Sistemas y métodos para dirigir de forma pasiva los flujos de tobera de motor de un avión.

Sistema de avión, que comprende:

una tobera (220) de avión que puede unirse a un motor turbofán (210) de avión,

incluyendo la tobera:una primera pared (221) de trayectoria de flujo que define una primera trayectoria (222) de flujo y estácolocada para recibir productos de escape del motor;

una segunda pared (223) de trayectoria de flujo que define una segunda trayectoria (224) de flujo y estácolocada para recibir aire secundario del motor, estando colocada la primera pared de trayectoria de flujoentre la primera y la segunda trayectorias de flujo, estando colocada la segunda pared de trayectoria de flujoentre la segunda trayectoria de flujo y una trayectoria de flujo de aire ambiente; y

múltiples pasos (228, 240) de flujo colocados al menos en la primera o la segunda pared de trayectoria deflujo, estando dispuestos los pasos de flujo para dirigir de forma pasiva gas de una trayectoria de flujocorrespondiente en el interior de la pared de trayectoria de flujo a través de la pared de trayectoria de flujo auna trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoria de flujo, teniendo lospasos (240) de flujo adyacentes en la segunda pared de trayectoria de flujo aberturas (242) de salidaadyacentes que se extienden circunferencialmente y separadas circunferencialmente entre sí, colocadas paraformar una interfaz con la trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoriade flujo, caracterizado porque pares adyacentes de aberturas de salida de pasos de flujo adyacentes tienenformas simétricas y están inclinadas un ángulo una hacia la otra en la dirección axial de la tobera, de modoque los flujos correspondientes que pasan a través de los pasos de flujo adyacentes son dirigidos uno hacia elotro para simular un elemento mecánico en forma de V.

Sistemas y métodos para dirigir de forma pasiva los flujos de tobera de motor de un avión.

La presente descripción se refiere a sistemas y métodos para dirigir de forma pasiva flujos de tobera de motor. En realizaciones específicas, el flujo permite simular aerodinámicamente el efecto de elementos en forma de V de toberas y/o permite modificar el área de salida eficaz de la tobera.

Los fabricantes de aviones se encuentran bajo presión continua para reducir el ruido producido por un avión, a efectos de satisfacer las normas de certificación sobre ruido cada vez más rigurosas. Los motores de avión constituyen una contribución principal al ruido general producido por los aviones. En consecuencia, de forma específica, los motores de avión han sido el objetivo de los esfuerzos de los fabricantes en la reducción del ruido. Los motores de avión se han fabricado significativamente más silenciosos gracias a motores avanzados con un índice de derivación elevado. Estos motores derivan una parte significativa de su empuje total no directamente al escape del reactor, sino al aire secundario que es impulsado alrededor del núcleo del motor por un ventilador montado en la parte anterior y accionado por el motor. No obstante, aunque esta realización ha reducido significativamente el ruido de los aviones en comparación con los motores de turborreactor puros y los motores con un índice de derivación reducido, las regulaciones federales sobre motores y aviones siguen requiriendo una reducción adicional del ruido del motor.

Una realización para la reducción del ruido del motor consiste en aumentar la cantidad de mezcla entre los gases de alta velocidad que salen del motor y la corriente de aire libre circundante. La Figura 1 muestra una tobera 20 que tiene unos “elementos en forma de V” que están diseñados para producir este efecto. De forma general, los elementos en forma de V incluyen varios tipos de dentados en el borde de la tobera, de forma típica, con una forma triangular y que presentan cierta curvatura en la sección transversal longitudinal, lo que los introduce ligeramente en el flujo adyacente. El elemento en forma de V puede extenderse hacia dentro o hacia fuera una distancia que depende del espesor de la capa límite situada corriente arriba en la superficie interior o exterior, respectivamente. De forma general, la forma en planta del elemento en forma de V puede ser alternativamente trapezoidal o rectangular. La tobera 20 incluye un conducto 22 de flujo central a través del que es dirigido el flujo del núcleo del motor y un conducto 24 de flujo de ventilador dispuesto de forma anular alrededor del conducto 22 de flujo central a través del que pasa el aire del ventilador. El orificio de salida del conducto 24 de flujo de ventilador puede incluir elementos 19 en forma de V de flujo de ventilador y el orificio de salida del conducto 22 de flujo central puede incluir elementos 18 en forma de V de flujo central. De forma típica, los elementos en forma de V reducen ruidos de baja frecuencia aumentando la velocidad a la que las corrientes de flujo del motor se mezclan con la corriente de aire libre circundante en la escala de longitud del diámetro de la tobera. Aunque esta realización ha dado como resultado una reducción de ruido en comparación con toberas que no incluyen elementos en forma de V, es deseable una reducción de ruido adicional para cumplir los estándares de ruido de la comunidad.

