufbau für die Austrittsdüse eines Überschall-Strahltriebwerks

Info

Publication number: DE69526615T2
Application number: DE69526615T
Authority: DE
Inventors: Kimihiro Kishi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2015-08-24
Also published as: EP0702141B1; EP0702141A3; EP0702141A2; DE69526615D1; US5655361A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wandanordnung für eine Abgasdüse einer Überschall- Strahlturbine, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 7 zeigt eine Längsschnittansicht zur Darstellung eines Turbofan-Triebwerks, das ein typisches Beispiel einer Überschall-Strahlturbine ist. Die Strahlturbine besteht aus einer Vorderseite, einem Gebläse 101, einem Kompressor 102, einer Brennkammer 103 und einer Hochdruckturbine 104, einer Niederdruckturbine 105, einem Nachbrenner 106 und einer Abgasdüse 107. Ein Verbrennungsgas 106, das in der Brennkammer 103 erzeugt wurde, strömt in einer durch den Pfeil angedeuteten Richtung, um durch die Abgasdüse 107 in die Atmosphäre ausgestoßen zu werden.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht zur Darstellung der Abgasdüse 107 gemäß Fig. 7. In Fig. 8 ist eine Auskleidung 1, eine Düsenplatte 5, eine äußere Platte 15 der Abgasdüse 107, das Hochtemperatur-Verbrennungsgas 6, das mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse strömt, sowie eine Kühlungsluft 7, die zwischen der Auskleidung 1 und der Düsenplatte 5 strömt, um die Temperaturerhöhung der Auskleidung 1 zu verhindern, dargestellt. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist die herkömmliche Überschall- Strahlturbine mit keinem schallabsorbierenden Material versehen, das bei Hochtemperatur-Verbrennungsgas (welches auf einer Temperatur von etwa 2000ºC gehalten wird) verwendbar ist. Daher ist es unmöglich, die schalldämpfende Funktion zu erfüllen, um die Schall- oder Geräuscherzeugung in dem Abgasstrahlfluss zu verhindern.
Bei einer herkömmlichen Strahlturbine eines Unterschall- Flugzeugs wird ein Gebläsegas mit dem Abgas durch einen Strömungsmischer vermischt, um die Temperatur des Abgases zu senken, und eine Geräuschentwicklung wird durch Bereitstellen des schall- bzw. geräuschdämpfenden Materials am Mischer reduziert.
Eine Wandanordnung für eine Abgasdüse einer Überschall- Strahlturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, das heißt einer Düsenplatte und einer von dieser beabstandeten Auskleidung und in der Auskleidung vorgesehenen Löchern zum Passierenlassen von Kühlungsluft durch diese sowie einer Bienenwabenstruktur, die von der Düsenplatte beabstandet ist, ist in der US-4 747 543 A beschrieben. Diese Bezugsschrift erwähnt nicht das Problem der Geräuschverringerung in diesem Bauteil der Überschall- Strahlturbine.
Die US-5 184 455 A ist auf die Augmentor-Auskleidung (augmentor liner) einer Flugzeugverbrennungskammer gerichtet und lehrt das Bonden eines aus Keramikfasern gewobenen Stoffs an eine Trägerstruktur. Die Absorption der Kreisch- Schallwellen, das heißt durch eine intensive Verbrennung induzierte hochfrequente Druckschwingungen, die in dem Augmentor unter bestimmten Bedingungen erzeugt werden, wird durch ineinander verschlungene, fibröse Keramikfasern dieses Stoffs erreicht.
Die GB-1 373 063 A ist auf die Struktur isolierter schalldämpfender Platten gerichtet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wandanordnung für eine Abgasdüse einer Überschall- Strahlturbine bereitzustellen, die bei hoher Temperatur arbeiten kann und zusätzlich zum Kühlungsaspekt für eine Schallreduktion in diesem Bauteil sorgen kann.

