本發(fā)明涉及一種用于尤其是飛行器的渦輪發(fā)動機的熱交換和降噪的板。

背景技術：

渦輪發(fā)動機例如旁通式渦輪噴氣發(fā)動機通常包括具有風扇的進氣口，在進氣口的出口的空氣流被分成進入發(fā)動機并形成熱流或初級流的空氣流和圍繞發(fā)動機流動并形成冷流或者次級流的空氣流。

發(fā)動機通常在氣體流的方向上從上游到下游包括至少一個壓縮機、燃燒室、至少一個渦輪和排氣噴管，在所述排氣噴管中，離開渦輪并形成初級流的燃燒氣體與次級流混合。

渦輪發(fā)動機的風扇由風扇殼環(huán)繞，所述風扇殼被集成在渦輪發(fā)動機的短艙中。已知的是，使所述殼的內表面與吸音板排成一行以便限制由風扇產生的噪音的傳播。

殼也可以設有表面空氣冷卻式油冷卻器(SACOC)。這種熱交換器包括意在被次級空氣流掃過并且其上設置有散熱片的外表面、和至少一個在外表面下面延伸的油循環(huán)室。外表面意在排放由油產生的熱能。根據(jù)發(fā)動機的設計，必須被消散的來自油的熱能的量可能是非常大量的，油可能達到大約160℃的溫度。

一些渦輪發(fā)動機的短艙具有相對短的縱向尺寸。因此，幾乎沒有空間用于安裝設備尤其是熱交換器和用于衰減來自風扇的噪音的吸音板。

因此，設備的尺寸和集成度成為重要的問題，尤其是關于熱交換器和吸音板在次級流的流動路徑中的安裝。

US-B1-8,544,531已經(jīng)提出了空氣/油交換器的功能和聲學處理的功能被并入同一件設備中，以便在單個安裝空間中的兩個需求之間不再有任何競爭。

本發(fā)明對該技術提出了改進，該改進使得尤其能夠優(yōu)化在單個安裝空間中空氣/油熱交換的功能和聲學處理的功能的設計和布置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種用于尤其是飛行器的渦輪發(fā)動機的熱交換和降噪的板，所述板包括：

-外表面，所述外表面意在被空氣流掃過并且散熱片從外表面在第一預定的主要方向和第二預定的主要方向上延伸，所述第一預定的主要方向和所述第二預定的主要方向優(yōu)選地基本上是正交的，

-凹槽，所述凹槽形成亥姆霍茲諧振器并且被連接至氣路通道的第一端，氣路通道的第二端與所述空氣流連通，使得所述通道形成所述亥姆霍茲諧振器的、基本上在散熱片的第一方向上延伸的頸部，

-至少一個油循環(huán)室，所述油循環(huán)室在所述外表面和所述至少一個凹槽之間延伸并且意在排放由油產生的熱能，

由所述外表面、所述至少一個凹槽和所述至少一個室組成的堆疊基本上在第一預定的方向上延伸，

其特征在于，所述通道至少部分地形成在所述散熱片的內部。

在本申請中，亥姆霍茲諧振器被理解為表示包括通常小的頸部的聲學系統(tǒng)，該通常小的頸部被連接至能夠產生共振的較大凹槽。該頸部確保聲波被衰減和確保凹槽是連通的。一旦系統(tǒng)被優(yōu)化，則頸部提供熱粘性(visco-thermal)消散(經(jīng)過頸部的聲波的快速和交替的運動通過摩擦來消散聲能)。頻率調諧也就是允許達到用于待被衰減的頻率的這些最高速度的優(yōu)化，主要通過共振凹槽的體積即共振凹槽的尺寸尤其是共振凹槽的高度來執(zhí)行。應當注意，由于熱環(huán)境，為了適當?shù)貎?yōu)化系統(tǒng)，可以把當?shù)氐臏囟瓤紤]進去。

本發(fā)明因此提出了前面提到的空氣/油熱交換器的功能和前面提到的聲學處理的功能以板的形式被并入同一件設備中。此外，對于給定的調諧頻率，由于通道顯著延長，本發(fā)明使得減小諧振器的空氣凹槽的尺寸成為可能。在聲學方面，為了優(yōu)化在給定頻率處的系統(tǒng)的操作，使諧振器的頸部(通道)延長可能增加運動的空氣的量，并因此彌補共振凹槽的低容量。此外，減小共振凹槽的容量對設備有積極的影響。事實上，減小設備的整體尺寸或增大油室的體積是可行的，以便因此減小由油室中的通道產生的壓力損失。