WO 2005/021934 se refiere a una tobera de escape que tiene un conducto exterior que rodea un conducto interior, incluyendo el conducto interior una salida principal y una fila de orificios separados corriente arriba con respecto a la misma. El conducto exterior incluye una salida auxiliar en un extremo posterior del mismo.

La invención se describe en las reivindicaciones independientes. Las características preferidas u opcionales se describen en las reivindicaciones dependientes.

El siguiente resumen se describe solamente para el lector y no se pretende que sea limitativo en ningún modo de la invención descrita en las reivindicaciones. Los aspectos específicos de la descripción se refieren a sistemas y métodos para dirigir de forma pasiva el flujo de una tobera de motor. Un sistema según una realización incluye una tobera de avión que puede unirse a un motor turbofán (también conocido como turbosoplante o turboventilador o turborreactor de doble flujo) de avión, incluyendo la tobera una primera pared de trayectoria de flujo que define una primera trayectoria de flujo y una segunda pared de trayectoria de flujo que define una segunda trayectoria de flujo. La primera trayectoria de flujo está colocada para recibir productos de escape del motor y la segunda trayectoria de flujo está colocada para recibir aire secundario del motor. La primera pared de trayectoria de flujo está colocada entre la primera y la segunda trayectorias de flujo y la segunda pared de trayectoria de flujo está colocada entre la segunda trayectoria de flujo y una trayectoria de flujo de aire ambiente. Múltiples pasos de flujo están colocados al menos en la primera o la segunda pared de trayectoria de flujo. Los pasos de flujo están colocados para dirigir de forma pasiva gas de una trayectoria de flujo correspondiente en el interior de la pared de trayectoria de flujo a través de la pared de trayectoria de flujo a una trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoria de flujo. Los pasos de flujo adyacentes tienen aberturas de salida que se extienden circunferencialmente y separadas circunferencialmente entre sí, colocadas en una interfaz con la trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoria de flujo.

En otros aspectos específicos, es posible que las aberturas de salida individuales tengan un dispositivo de cierre correspondiente y que el sistema incluya además un dispositivo de accionamiento conectado funcionalmente al dispositivo de cierre para abrir y cerrar las aberturas de salida. En otras realizaciones específicas adicionales, la

trayectoria de flujo correspondiente en el interior de la pared de trayectoria de flujo finaliza en un borde posterior que no incluye salientes que se extienden posteriormente (p. ej., elementos en forma de V) . En otro aspecto adicional, los pasos de flujo individuales no incluyen un dispositivo que añade energía al flujo que pasa a través del paso.

Otros aspectos de la descripción se refieren a métodos de funcionamiento de un motor de avión. Tal método incluye dirigir productos de gas de escape de un motor turbofán de avión a lo largo de la primera trayectoria de flujo de una tobera de motor correspondiente y dirigir aire secundario alrededor del motor y a lo largo de una segunda trayectoria de flujo de la tobera del motor. El método puede incluir además dirigir de forma pasiva gas (a) de la primera trayectoria de flujo a la segunda trayectoria de flujo en posiciones circunferenciales intermitentes, (b) de la segunda trayectoria de flujo a una corriente de aire ambiente en posiciones circunferenciales intermitentes, o (c) (a) y (b) .