Abriss der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wandanordnung für eine Abgasdüse einer Überschall-Strahlturbine bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Anspruch 2 definiert.
Bei einer Überschall-Strahlturbine, welche die Bienenwabenstruktur verwendet, sind Löcher in der Auskleidung ausgebildet, um auf einer Rückseite der Abgasdüse Kühlungsluft einzuleiten, welche in die Bienenwabenstruktur durch poröse Löcher der porösen Platte strömt und auf die Auskleidungsoberfläche auftrifft. Die schallabsorbierende Wandanordnung für eine Überschall-Strahlturbine der vorliegenden Erfindung weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Bei dieser schallabsorbierenden Wandanordnung ist das schallabsorbierende Element, das aus der porösen Platte und der Bienenwabenstruktur hergestellt ist, zwischen der Düsenplatte und der Auskleidung vorgesehen, und die Kühlungsluft wird dazu gebracht, entlang der Innenseite der Düsenplatte und des absorbierenden Elements zu strömen und auf die Auskleidung für die Beaufschlagungskühlung aufzutreffen, oder die Auskleidungsoberfläche wird durch eine Schichtkühlung gekühlt, während Kühlungsluft von den in der Auskleidung gebildeten Löchern strömt, wodurch die poröse Platte, die Bienenwabenstruktur und/oder die Auskleidung als schalldämpfendes Material wirken.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1(a) eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schalldämpfenden Wandanordnung, und Fig. 1(b) eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schalldämpfenden Wandanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2(a) eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schalldämpfenden Vorrichtung, und Fig. 2(b) eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schalldämpfenden Vorrichtung,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer weiteren schalldämpfenden Vorrichtung,
Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer noch anderen schalldämpfenden Vorrichtung,
Fig. 5 eine Längsschnittansicht einer weiteren schalldämpfenden Vorrichtung,
Fig. 6 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer noch anderen schalldämpfenden Vorrichtung,
Fig. 7 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer typischen Überschall-Strahlturbine, und
Fig. 8 eine vergrößerte Längsschnittansicht zur Darstellung einer Abgasdüse gemäß Fig. 7.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1(a) und 1(b) sind Ansichten zur Darstellung einer schalldämpfenden Wandanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1(a) ist eine Längsschnittansicht hiervon, und Fig. 1(b) ist eine perspektivische Ansicht hiervon. In diesen Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 5 eine Düsenplatte, die Bezugsziffer 1 eine Auskleidung, die Bezugsziffer 4 eine poröse Platte, die Bezugsziffer 2 eine Bienenwabenstruktur, die zwischen der Auskleidung 1 und der porösen Platte 4 ausgebildet ist, die Bezugsziffer 10 bezeichnet Löcher der porösen Platte 4, die Bezugsziffer 11 bezeichnet in der Auskleidung 1 ausgebildete Schräglöcher, die Bezugsziffer 6 bezeichnet ein Verbrennungsgas, die Bezugsziffer 7 bezeichnet Kühlungsluft, die Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Beaufschlagungsluft, welche durch die Löcher 10 der porösen Platte 4 in die Bienenwabenstruktur 2 einströmt, um auf die Auskleidung 1 aufzutreffen, und die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine Luftschicht, welche von den Löchern der Bienenwabenstruktur 2 durch die Löcher 11 der Auskleidung 1 einschießt, um als Luftschicht auf einer dem Verbrennungsgas ausgesetzten Oberfläche der Auskleidung 1 zu dienen.
Die schallabsorbierende Wandanordnung gemäß dieser Ausführungsform besteht aus der Auskleidung 1, der Bienenwabenstruktur 2 und der porösen Platte 4. Die schallabsorbierende Struktur wird in Kombination mit der Düsenplatte 5 zum Absorbieren des von dem Verbrennungsgas erzeugten Strahlgeräuschs und zur Reduzierung des Geräuschpegels verwendet.
Die Kühlung der schallabsorbierenden Wandanordnung wird wie folgt ausgeführt. Die Kühlungsluft 7 wird zwischen der Düsenplatte 5 und der porösen Platte 4 zu strömen gelassen, um die Düsenplatte 5 abzukühlen, und gleichzeitig wird die 7 Beaufschlagungsluft 8 auf die Auskleidung 1 von den Löchern 10 der porösen Platte 4 auftreffen gelassen. Zusätzlich wird die Schichtluft 9 von den in der Auskleidung 1 ausgebildeten Löchern 11 aus auf das Verbrennungsgas 6 geblasen, wodurch die Auskleidung von der Innenseite her abgekühlt wird.
Fig. 2(a) und 2(b) sind Ansichten zur Darstellung eines weiteren Beispiels einer schallabsorbierenden Vorrichtung. Fig. 2(a) ist eine Längsschnittansicht hiervon und Fig. 2(b) ist eine perspektivische Ansicht hiervon. In dieser Ausführungsform wird anstelle der Bienenwabenstruktur 2 der ersten Ausführungsform ein torischer Kern 3 verwendet. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet Löcher des torischen Kerns 3. Der Rest des Aufbaus ist der gleiche wie der ersten Ausführungsform. Die schallabsorbierende Wirkung und die Kühlwirkung sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Da die torische Struktur in diesem Beispiel verwendet wird, ist sie gegenüber der ersten Ausführungsform in der Vollziehbarkeit einer Verformung bei Wärmedehnung überlegen.
