专利名称：对旋式螺旋桨发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有对旋式螺旋桨阵列的燃气涡轮发动机，其特别地，但并非排他性地，包括不同的桨叶数目和阵列间的特定间距用于降噪。本发明还涉及一种操作对旋式螺旋桨发动机进行降噪的方法。
背景技术：
与在涵道(duct)内进行声学处理的涵道风扇式燃气涡轮发动机相比时，用于航空器推进的开式转子涡轮发动机的一个缺点为噪声恶化(noise penalty) 0US4, 883，240披露了一种对旋式成对的航空器螺旋桨，其产生以调频载波形式的噪声。调频允许设计者操纵噪声能谱以便(例如)将大部分声能置于听不见的频率范围内。这通过对旋式螺旋桨来实现，对旋式螺旋桨包括(a)具有m个桨叶的第一螺旋桨，以及(b)具有N2个桨叶的第二螺旋桨，其中选择m和N2使得连续的桨叶交错并不邻近。m 和N2代表着不相等的桨叶数目且两者差别为二，并且优选地不具有公分母。而且，第一螺旋桨包括比后部第二螺旋桨更多的桨叶。一般而言，第一螺旋桨中的桨叶数目越多，第二螺旋桨切割穿过更多但更小的尾流涡旋所产生的噪声就越小。但却需要考虑在重量与气动性能要求之间的折中。尽管这种对旋式桨叶阵列布置可产生比其它布置更小的噪声，但近来的航空器噪声限制明显地更加严格且因此需要进一步降噪。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃气涡轮发动机，这种燃气涡轮发动机具有对旋式成对的航空器螺旋桨，对于给定额定功率，这种航空器螺旋桨产生较小的噪声。根据本发明，提供一种操作对旋式螺旋桨发动机的方法，该对旋式螺旋桨发动机具有前螺旋桨和后螺旋桨，其中至少在起飞、爬升、巡航阶段以及进场阶段操作该发动机， 在巡航阶段，发动机以大体上恒定的螺旋桨尖端速度操作，该方法的特征在于以下步骤在起飞、爬升或进场阶段中的至少一个阶段期间，以比巡航尖端速度更大的尖端速度来操作这些螺旋桨中的至少一个的尖端速度。优选地，两个螺旋桨的尖端速度均大于巡航尖端速度。有利地，在起飞、爬升或进场阶段中的至少一个阶段期间螺旋桨的尖端速度大于巡航尖端速度至少10%。优选地，在起飞或进场阶段中的至少一个阶段期间，螺旋桨的尖端速度大于巡航尖端速度20% +/_5%。
优选地，螺旋桨包括可变间距桨叶，该方法包括使桨叶从它们的巡航间距闭合至它们的进场间距的步骤。优选地，螺旋桨包括可变间距桨叶，该方法包括使桨叶从它们的起飞间距打开至它们的巡航间距的步骤。在本发明的另一方面，提供一种对旋式螺旋桨发动机，其具有前螺旋桨和后螺旋桨，前螺旋桨具有至少9个桨叶(Nf = 9)和直径Df，后螺旋桨具有的最大的桨叶数目Nr = Nf减去至少3，前螺旋桨和后螺旋桨以轴向间隙χ而分开，其特征在于比率x/Df介于0. 15 与0.4之间。优选地，前螺旋桨具有12个桨叶且后螺旋桨具有9个桨叶。或者，前螺旋桨具有12个桨叶，而后螺旋桨具有7个桨叶。或者，前螺旋桨具有12个桨叶，而后螺旋桨具有5个桨叶。有利地，前螺旋桨具有比后螺旋桨更大的直径。优选地，后螺旋桨的直径比前螺旋桨小 0. 05Df 至 0. 2Df0
参看附图将以举例说明的方式更全面地描述本发明，在附图中图1是根据本发明具有对旋式成对的螺旋桨的燃气涡轮发动机的示意剖面；图2是螺旋桨的桨叶阵列的示意图，图示了转子单独的噪声；图3是螺旋桨的桨叶阵列的示意图，图示了快速衰减的位势气动流场(potential aero dynamic flow field)；图4是典型螺旋桨桨叶升阻曲线；图5是可变间距桨叶的示意端视图。