根據(jù)本發(fā)明的板還可包括一個或一個以上的下述特征，下述特征以單獨的或者彼此組合的方式被采用：

-散熱片相對于外表面基本上是正交的或傾斜的，

-所述通道通向散熱片的壁以形成用于排出來自所述空氣流的空氣的開口，

-多個通道穿過每個散熱片，

-通道具有基本上矩形的、圓形的或橢圓形的截面，

-板具有彎曲的總體形狀并且被設計成形成例如用于渦輪發(fā)動機短艙的環(huán)形熱交換和降噪套管的一部分，

-通道具有恒定的截面或者朝向所述凹槽張開的總體形狀，

-所述凹槽中的至少一些彼此連通，和

-所述第一方向基本上與所述外表面正交或者相對于所述外表面傾斜。

本發(fā)明還涉及尤其是飛行器的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述發(fā)動機包括至少一個如上文所述的板。

附圖說明

通過閱讀下面以非限制性示例的方式給出并且參照附圖的說明，將會更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中：

-圖1為根據(jù)本發(fā)明的熱交換和降噪的板的非常示意性的透視圖，

-圖2為沿著圖1中的線II-II的透視橫截面，

-圖3為沿著圖1中的線III-III的橫截面，

-圖4為沿著圖1中的線IV-IV的橫截面，

-圖5為圖1的板的平面圖，

-圖6至9為類似圖4的視圖，示出了本發(fā)明的其他變形，和

-圖10和11為類似圖5的視圖，示出了本發(fā)明的進一步的變形。

具體實施方式

首先參照圖1至5，圖1至5示出了用于飛行器的渦輪發(fā)動機的、根據(jù)本發(fā)明的熱交換和降噪的板10的實施例。

在以下描述中，術語例如“下部”、“之下”、“在...上”、“之上”、“上”、“下”等等可相對于附圖的定向被理解。類似地，尺寸是根據(jù)附圖的這種定向給出的。因此，“高度”是指垂直延伸或者從底部延伸到頂部(或從頂部延伸到底部)的尺寸，而“厚度”、“長度”和“寬度”、或者甚至“距離”可以理解為表示在基本上水平的平面中測量的尺寸。

板10基本上包括三部分或者疊加層，即：

-外部部分12，所述外部部分12意在被暴露至冷卻空氣流，例如渦輪發(fā)動機的次級空氣流，

-中間部分14，所述中間部分14具有用于使待被冷卻的油循環(huán)的腔室16，和

-內部部分18，所述內部部分18具有空氣凹槽20。

部分12和14形成SACOC表面熱交換器，而部分12、14和18形成具有亥姆霍茲諧振器的吸音板。

外部部分12包括外表面22，所述外表面22意在被空氣流24掃過并且散熱片26被設置在外表面22上。散熱片26從表面24沿著在本實例中為垂直方向的第一主要方向和在本實例中為水平方向的第二主要方向延伸。第一方向和第二方向基本上是正交的。與第一方向和第二方向正交的水平方向被定義為第三方向。散熱片26之間的空氣流意在尤其是增加用于與空氣進行熱交換的表面的表面面積。在所示的示例中，散熱片26優(yōu)選地是直線式的、平行的和獨立的，即，它們互不連接。然而，其他布置是可能的，如將在下文所解釋的。在所示的示例中，外表面22被示出為在A表示的區(qū)域或表面中具有基本上方形或矩形的形狀。雖然表面22在附圖中被示為是平坦的，但所述表面也可以具有彎曲的形狀，尤其是在板10被彎曲成使得安裝在例如渦輪發(fā)動機的環(huán)形殼中更容易的情況下。具有彎曲的總體形狀的板10被設計成形成例如用于渦輪發(fā)動機短艙的環(huán)形熱交換和降噪套管的一部分。

散熱片26在第二水平方向上基本上延伸覆蓋表面22的整個長度或縱向方向。散熱片的數(shù)量以已知的方式限定，具體地根據(jù)要滿足的交換條件限定。

油循環(huán)室16在外表面22的下方延伸基本上覆蓋外表面22的整個范圍。所述室被連接至在附圖中未被示出的油入口和油出口。油在該室中的流動方向和流動方位與空氣在表面22上的流動方向/流動方位(箭頭28)可以相同或者可以不同。

在第三部分18中的空氣凹槽20被定位在油室16的下方。所述凹槽優(yōu)選地被勻稱地分布并且基本上相同。所述凹槽在基本上平行于表面22的相同平面中并排延伸。所述凹槽20被連接至氣路通道30的下部縱向端，氣路通道30的上部縱向端形成用于與待被衰減的聲源連通的開口32。由通道30和凹槽20形成的組件形成亥姆霍茲諧振器，通道形成頸部，且凹槽形成諧振器的共振凹槽。至少一些凹槽20可彼此連通，如圖7和8中所示的。

本發(fā)明提出了一種由于通道30的至少一部分形成在散熱片26的內部而具有減小尺寸的板。如在所示的示例中看到的，通道30以基本上直線的或者垂直的方式定向并且包括延伸到油室16中的下部部分和延伸到散熱片26中的上部部分。此外，在示出的特定的實例中，通道30的上端通向散熱片的壁，尤其是在散熱片26的頂部或上部自由端上開口并且形成前面提到的連通開口32。在圖2中，多個通道30穿過每個散熱片26。