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schallabsorbierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel. Bei diesem Beispiel werden die in der Auskleidung 1 in der ersten Ausführungsform ausgebildeten Löcher 11 weggelassen. Die Bezugsziffer 12 bezeichnet einen Luftdurchgang, der mit dem Inneren der Bienenwabenstruktur 2 in Verbindung steht. In diesem Beispiel besteht keine Luftschicht-Kühlungswirkung auf der Seite der Auskleidung 1, die dem Verbrennungsgas 6 ausgesetzt ist. In diesem Beispiel wird die Kühlungsluft veranlasst, zur Rückseite entlang der Oberfläche der Auskleidung 1 auf der Bienenwabenstrukturseite durch den in der Bienenwabenstruktur 2 vorgesehenen Durchgang 12 zu strömen. Eine Oberfläche der Auskleidung 1 wird nur durch die Zwangskonvektion und die Beaufschlagungsluft 8 gekühlt. Da es in diesem Beispiel nicht nötig ist, die Einarbeitung der Löcher 11 in die Auskleidung 1 durchzuführen, können die Kosten hierfür eingespart werden. Da übrigens der Luftströmungsdurchgang 12 in der Bienenwabenstruktur 2 vorgesehen ist, ist der schallabsorbierende Effekt etwas geringer als bei der ersten Ausführungsform.
Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schallabsorbierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel. In diesem Beispiel sind die in der Auskleidung 1 ausgebildeten Löcher 11 des obigen Beispiels weggelassen. In diesem Beispiel wird auch die Kühlungsluft veranlasst, entlang der einseitigen Oberfläche der Auskleidung 1 auf die gleiche Art und Weise wie bei der dritten Ausführungsform zu strömen. Damit wird die Auskleidung 1 durch diese Zwangskonvektion und die Beaufschlagungsluft 8 gekühlt. Die für die Löcher der Auskleidung 1 erforderlichen Bearbeitungskosten können eingespart werden. Die schallabsorbierende Wirkung ist im Wesentlichen die gleiche wie bei dem obigen Beispiel.
Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schallabsorbierenden Vorrichtung gemäß einem noch anderen Beispiel. In diesem Beispiel ist eine poröse Platte 4 zusätzlich zwischen der Auskleidung 1 und der Bienenwabenstruktur 2 vorgesehen, so dass die Beaufschlagungsluft 8 veranlasst wird, von den in der porösen Platte 4 auf der Auskleidungsseite 1 gebildeten Löchern 13 aus auf die Auskleidung 1 aufzutreffen, und gleichzeitig von den Löchern 11 der Auskleidung 1 zum Verbrennungsgas 6 hin geblasen zu werden, um dadurch die Auskleidung 1 mit der Luftschicht 9 zu kühlen.
In diesem Beispiel ist die Bienenwabenstruktur unabhängig, so dass eine Höhe der Bienenwabenstruktur je nach Wunsch eingestellt werden kann, wodurch es möglich ist, eine hohe Kühlwirkung beizubehalten, während der schallabsorbierende Effekt weiter verstärkt wird. Da die Bienenwabenstruktur 2 und die Auskleidung 1 voneinander getrennt sind, ist die Nachvollziehbarkeit der Verformung bei der Wärmedehnung noch besser als bei der ersten Ausführungsform. Der Kühlungseffekt dieses Beispiels ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform.
Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer schallabsorbierenden Vorrichtung gemäß einem noch anderen Beispiel. In diesem Beispiel ist eine poröse Platte 4 zusätzlich zwischen der Auskleidung 1 und dem ringförmigen Kern 3 vorgesehen, so dass der ringförmige Kern 3 unabhängig von der Auskleidung 1 ist. Die Beaufschlagungsluft 8 wird veranlasst, durch die Löcher 13 von dem ringförmigen Kern 3 auf die Auskleidung 1 aufzutreffen, und die Luftschicht 9 wird durch die Löcher 11 der Verkleidung 1 ausgeblasen. Der Vorteil und die Wirkung dieses Beispiels ist im Wesentlichen der gleiche wie bei dem vorangehenden Beispiel.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei der schallabsorbierenden Wandanordnung für die Überschall- Strahlturbine gemäß der vorliegenden Erfindung das schallabsorbierende Element, das aus der porösen Platte und der Bienenwabenstruktur besteht, zwischen der Düsenplatte und der Auskleidung vorgesehen, die Kühlungsluft wird veranlasst, entlang der Innenfläche der Düsenplatte zu strömen, die Kühlungsluft wird veranlasst, durch die Löcher der porösen Platte auf die Auskleidung aufzutreffen, und ferner können eine Anzahl von nach hinten gerichteten abgeschrägten Löchern in der Auskleidung ausgebildet sein, so dass die Kühlungsluft, die auf die Auskleidung aufgetroffen ist, durch die Löcher zur Kühlung eingeleitet wird. Dem gemäß ist es möglich, die Wandanordnung bei einer hohen Temperatur zu verwenden und auch den durch den Strahl erzeugten Lärm zu reduzieren. Außerdem wird das schallabsorbierende Material durch Verwendung der Kühlungsluft, die der Abgasdüse zugeführt wurde, abgekühlt, wodurch der Aufbau der schallabsorbierenden Wandanordnung vereinfacht und deren Gewicht reduziert wird.

