Varför har Boeing 787-motorens nacelleavgaser en sådan ovanlig form?

Jo, det ser bra ut, eller hur?

Boeing ville minska bruset som genererades på grund av jetblast av motorerna. Många flygplatser runt om i världen implementerar nya bullerregler.

Som som nämns av Boeing :

To combat the sound of jet-blast from the rear of the engine, Boeing, General Electric, and NASA developed serrated edges called chevrons for the back of the nacelle and the engine exhaust nozzle. The chevrons reduce jet blast noise by controlling the way the air mixes after passing through and around the engine.

The acoustic liners and chevrons are such effective noise suppressors that several hundred pounds of sound insulation may be eliminated from the fuselage.

Eftersom NASA var involverad, de anger (min omformulering) :

Chevrons are the sawtooth pattern seen on the trailing edges of some jet engine nozzles. As hot air from the engine core mixes with cooler air blowing through the engine fan, the shaped edges serve to smooth the mixing, which reduces turbulence that creates noise.

... The new Boeing 787 is among the most modern jets relying on chevrons to reduce engine noise levels. It sports chevrons on the nacelles, or fan housings.

Jag tror att båda svaren är korrekta, men jag vill spendera lite tid på att beskriva de fenomen som chevrons försöker minska så att jag kan komplettera de svar som redan tillhandahållits.

Så, vad händer i en motor? Vi har en het gas vid hög hastighet som lämnar motorkärnan, och en annan gas med högre hastighet än den yttre luften, men mycket långsammare än kärnan, ovanpå, och vi har det yttre luftflödet. Egentligen saknar jag en som jag kommer att förklara senare.

OK, så mellan luftflöden med olika egenskaper (speciellt olika hastigheter) finns ett lager där båda luftflödena blandar för att skapa en annan med genomsnittliga egenskaper (säger medelvärdet är en förenkling), blandningen i en region som heter "blandningsskikt" . Unfourtunately, i typiska motorer är sättet som båda skikten blandar turbulent. Här är en typisk bild av en simulering av ett blandningsskikt.

Denhärturbulentablandningenskaparljud.Egentligenärdetlättattseliknandefenomenienflöjt.Omduöppnardenkanduseattnärdublåserintroducerarduluftsomnåretthålrumdärljudproduceras(faktisktfinnsdetettannatfenomen,resonans,menjagskulleviljaillustreraattturbulensenskaparljud).Ettannatexempelärnärduvinkarettskarptföremåliluften(somettblad);Omdugördettillräckligtsnabbtkommerduatthöraettljud.

Detexaktafenomenethänderruntmotorer,menljudetärhögre.Varför?Eftersomskillnadenmellanhastigheterärriktigthög.Englidertyckstysttrotsattvingarnafungerarsomblad...menskillnadenihastighetärintesåhög.

Så,vadvivetnuärattjumindreskillnadendestomindreärturbulensen,destotystareljudet.DechevronsduseriBoeing787harfaktisktdetmålet.Deskaparfaktisktettannatfluidlagermedenmellanhastighetmellanluftensompasserardenyttredelenavmotorn(fläktenssekundärflöde)ochdetyttreflödet,såatthoppetpåegenskaperärmindre,turbulensenblirreduceradochljudetärtystare.

Så,förattvisaflödenaienmotortogjagdittfotoochintroduceradenågrapilar:

I själva verket blandar den blå luften som kommer till den externa delen av nacellen med luften från fläkten (röd pil). Att ha chevrons innebär att vissa delar blandas tidigare än andra, vilket skapar en positiv snedvridning i blandningsskiktet som att skapa ett tredje flöde. Den gröna pilen visar luften från motorkärnan, men det finns ett annat luftflöde mellan motorkärnan och fläkten, den violetta pilen.

Vad som visas i de tidigare svaren för Conway och JTD-8-motorer är enheter som använder samma princip, men de är faktiskt inte samma. I tidigare jetmotorer var det inte ett stort sekundärt flöde från fläkten som nuförtiden och blandningen var direkt mellan motorkärn och externt flöde, så det är samma princip, men den stora skillnaden mellan hastigheter skapade behovet av en mer aggressiv blandning. Den här enheten heter hush kit .

Slutligen att svara på din fråga, det finns ingen aerodynamisk fördel; det finns en straff. Fördelen är aeroakustisk.

Det finns dock en indirekt fördel: Mängden akustiskt dämpande material som behövs för att få stugan tyst nog minskas. Det sparar vikt, och därför bränsle.

Faktiskt fanns det liknande knep som användes på Boeing-flygplan innan för att minska strålbuller.

Den Rolls-Royce Conway (som används på Boeing 707) hade en scalloped avgas som förbättrade jetblandningen och minskat avgasstörning. Eftersom Conway också var den första operativa bypass-motorn, bidrog den lägre avgashastigheten för denna konstruktion till att minska bruset redan. Vid tidpunkten för utvecklingen förväntade ingenjörerna att motorn skulle installeras i vingsrötter, och omloppsförhållandet var emellertid endast 0,25.

ÄvenBoeing737-100JTD-8användeenliknandeljuddämpare:

I alla fall är tanken att öka ytan mellan den heta, snabba avgasen och den omgivande luften och att sträcka ut noise-intensiv blandningsprocess .

Se även den här frågan för mer information.