通道30優(yōu)選地按照矩陣分布。因此，通道30按照行和列被分布在油室26中。在所示的示例中，每個散熱片26包括一行開口32。

根據(jù)本發(fā)明的板10可以具有以下尺寸，所示尺寸被優(yōu)化成盡最大可能地衰減渦輪發(fā)動機的聲頻即在400和2,000Hz之間的頻率。

-散熱片26具有在0.5和2mm之間的厚度e(即，在第三方向上的尺寸)并且通過在1和5mm之間的距離a(在第三方向上)彼此間隔，

-油室16具有在1和10mm之間的高度c(在第一垂直的方向上)，

-通道30具有在1和2mm之間的平均直徑d，

-凹槽20具有在5和150mm之間的高度f(在第一垂直的方向上)，和

-所述外表面的穿孔水平σ在5％和10％之間。該穿孔水平等于開口32的累積的橫截面(n.π.(d/2)²，n為開口32或通道30的數(shù)量)與諧振器的表面的面積A之比，面積A被視為基本上等于外表面22的面積。外表面的表面面積與諧振器的表面面積之間的差可以忽略。諧振器通過相對于外表面的表面面積減小諧振器的表面面積的壁隔開。然而，在第一近似值，這兩個表面面積相等。

“平均尺寸”被理解為表示當所述通道為圓柱形時通道的尺寸，當所述通道具有非恒定的圓形橫截面時且當所述通道例如向外張開或者是截頭圓錐形時通道的直徑的平均值，當所述通道不是圓形的并且為例如矩形時圓形橫截面的直徑等于通道的橫截面。

亥姆霍茲諧振器的調諧頻率可利用以下公式估算：

其中，C：聲音的速度(m/s)

S：頸部的橫截面(m²)

V：諧振器的體積(m³)

l’：校正的頸部長度(m)或l’＝l+δ

其中，l：幾何頸部長度(m)

δ：頸部校正

r：開口的半徑(m)

σ：穿孔水平

在該公式中，頸部的橫截面S是前面提到的開口32的橫截面，諧振器的體積V為一個凹槽20的體積，頸部的長度l或l'基本上等同于油室16的厚度c和散熱片26的高度b的總和。

有利地是：

-散熱片26具有在10和25mm之間的高度b(在第一垂直的方向上)，和

-在同一行中的開口32通過在1.57和31.42mm之間的距離g(在第二方向上)彼此間隔。兩個相鄰行的開口之間的間隔等同于兩個相鄰散熱片26之間的間隔a(在第三方向上)。

通道30具有縱向軸，所述縱向軸基本上垂直于所述外表面22或者相對于所述外表面22傾斜。所述通道具有圓柱形的縱向總體形狀，所述圓柱形的縱向總體形狀在圖1至5中示出的示例中具有恒定的或平行六面體橫截面。所述通道可以具有不同的形狀、例如截頭圓錐形或者如圖6所示的朝向凹槽20張開的形狀。圖6中的通道30’具有入口橫截面、即在通道30通過開口32通向表面22的開口32處測量的橫截面，該橫截面小于相對的被稱為出口橫截面的橫截面。通道30具有基本上矩形的、圓形的或橢圓形的橫截面。這使得尤其是限制由通道30'的長度即由油室16的高度產生的衰減的頻帶寬度減小成為可能。

此外，如圖7和8所示的，氣道40可以被設置在共振凹槽20之間，以便優(yōu)化共振凹槽20之間的熱交換，但是會損害聲學性能。這種選擇也使得克服與限定凹槽20的隔板的擴展相關的問題成為可能。這些氣道可以被定位在凹槽的上端的區(qū)域中(圖7)或者定位在凹槽的下端的區(qū)域中(圖8)。

圖8至10示出了其他布置變形，通過與直線式的、平行的和獨立的散熱片的性能相比，其他布置變形的性能稍微不那么令人滿意。在圖8的變形中，散熱片彼此不再獨立，而是相反，成對地相互連接。每個散熱片26’的上端通過材料橋42連接至相鄰的散熱片26’的上端。在圖9的變形中，散熱片26”是直線式的但不是嚴格平行的。在圖10的變形中，散熱片26”具有波狀的(非直線式的)總體形狀并且大部分在第二延伸方向上是平行的。

本發(fā)明針對實際需要提供了一種解決方案，該解決方案用于尋求一種用于使空氣/油換熱器的功能和聲學處理的功能并入同一件設備中的裝置，以便在單個安裝空間中的兩個需求之間不再有任何競爭。

雖然本發(fā)明在以上說明中具體涉及飛行器渦輪發(fā)動機，但是本發(fā)明也涉及任何種類的渦輪發(fā)動機。