Tobera de turbomáquina con reducción de ruido.

Tobera de turbomáquina que comprende:

una caperuza primaria (6) sensiblemente cilíndrica que se extiende según un eje longitudinal (X-X) de la citadatobera,

un cuerpo central (4) dispuesto concéntricamente en el interior de la citada caperuza primaria 5 y que se extiende másallá de una extremidad libre (14) de la citada caperuza primaria por una parte sensiblemente cónica (16) a fin dedefinir, entre la citada caperuza primaria (6) y el citado cuerpo central (4), un primer canal anular de dilución (10)para la evacuación de un flujo primario que tiene una sección transversal sensiblemente constante en toda lacircunferencia de la tobera, y

una caperuza secundaria (8) que rodea concéntricamente a la caperuza primaria (6) a fin de definir un segundocanal anular de dilución (12) para la evacuación de un flujo secundario,

presentando la citada extremidad libre (14) de la caperuza primaria (6) una superficie (18) que comprende unaprimera serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del citado eje longitudinal (X-X) de la tobera,estando formada la citada primera serie de ondulaciones por ondulaciones negativas (20) que se extiendenradialmente hacia el interior con respecto a la citada caperuza primaria, en alternancia con ondulaciones positivas(22) que se extienden radialmente hacia el exterior con respecto a la citada caperuza primaria;

estando caracterizada la citada tobera porque el citado cuerpo central (4) presenta, al menos a nivel de una parte(24) enfrentada a la citada superficie ondulada (18) de la extremidad libre (14) de la caperuza primaria (6), unasegunda serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del citado eje longitudinal (X-X) de la tobera,estando formada la citada segunda serie de ondulaciones por ondulaciones negativas (26) que se extiendenradialmente hacia el interior con respecto al citado cuerpo central, en alternancia con ondulaciones positivas (28)que se extienden radialmente hacia el exterior con respecto al cuerpo central, teniendo las citadas ondulacionesnegativas (20, 26) y positivas (22, 28) de las citadas primera y segunda serie de ondulaciones una altura radial quevaría angularmente y estando dispuestas de modo que las ondulaciones negativas (20) de la citada primera serie deondulaciones están dispuestas enfrente de las ondulaciones negativas (26) de la citada serie de ondulaciones einversamente a fin de generar entre los flujos primario y secundario, aguas abajo de las citadas ondulaciones, unaturbulencia y una cizalladura radial al tiempo que conservan una sección transversal constante en toda lacircunferencia de la citada tobera.

Tobera de turbomáquina con reducción de ruido.

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere al ámbito general de las toberas que equipan a las turbomáquinas. Ésta pretende de modo más particular reducir el ruido de origen aerodinámico del chorro generado a la salida de las toberas de flujos separados de turbomáquinas de aviones, especialmente durante las fases de despegue de estos aviones.

Las toberas que equipan a las turbomáquinas de aviones se componen generalmente de un cuerpo central rodeado por una caperuza primaria a fin de formar entre los dos un primer canal anular de dilución para la evacuación de un flujo primario. Una caperuza secundaria rodea a la caperuza primaria para formar un segundo canal anular de dilución para la evacuación de un flujo secundario. Los flujos primario y secundario terminan, antes del escape, en una parte convergente, un cuello y una parte divergente. El conjunto de estos elementos de la tobera es generalmente de forma axisimétrica. La presente invención se refiere de modo más preciso a las toberas cuyo cuerpo central es de tipo externo, es decir cuyo borde de fuga está localizado aguas abajo de la caperuza primaria.

La presente invención pretende reducir el ruido de chorro generado a la salida de las toberas, especialmente durante las fases de despegue de los aviones en el transcurso de las cuales la velocidad de eyección de los flujos primario y secundario es altamente subsónica, es decir del orden de aproximadamente 0, 9 Mach (régimen subsónico alto) . Con estas velocidades de evacuación, hay que respetar dos imperativos: es necesario, por una parte, conservar secciones constantes en tres dimensiones tanto a nivel del cuello como a nivel de la parte divergente de la tobera a fin de mantener las prestaciones aerodinámicas de la tobera y de garantizar una conservación del caudal y, por otra, mantener secciones transversales constantes en toda la circunferencia de la tobera a fin de evitar zonas de sobrevelocidades locales. Este segundo imperativo implica que, cualesquiera que sean los planos de corte acimutal, la sección axisimétrica equivalente (medida en la estación del cuello) permanezca constante en toda la circunferencia de la tobera. En efecto, a un régimen subsónico alto, las sobrevelocidades locales pueden generar pérdidas de prestaciones aerodinámicas, incuso ruidos parásitos suplementarios en caso de choque.

