DE2902637A1

DE2902637A1 - Mehrkanaliger schalldaempfer fuer strahltriebwerke

Info

Publication number: DE2902637A1
Application number: DE19792902637
Authority: DE
Inventors: Russel Lewis Thornock; Charles Perry Wright
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1979-09-06
Also published as: US4254620A; FR2418338A1; GB2015086A; JPS54114631A; GB2015086B; IT7947771A0; SE7900603L

Description

The Boeing Company, Seattle, Washington, V. St. A.

Mehrkanaliger Schalldämpfer für Strahltriebwerke

Die vorliegende Erfindung "betrifft mehrkanalige Schalldämpfer für Strahltriebwerke und insbesondere eine Modifikation solcher Schalldämpfer zur Erhöhung der Schalldämpfwirkung.

Es ist bekannt, daß der vom Austrittsstrahl eines Strahltriebwerks erzeugte Schall sich durch Einsatz eines mehrkanaligen Schalldämpfers erheblich unterdrücken läßt. Das Ausmaß, zu dem der Schall unterdrückt wird, hängt hauptsächlich von der Anzahl der Kanäle des Dämpfers ab. Polglich muß man eine ausreichende Zahl solcher Kanäle vorsehen, um an die gewünschte Schalldämpfung heranzukommen. Hat der Dämpfer jedoch zu viele Kanäle oder sind die Kanäle zu klein, wird die Reibung der durchströmenden Abgase zu hoch, so daß man an Triebwerksleistung verliert.

Sieht man einen mehrkanaligen Schalldämpfer für ein Strahltriebwerk vor, setzt der Restschall sich aus zwei Hauptanteilen zusammen. Der erste Anteil ist verhältnismäßig hochfrequent und

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tritt auf, "bevor die aus den Kanälen austretenden Strahlen sich vermischen. Der andere Anteil ist verhältnismäßig niederfrequent und wird verursacht von dem ßtrahlteil, der hinter der Mischebene der aus den Kanälen austretenden Abgasstrahlen vorliegt. Für unter der Schallgrenze fliegende Luftfahrzeuge hat sich herausgestellt, daß im allgemeinen der vor dea? Strahl Vermischung erzeugte Schall unangenehmer ist als der nach der Strahlvermischung auftretende Schall.

Das Hauptproblem bei der Schallunterdrückung an einem Strahltriebwerk ist, diese Unterdrückung auf einen Schallpegel und auf eine Schallart zu bexirerkstelligen die bei minimalen Leistungsverlusten, geringstaöglicher Widerstandsjsunahme und bei Einsatz einer sinnvoll leichten Dämpferkonstruktion erträglich. sind»

Ein typischer mehrkanaliger Schalldämpfer weist Kanäle in Form von Bohren auf«. Die Anordnung dieser Röhren unterscheidet sich von dem Dämpfer nach der vorliegenden Erfindung darin, daß die Röhren zu verschiedenen Orten nach hinten vorstehen? Seitendüsen sind nach innen, gerichtet, aber der größte Teil des Abstroms wird in parallelen Strahlen durch drei zu einer vertikalen Seihe angeordneten Röhren ausgestoßen«,

In anderen Beispielen solcher JStpahlschalldämpfer hat man einen Ring kleiner konvergierender Düsen um eine wesentlich größere

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Hauptdüse herum angeordnet, Abströmkanäle in Form konzentrischer Schlitze anstelle allgemein runder öffnungen vorgesehen und auch einen mehrkanaligen Schalldämpfer vorgeschlagen, der den hinter der Mischebene erzeugten Strahlschall unterdrückt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Strahlschalldämpfer für Strahltriebwerke mit einer Vielzahl allgemein zylindrischer Abströmkanäle, durch die ein größerer Teil des Abstroms aus dem Strahltriebwerk ausgestoßen wird. Dabei sind die Kanäle zu einer angenähert gleichmäßigen Ringform um eine Achse herum angeordnet und stehen rückwärts zum etwa gleichen Ort vor. Strömungsrichtende Mittel sind vorgesehen, die die aus den Kanälen austretenden Abgasstrahlen nach hinten zusammenführen.

Die vorliegende Erfindung soll nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der vorliegenden Zeichnungen beschrieben werden.