En otros aspectos, el método puede incluir dirigir de forma pasiva el gas a través de aberturas de salida separadas circunferencialmente entre sí situadas en una interfaz con la corriente de aire ambiente. El método puede incluir además cerrar de forma selectiva las aberturas de salida en la interfaz para reducir el área de salida eficaz para el aire secundario y reabrir de forma selectiva las aberturas de salida de manera que exista una correspondencia con el empuje producido por el motor y las condiciones ambientales.

Estos y otros aspectos de la invención resultarán evidentes para un experto en la técnica mediante la lectura de la siguiente descripción de realizaciones, en combinación con los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 muestra esquemáticamente una tobera configurada según la técnica anterior; la Figura 2 muestra un avión que tiene unas toberas configuradas según una realización de la invención; la Figura 3 es una ilustración simplificada esquemática, en sección, de un motor y una tobera con pasos de flujo colocados según realizaciones de la invención; la Figura 4A es una vista en alzado lateral de una tobera de motor que tiene pasos de flujo colocados entre una corriente de flujo secundario y una corriente de flujo ambiente según una realización de la invención; la Figura 4B es una vista extrema de la tobera mostrada en la Figura 4A; la Figura 5 es una ilustración esquemática, en sección, de un paso de... [Seguir leyendo]

1. Sistema de avión, que comprende:

una tobera (220) de avión que puede unirse a un motor turbofán (210) de avión, incluyendo la tobera: una primera pared (221) de trayectoria de flujo que define una primera trayectoria (222) de flujo y está colocada para recibir productos de escape del motor; una segunda pared (223) de trayectoria de flujo que define una segunda trayectoria (224) de flujo y está colocada para recibir aire secundario del motor, estando colocada la primera pared de trayectoria de flujo entre la primera y la segunda trayectorias de flujo, estando colocada la segunda pared de trayectoria de flujo entre la segunda trayectoria de flujo y una trayectoria de flujo de aire ambiente; y múltiples pasos (228, 240) de flujo colocados al menos en la primera o la segunda pared de trayectoria de flujo, estando dispuestos los pasos de flujo para dirigir de forma pasiva gas de una trayectoria de flujo correspondiente en el interior de la pared de trayectoria de flujo a través de la pared de trayectoria de flujo a una trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoria de flujo, teniendo los pasos (240) de flujo adyacentes en la segunda pared de trayectoria de flujo aberturas (242) de salida adyacentes que se extienden circunferencialmente y separadas circunferencialmente entre sí, colocadas para formar una interfaz con la trayectoria de flujo correspondiente externa con respecto a la pared de trayectoria de flujo, caracterizado porque pares adyacentes de aberturas de salida de pasos de flujo adyacentes tienen formas simétricas y están inclinadas un ángulo una hacia la otra en la dirección axial de la tobera, de modo que los flujos correspondientes que pasan a través de los pasos de flujo adyacentes son dirigidos uno hacia el otro para simular un elemento mecánico en forma de V.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que los pasos (228, 240) de flujo incluyen una abertura (241) de entrada con un contorno liso y una abertura (242) de salida que está situada alineada con la superficie externa de la segunda pared (224) de trayectoria de flujo para dirigir el gas hacia atrás.

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que la trayectoria de flujo correspondiente en el interior de la pared de trayectoria de flujo finaliza en un borde posterior recto de la tobera.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que las aberturas (242) de salida individuales tienen un dispositivo (250) de cierre correspondiente en las aberturas de salida y en el que el sistema comprende además un dispositivo (252) de accionamiento conectado funcionalmente al dispositivo de cierre para abrir y cerrar las aberturas de salida.

5. Sistema según la reivindicación 4, que comprende además:

un dispositivo (254) de entrada configurado para transmitir una señal de entrada correspondiente al menos a un estado del motor o una condición de vuelo; y un controlador (253) conectado funcionalmente al dispositivo (252) de accionamiento y al dispositivo (254) de entrada para recibir la señal de entrada y dirigir el funcionamiento del dispositivo de accionamiento basándose al menos parcialmente en la señal de entrada.