具体实施例方式参看图1，大体上以10表示双轴、对旋式螺旋桨燃气涡轮发动机且其具有主要的和旋转的轴线9。发动机10包括核心发动机11，核心发动机11在轴向流动系列中具有进气口 12、中压压缩机14 (IPC)、高压压缩机15 (HPC)、燃烧设备16、高压涡轮17 (HPT)、低压涡轮18 (IPT)、自由动力涡轮19 (LPT)和核心排气喷嘴20。机舱21通常包围着核心发动机11 且限定了进气口 12和喷嘴20以及核心排气涵道22。发动机10还包括两个对旋式螺旋桨 23、24，它们附连到自由动力涡轮19上并且由自由动力涡轮19驱动，自由动力涡轮19包括对旋式的桨叶阵列25、26。燃气涡轮发动机10以常规方式工作使得进入到进气口 12的空气被IPC 14加速并且压缩且被引导到HPC 15内，在HPC 15处发生进一步的压缩。从HPC 15排出的压缩空气被引导到燃烧设备16内，在这里其与燃料相混合并燃烧该混合物。然后所产生的热燃烧产物通过高压涡轮17、低压涡轮18和自由动力涡轮19膨胀并由此驱动高压涡轮17、低压涡轮18和自由动力涡轮19，之后通过喷嘴20排放以提供某些推进推力。高压涡轮17、低压涡轮18和自由动力涡轮19分别通过合适的互连轴杆来驱动高压压缩机15和中压压缩机14以及螺旋桨23、24。通常，螺旋桨23J4提供绝大部分推进推力。螺旋桨阵列23J4分别以介于前间距变化轴线23P与后间距变化轴线24P之间的轴向间距χ分开。一般情况下，阵列23、24的直径近似相同，但在本发明的范畴内，可使用不同的直径。在优选实施例中，前螺旋桨23被设计成具有12个桨叶；后螺旋桨M被设计成具有9个桨叶。前间距变化轴线2 与后间距变化轴线24P之间的轴向间隔χ是前螺旋桨直径Df的四分之一(即，x = Df/4)。主要噪声音调源是由每个桨叶阵列23J4所产生的转子单独的音调30(参看图 2)和此外，由每个桨叶阵列23J4周围的气动流场之间的相互作用所产生的音调32。流场 32包括“位势”和粘性分量二者。本发明包括在起飞、爬升和/或进场时修改桨叶尖端23τ、 24τ的速度以优化(最小化)桨叶阵列23、24的阻力，从而减小来自每个桨叶的尾流34的强度，并且由此减小由尾流34与下游桨叶M和周围环境相互作用所产生的噪声。通过对前阵列23和后阵列对二者上的桨叶数目的合适选择、对轴向间隙x(图1) 的合适选择以及对桨叶尖端速度的合适选择来控制额外的噪声源(音调3 。(源自任一阵列23、24的)位势场32的强度的变化如下
权利要求
1. 一种对旋式螺旋桨发动机，其具有前螺旋桨和后螺旋桨03，M)，所述前螺旋桨和后螺旋桨包括可变间距桨叶，所述前螺旋桨具有至少9个桨叶(Nf = 9)和直径Df，所述后螺旋桨04)具有的最大桨叶数目Nr = Nf减去至少3，前螺旋桨和后螺旋桨(23，24) 以轴向间隙χ分开，其中根据等式比率x/Df介于0. 15与0.4之间。
2.根据权利要求1所述的对旋式螺旋桨发动机，其中，前螺旋桨具有12个桨叶且所述后螺旋桨04)具有9个桨叶。
3.根据权利要求2所述的对旋式螺旋桨发动机，其中，前螺旋桨具有12个桨叶且所述后螺旋桨04)具有7个桨叶。
4.根据权利要求2所述的对旋式螺旋桨发动机，其中，前螺旋桨具有12个桨叶且所述后螺旋桨04)具有5个桨叶。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的对旋式螺旋桨发动机，其中，前螺旋桨03)具有比所述后螺旋桨04)更大的直径。
6.根据权利要求5所述的对旋式螺旋桨发动机，其中后螺旋桨04)的直径比所述前螺旋桨(23)小 0. 05Df 至 0. 2Df0
全文摘要
本发明提供一种对旋式螺旋桨发动机，其具有前螺旋桨和后螺旋桨(23，24)，所述前螺旋桨和后螺旋桨包括可变间距桨叶，所述前螺旋桨(23)具有至少9个桨叶(Nf＝9)和直径Df，所述后螺旋桨(24)具有的最大桨叶数目Nr＝Nf减去至少3，前螺旋桨和后螺旋桨(23，24)以轴向间隙x分开，其中根据等式比率x/Df介于0.15与0.4之间。
文档编号B64C11/48GK102390523SQ20111030096
公开日2012年3月28日 申请日期2008年2月6日 优先权日2007年2月10日
发明者A·B·帕里, M·D·泰勒, N·霍沃思 申请人:劳斯莱斯有限公司