Pig. 1 ist eine Perspektxvdarstellung eines mehrkanaligen Schalldämpfers nach der vorliegenden Erfindung mit einer Vielzahl von Rohren;

Pig. 2 zeigt diesen Schalldämpfer in einer Rückansicht.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch den Schalldämpfer der Fig. 1 und 2 auf der Linie 3-3 der Fig. 2;

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Fig. 4 ist ein Diagramm, das den vom Abstrom eines Strahltriebwerks mit einem mehrkanaligen Schalldämpfer abgegebenen Schall im Vergleich zu einem nach der vorliegenden Erfindung verbesserten Schalldämpfer zeigt;

Fig. 5 ist eine Perspektivdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines mehrkanaligen Schalldämpfers mit einem radial verzweigten Ausströmkanal; und

Fig. 6 stellt diesen Schalldämpfer in einer Rückansicht dar.

Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch den Schalldämpfer der Fig. 5

und 6 auf der Linie 7-7 der Fig. 6. j

Die Verbesserung an mehrkanaligen Schalldämpfern nach der vorliegenden Erfindung läßt sich leicht in bestimmte Arten bekannter mehrkanaliger Schalldämpfer für Strahltriebwerke aufnehmen. Diese bekannten Schalldämpfer teilen den Abstrom des Iriebwerks auf und lassen ihn durch eine Vielzahl von Kanälen austreten, die entweder durch Rohre oder durch die Keulen eines radial verzweigten Ausströmkanals gebildet werden. Der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte mehrkanalige Schalldämpfer ist typisch für derartige Rohr-Konstruktionen, der Schalldämpfer der Fig. 5» 6 und 7 typisch für radial verzweigte Schalldämpfer.

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Der mehrrohrige Schalldämpfer für Strahltriebwerke, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist, läßt sich auf das Auslaßrohr eines Strahltriebwerks 1 mit einem Kragen 2 aufsetzen. Dieser Kragen trägt einen Hing 3» von dem eine Anzahl einzelner Ausströmrohre nach hinten absteht. Wie dargestellt, weist diese Anordnung ein Zentralrohr 4- sowie Rohre 5 auf, die zu einem Ring um das Zentralrohr herum angeordnet sind.

Der Abstrom des Strahltriebwerks wialzum größeren Teil durch die zu einem Ring angeordneten Rohre ausgestoßen, und diese Rohre haben untereinander im wesentlich die gleiche Große. Wie weiterhin am besten in Fig. 5 zu ersehen, stehen die Rohre 4·, 5 allesamt rückwärts etwa gleich weit vor. ;

Die für den mehrrohrigen Schalldämpfer nach den Fig. 1,2 und 3 gezeigte typische Rohranordnung weist einen einfachen Ring aus insgesamt sechs Rohren auf. Dabei stellt der Dämpfer einen Korn- ^!

i promiß zwischen einander entgegenstehenden Forderungen dar. Eine! geringe Anzahl von Rohren erhöht zwar den Schub und verringert j den Strömungswiderstand; man muß dann aber eine geringere Schallldämpfung in Kauf nehmen. Eine größere Anzahl von Rohren würde zwar eine bessere Schalldämpfung ermöglichen, aber auch zu stärkeren Schutserlusten und höherem Strömungswiderstand führen.

Andere, geometrische Faktoren beeinflussen neben der Anzahl der Kanäle den von der Düse erzeugten Schall. Einer von ihnen ist

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der Abstand zwischen den einzelnen Strahlen, die aus dem Dämpfer austreten. Mit abnehmendem Abstand zwischen den Strahlen erzeugt der Dämpfer einen größeren Anteil niederfrequenten Schalls, während die höheren !Frequenzen (für die das menschliche Ohr empfindlicher ist) stärker gedämpft werden. Der in der Fig. 2, 3 gezeigte Schalldämpfer erfordert eine zu enge gegenseitige Anordnung der Rohre.