Claims

1. Wandanordnung für eine Abgasdüse einer Überschall- Strahlturbine mit:

einer Düsenplatte (5);

einer von der Düsenplatte (5) beabstandeten Auskleidung (1), wobei die Auskleidung (1) eine erste Oberfläche, eine heißen Verbrennungsgasen ausgesetzte zweite Oberfläche und mehrere sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckende Löcher (11) aufweist, und

einer Bienenwabenstruktur (2), die von der Düsenplatte (5) beabstandet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bienenwabenstruktur (2) eine der Düsenplatte (5) gegenüberliegende erste Seite sowie eine direkt auf der ersten Oberfläche der Auskleidung (1) gelegene zweite Seite aufweist, und

eine poröse Platte (4) an der ersten Seite der Bienenwabenstruktur (2) angebracht ist, wobei die poröse Platte (4) und die Düsenplatte (5) einen Kühlungsluft- Strömungsdurchgang derart festlegen, dass Kühlungsluft von dem Kühlungsluft-Strömungsdurchgang durch die poröse Platte (4) in die Bienenwabenstruktur (2) einströmen und auf die erste Auskleidungs-Oberfläche auftreffen kann.

2. Wandanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Löcher (11) in der Auskleidung (1) in der Strömungsrichtung des heißen Verbrennungsgases so abgewinkelt sind, dass sich eine Kühlungsluftschicht entlang der zweiten Oberfläche der Auskleidung (1) bildet.