A fin de reducir el ruido de chorro aerodinámico generado a la salida de las toberas, es conocido favorecer la mezcla entre los flujos primario y secundario procedentes de la turbomáquina. A tal efecto, la patente US 5.924.632 propone especialmente integrar lóbulos en las caperuzas primaria y secundaria, presentando la extremidad libre del cuerpo central diferentes geometrías posibles. Asimismo, la patente FR 2.529.956 describe un sistema de eyección de flujos mezclados en el que la caperuza primaria está provista de lóbulos y el cuerpo central está parcialmente provisto de ondulaciones. La aplicación de estas tecnologías a una evacuación de los flujos en subsónico alto no es satisfactoria. En efecto, no se respetan los imperativos descritos anteriormente, especialmente el que se refiere a la conservación de secciones transversales constantes en toda la circunferencia de la tobera. Resultan así sobrevelocidades locales que generan, a régimen subsónico alto, choques que son origen de ruidos parásitos suplementarios y que disminuyen las prestaciones aerodinámicas de la tobera.

Véase también el documento US-A- 6 082 635.

Objeto y resumen de la invención La presente invención pretende por tanto paliar tales inconvenientes, proponiendo una tobera de flujos separados que permita obtener una reducción del ruido de chorro, especialmente a régimen subsónico alto, favoreciendo la mezcla entre los flujos por la creación de cizalladuras y de efectos turbulentos al tiempo que se respeten los imperativos de conservación del caudal y de las secciones transversales en toda la circunferencia de la tobera.

A tal efecto, está prevista una tobera de turbomáquina que comprende una caperuza primaria sensiblemente cilíndrica que se extiende según un eje longitudinal de la tobera, un cuerpo central dispuesto concéntricamente en el interior de la caperuza primaria y que se extiende más allá de una extremidad libre de la caperuza primaria por una parte sensiblemente cónica a fin de definir, entre la caperuza primaria y el cuerpo central, un primer canal anular de dilución para la evacuación de un flujo primario que tenga una sección transversal sensiblemente constante en toda la circunferencia de la tobera, y una caperuza secundaria que rodea concéntricamente a la caperuza primaria a fin de definir un segundo canal anular de dilución para la evacuación de un flujo secundario, presentando la extremidad libre de la caperuza primaria una superficie que comprende una primera serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del eje longitudinal de la tobera, estando formada la primera serie de ondulaciones por ondulaciones negativas que se extienden radialmente hacia el interior con respecto a la caperuza primaria, en alternancia con ondulaciones positivas que se extienden hacia el exterior con respecto a la caperuza primaria. De acuerdo con la invención, el cuerpo central presenta, al menos a nivel de una parte enfrente de la citada superficie ondulada de la extremidad libre de la caperuza primaria, una segunda serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del eje longitudinal de la tobera, estando formada la segunda serie de ondulaciones por ondulaciones negativas que se extienden radialmente hacia el interior con respecto al cuerpo central, en alternancia con ondulaciones positivas que se extienden radialmente hacia el exterior con respecto al cuerpo central, teniendo las ondulaciones negativas y positivas de las primera y segunda series de ondulaciones una altura radial que varía angularmente y estando dispuestas de modo que las ondulaciones negativas de la primera serie de ondulaciones están dispuestas enfrente de las ondulaciones negativas de la segunda serie de ondulaciones e inversamente a fin de generar entre los flujos primario y secundario, aguas abajo de las ondulaciones, una turbulencia y una cizalladura radial al tiempo que se conserve una sección transversal constante en toda la circunferencia de la tobera.

