GE和RR公司研究超聲速低噪聲推進系統

GE和RR公司研究超聲速低噪聲推進系統

自適應通用發動機技術（ADVENT）計劃是多用途經濟可承受的先進渦輪發動機（VAATE）計劃中第2階段的1個標志性計劃，目標是發展和驗證進氣道、發動機、排氣噴管和綜合熱管理技術，以獲得在高空和高速下具有最佳超聲速性能和亞聲速燃油效率的推進系統。

在ADVENT計劃的方案設計中，RR和GE公司研制的變循環發動機引進了冷卻的“第3股氣流”，用于能量分散和熱量控制；改變排氣噴管的速度分布；降低噪聲。

RR公司研制了1種可以降低噪聲的引射式混合噴管（mixer-ejector nozzle）。該噴管采用了1種波瓣摻混器將核心氣流和外涵氣流混合，然后通過引射門引入慢速自由空氣流，與高速排氣流混合。噴管外部有2個引射門，內部有2個分流片。外引射門轉軸轉動范圍為5°～15°，自由空氣流由此進入噴管。內部分流片轉軸轉動范圍為8°～12°，在起飛時呈月牙形開口，從而使第3股氣流進入核心氣流。引射門和分流片通過相同的制動器按順序有條不紊地轉動；而在巡航期間，引射門和分流片都是閉合的。目前，NASA航空聲學推進系統試驗室在起飛馬赫數為0.3的條件下，進行了變循環發動機的引射混合排氣噴管15%縮比模型試驗。

GE公司設計了逆向速度分布噴管（inverted velocity-profile nozzle）和流體屏蔽(fluid shield)裝置降低變循環發動機的噪聲。

在逆向速度分布噴管中，高溫和高速核心氣流圍繞著冷氣流和低速外涵氣流。核心氣流被迫流向外部，而風扇氣流流向內部，另外，它將高速排氣和周圍空氣快速混合，使氣流速度峰值迅速降低。這種原始混合方式在高頻率時可以增加噪聲，但是在低頻率時可以大大降低噪聲。

流體屏蔽裝置是1種主動降噪裝置。當處于噪聲敏感區時流體屏蔽裝置會自動打開，而在其他時間則會自動關閉，以減少使用被動降噪硬件所引發的推力損失和效率降低。屏蔽的位置可以根據氣體排放方向調節。在起飛時需要降低側方噪聲，而在爬升段需要調整結構降低飛越噪聲。20%的發動機大股氣流需要通過流體屏蔽裝置來達到大幅降噪的目的，該裝置非常適合在噪聲敏感操作時產生大量剩余氣流的變循環發動機。

以上3種技術都將應用于采用ADVENT計劃研發的技術的商用變循環發動機，在未來將有更大的研究和發展空間。

（中航工業沈陽發動機設計研究所楊東丹）