6. Sistema según la reivindicación 1, en el que las aberturas (242) de salida están colocadas en la primera pared

(223) de trayectoria de flujo.

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que las aberturas (242) de salida están colocadas posteriormente en un borde posterior de la segunda pared (223) de trayectoria de flujo.

8. Sistema según la reivindicación 1, en el que las aberturas de salida están colocadas en la segunda pared de trayectoria de flujo.

9. Sistema según la reivindicación 8, que comprende además:

un dispositivo (250) de cierre accionable colocado en comunicación de fluidos con las aberturas (242) de salida individuales para abrir y cerrar las aberturas de salida individuales en las aberturas de salida; y un controlador (253) conectado funcionalmente al dispositivo de cierre para dirigir el funcionamiento del dispositivo de cierre, en el que la tobera (220) de avión tiene una primera área de salida cuando las aberturas de salida están cerradas y en el que la tobera de avión tiene una segunda área de salida más grande que la primera área de salida cuando las aberturas de salida están abiertas.

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que los pasos (228, 240) de flujo individuales están cerrados con respecto a la trayectoria de flujo adyacente corriente arriba con respecto a la abertura (242) de salida correspondiente.

11. Método de funcionamiento de un motor (210) de avión, que comprende:

dirigir productos de gas de escape de un motor turbofán (210) de avión a lo largo de una primera trayectoria

(222) de flujo de una tobera (220) de motor correspondiente; dirigir aire secundario alrededor del motor y a lo largo de una segunda trayectoria (224) de flujo de la tobera

del motor; dirigir de forma pasiva gas (a) de la primera trayectoria de flujo a la segunda trayectoria de flujo en posiciones circunferenciales intermitentes, (b) de la segunda trayectoria de flujo a una corriente de aire ambiente en posiciones (242) intermitentes que se extienden circunferencialmente y separadas circunferencialmente entre sí, en el que pares adyacentes de posiciones circunferenciales intermitentes están inclinadas un ángulo una

hacia la otra en la dirección axial de la tobera, de modo que los flujos correspondientes que pasan a través de los pasos de flujo adyacentes son dirigidos uno hacia el otro para simular un elemento mecánico en forma de V, o (a) y (b) .

12. Método según la reivindicación 11, en el que dirigir de forma pasiva el gas incluye dirigir el gas después de que

el mismo es extraído de (a) la primera trayectoria (222) de flujo, (b) la segunda trayectoria (224) de flujo o (a) y (b) usando la diferencia de presión entre el gas de la primera y segunda trayectorias de flujo y/o la segunda trayectoria de flujo y la corriente de aire ambiente, respectivamente.

13. Método según la reivindicación 11, en el que dirigir de forma pasiva el gas incluye mezclar el gas con la corriente20 de aire ambiente en la tobera del motor, teniendo la tobera del motor un borde posterior recto.

14. Método según la reivindicación 11, en el que dirigir de forma pasiva el gas simula, al menos parcialmente, la mezcla de flujo resultante de la presencia de elementos en forma de V en una salida de la primera trayectoria (222) de flujo, la segunda trayectoria (224) de flujo o la primera y segunda trayectorias de flujo.

15. Método según la reivindicación 11, en el que dirigir de forma pasiva el gas de la segunda trayectoria (224) de flujo a la corriente de aire ambiente incluye dirigir gas que tiene una velocidad que es más grande que la de la corriente de aire ambiente y más pequeña que la del aire secundario.

16. Método según la reivindicación 11, en el que dirigir de forma pasiva el gas incluye dirigir el gas de la segunda trayectoria (224) de flujo a través de unas aberturas (242) de salida separadas circunferencialmente entre sí situadas en una interfaz con la corriente de aire ambiente, y en el que el método comprende además cerrar de forma selectiva las aberturas (242) de salida en la interfaz para reducir el área de salida eficaz para el aire secundario y reabrir de forma selectiva las aberturas de salida de manera que exista una correspondencia con el empuje

producido por el motor y las condiciones ambientales.