De esta manera, la integración de ondulaciones negativas y positivas en la caperuza primaria y en el cuerpo central permite generar una mezcla importante entre los flujos primario y secundario. Esta mezcla importante se obtiene especialmente por una cizalladura radial entre los flujos y por una turbulencia a nivel de las evacuaciones a la salida de la tobera. Estas ondulaciones permiten igualmente disminuir las velocidades de las evacuaciones en el eje longitudinal de la tobera a fin de acentuar la mezcla a la salida de la tobera. Por otra parte, se conserva el caudal de los flujos primario y secundario y la sección transversal permanece constante en toda la circunferencia de la tobera de modo que las prestaciones aerodinámicas de la tobera no se vean afectadas por estas ondulaciones y que se evite cualquier riesgo de sobrevelocidad local.

La superficie ondulada del cuerpo central puede extenderse longitudinalmente en toda la longitud o solamente en una parte de la parte cónica del cuerpo central.

En el caso en que la superficie ondulada se extienda solo parcialmente sobre la parte cónica del cuerpo central, la superficie no ondulada de esta parte cónica puede comprender una pluralidad de brazos sensiblemente rectangulares que se extienden longitudinalmente más allá de una extremidad libre de la parte cónica del cuerpo central en el sentido de su longitud y radialmente en el sentido de su anchura, y se entrecortan en el eje longitudinal de la tobera. Estos brazos permiten así aumentar la amplitud de la cizalladura radial entre los flujos primario y secundario. Los brazos son preferentemente de iguales longitudes y de iguales anchuras y son simétricos con respecto al eje longitudinal de la tobera.

Ventajosamente, los brazos están dispuestos en la prolongación de las ondulaciones negativas de la segunda serie de ondulaciones. En efecto, aguas abajo de estas ondulaciones negativas, la evacuación del flujo primario tiene tendencia a dirigirse hacia el exterior de la pared de la parte cónica del cuerpo central lo que genera una cizalladura radial entre los flujos. La presencia de brazos en la prolongación de estas ondulaciones negativas permite aumentar esta desviación externa de la evacuación y por tanto aumentar el efecto de cizalladura radial.

De acuerdo con una característica ventajosa de la invención, los brazos presentan, a nivel de una extremidad libre,... [Seguir leyendo]

1. Tobera de turbomáquina que comprende:

una caperuza primaria (6) sensiblemente cilíndrica que se extiende según un eje longitudinal (X-X) de la citada tobera,

un cuerpo central (4) dispuesto concéntricamente en el interior de la citada caperuza primaria y que se extiende más allá de una extremidad libre (14) de la citada caperuza primaria por una parte sensiblemente cónica (16) a fin de definir, entre la citada caperuza primaria (6) y el citado cuerpo central (4) , un primer canal anular de dilución (10) para la evacuación de un flujo primario que tiene una sección transversal sensiblemente constante en toda la circunferencia de la tobera, y

una caperuza secundaria (8) que rodea concéntricamente a la caperuza primaria (6) a fin de definir un segundo canal anular de dilución (12) para la evacuación de un flujo secundario,

presentando la citada extremidad libre (14) de la caperuza primaria (6) una superficie (18) que comprende una primera serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del citado eje longitudinal (X-X) de la tobera, estando formada la citada primera serie de ondulaciones por ondulaciones negativas (20) que se extienden radialmente hacia el interior con respecto a la citada caperuza primaria, en alternancia con ondulaciones positivas

(22) que se extienden radialmente hacia el exterior con respecto a la citada caperuza primaria;

estando caracterizada la citada tobera porque el citado cuerpo central (4) presenta, al menos a nivel de una parte

(24) enfrentada a la citada superficie ondulada (18) de la extremidad libre (14) de la caperuza primaria (6) , una segunda serie de ondulaciones repartidas regularmente alrededor del citado eje longitudinal (X-X) de la tobera, estando formada la citada segunda serie de ondulaciones por ondulaciones negativas (26) que se extienden radialmente hacia el interior con respecto al citado cuerpo central, en alternancia con ondulaciones positivas (28) que se extienden radialmente hacia el exterior con respecto al cuerpo central, teniendo las citadas ondulaciones negativas (20, 26) y positivas (22, 28) de las citadas primera y segunda serie de ondulaciones una altura radial que varía angularmente y estando dispuestas de modo que las ondulaciones negativas (20) de la citada primera serie de ondulaciones están dispuestas enfrente de las ondulaciones negativas (26) de la citada serie de ondulaciones e inversamente a fin de generar entre los flujos primario y secundario, aguas abajo de las citadas ondulaciones, una turbulencia y una cizalladura radial al tiempo que conservan una sección transversal constante en toda la circunferencia de la citada tobera.

2. Tobera de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie ondulada (24) del cuerpo central (4) se extiende longitudinalmente en toda la parte cónica (16) del citado cuerpo central.

3. Tobera de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie ondulada (24) del cuerpo central (4) se extiende longitudinalmente parcialmente en toda la parte cónica (16) del citado cuerpo central.

4. Tobera de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque una superficie no ondulada de la parte cónica

(16) del cuerpo central (4) comprende una pluralidad de brazos (30) sensiblemente rectangulares que permiten aumentar la amplitud de cizalladura radial entre los citados flujos primario y secundario, extendiéndose los citados brazos (30) más allá de una extremidad libre de la citada parte cónica del cuerpo central en el sentido de su longitud y radialmente en el sentido de su anchura, y entrecortándose en el eje longitudinal (X-X) de la tobera.

5. Tobera de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque los citados brazos (30) son de iguales longitudes e iguales anchuras y son simétricos con respecto al eje longitudinal (X-X) de la citada tobera.

6. Tobera de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada porque los citados brazos (30) están dispuestos en la prolongación de las ondulaciones negativas (26) de la segunda serie de ondulaciones.

7. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque los citados brazos (30) presentan, a nivel de una extremidad libre, medios que permiten generar una cizalladura radial suplementaria entre los citados flujos primario y secundario.

8. Tobera de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque los medios de cizalladura suplementaria son ranuras longitudinales (32) que forman un ángulo con el eje longitudinal (X-X) de la citada tobera vuelto hacia aguas abajo de ésta.

9. Tobera de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque los brazos (30) presentan cada uno al menos cuatro ranuras (32) dispuestas dos a dos simétricamente con respecto al eje longitudinal (X-X) de la tobera, formando las ranuras (32a) más alejadas del citado eje longitudinal un ángulo con éste mayor que las ranuras (32b) más próximas al citado eje longitudinal de la tobera.

10. Tobera de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque los citados medios de cizalladura suplementaria son aletas longitudinales (34) dispuestas perpendicularmente a los brazos (30) .

11. Tobera de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque los citados brazos (30) presentan cada uno al menos dos aletas (34) simétricas con respecto al eje longitudinal (X-X) de la citada tobera.

12. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizada porque los citados brazos

(30) presentan al menos una torsión angular con respecto al citado eje longitudinal (X-X) de la tobera de modo que generan una rotación de la evacuación del flujo primario.

13. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la extremidad libre (14) de la caperuza primaria (6) comprende, aguas abajo de la primera serie de ondulaciones, una serie de lengüetas que permiten aumentar la amplitud de la cizalladura radial entre los citados flujos primario y secundario, estando formada la citada serie de lengüetas por lengüetas negativas (36, 38) dispuestas en la prolongación de las ondulaciones negativas (20) de la citada primera serie de ondulaciones en alternancia con lengüetas positivas (38, 42) dispuestas en la prolongación de las ondulaciones positivas (22) de la citada primera serie de ondulaciones.

14. Tobera de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque una extremidad libre de las citadas lengüetas negativas y positivas está redondeada de modo que forman vertederos (36, 38) .

15. Tobera de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque una extremidad libre de las citadas lengüetas negativas y positivas es puntiaguda de modo que forman angulares (40, 42) .

16. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque las ondulaciones (26, 28) de la citada segunda serie de ondulaciones presentan una torsión angular con respecto al citado eje longitudinal (X-X) de la tobera de modo que generan una rotación de la evacuación del flujo primario.

17. Tobera de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque las ondulaciones (20, 22) de la citada primera serie de ondulaciones presentan una torsión angular equivalente a las de las ondulaciones (26, 28) de la citada segunda serie de ondulaciones con respecto al citado eje longitudinal (X-X) de la tobera.

18. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque las ondulaciones negativas (20) y positivas (22) de la primera serie de ondulaciones comprenden al menos una entalladura (44) o al menos una aleta directriz (46) que forman un ángulo con el eje longitudinal (X-X) de la citada tobera de modo que generan una rotación de las evacuaciones de los flujos primario y secundario.

19. Tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque las citadas primera y segunda serie de ondulaciones están formadas cada una por ocho ondulaciones negativas (20, 26) en alternancia con ocho ondulaciones positivas (22, 28) .