Aus fertigungstechnischen Gründen hat der Abstand, bis zu dem j die Entfernung zwischen den Rohren 4, 5 reduziert werden kann, j eine untere Grenze«. Die vorliegende Erfindung erlaubt jedoch

einen mehrkanaligen Schalldämpfer zu erstellen, dessen Schalldämpfleistung vergleichbar ist mit der, für die der Abstand zwischen den Kanälen verringert werden müßte, ohne daß man Schub+· verluste hinnehmen muß., Den Nutzen der Erfindung erhält man mit einer Konstruktion, die die aus den ringförmig angeordneten Kanälen einer mehrkanaligen Anordnung ausgestoßenen Abströmstrahlen nach hinten, aufeinanderzu richtet» Die wünschenswerteste Konstruktion hierzu ist ein geschrägtes Ausströmende 6 für jedes der zu einem Hing angeordneten Eohre 5·

Der hintere Endteil jedes Rohres ist zu einem gewissen Grad verjüngt bzw. verengt ausgeführt, so daß sich eine Düse bildet. Das Austrittsende 7 &©s mittleren Rohrs 4 liegt rechtwinklig zur Dämpferachse, so daß der mittlere Strahl 8 mit dessen Achse und der Achse der Mehrrohranordmmg fluchtend ausgestoßen wird, i

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Die Achsen der zu einem Eing angeordneten Rohre 5 verlaufen
parallel zur- Gruppenachse, aber die Austrittsenden 6 dieser
Rohre sind geschrägt, so daß der aus jedem der Rohre austretende Strahl unter einem Winkel zur Gruppenachse auf diese hinzu
einwärts gerichtet auströmt. Dieser Umlenkwinkel des aus jedem
Rohr 5 austretenden Strahls hängt davon ab, wie weit das hintere Rohrende geschrägt ist. Der Umlenkwinkel beträgt dabei etwa die Hälfte des Schrägungswinkels.

Das Ausmaß der Konvergenz bzw. Umlenkung der aus den zur Ringform angeordneten Rohren 5 austretenden Strahlen hängt von der j

Größe und Leistung des Triebwerks, vom Vorliegen bzw. Fehlen ί eines Mittelrohres 4-, der Anzahl, Anordnung und dem Abstand der j

ringförmig verteilten Rohre 5» der erforderlichen Schallunter- ■ drückung und den erlaubten Schubverlusten ab. Der Konvergenzwinkel 10 zwischen der Richtung des aus dem jeweiligen Rohr 5
ausgestoßenen Strahls und der Achse dieses Rohrs 5 liegt ge- ; wohnlich zwischen 2° und 10° und beträgt vorzugsweise etwa 5°· ί Fdglich liegt der Sehrägungswinkel 11 des Austrittsendes 6 jedes|

Rohrs 5» d.h. der Winkel zwischen der öffnungsebene am Rohrende j und einer zur Achse der Anordnung rechtwinkligen Ebene, zwischei.

4-° und 20°; vorzugsweise beträgt er etwa 10°, wie in Fig. 3 ge-ί

I zeigt. ί

Das Diagramm der Pig. 4- zeigt den Schall eines mehrkanaligen
Schalldämpfers mit und ohne Schrägung der Rohrenden. Hierbei

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ist auf der Abszisse die !Frequenz, auf der Ordinate der Schallpegel bzw. die Schallintensität aufgetragen. Die Kurve 12 stellt den Schallpegel- bzw. die Schallintensität bei unterschiedlichen Frequenzen für einen mehrelementigen Schalldämpfer bei zueinander parallelen Austritts strahlen dar. Es treten zwei Schallspitzen auf; das höherfrequente Maximum gilt für den von den einzelnen Dämpferstrahler vor der Mischebene entstehenden Schall, die untere Spitze im linken Kurventeil dem niederfrequenteren Schall,! der nach der Strahlmischung entsteht, d.h. von dem einzelnen starken, sich aus den vermischten Einzelstrahlen zusammensetzenden Strahl erzeugt wird.

Die Kurve zeigt demgegenüber den vor bzw. nach dem Mischen auftretenden Strahlschall aus dem gleichen Triebwerk mit dem gleichen mehrrohrigen Strahlschalldämpfer, wobei jedoch die Austritts! enden der ringförmig angeordneten Rohre unter einem Winkel von jeweils 10° geschrägt sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Wie einzusehen ist, ist der hinter der Mischebene entstehende Schall stärker, aber der vor der Mischebene entstehende Schall schwäche^¹ Da der vor der Mischebene entstehende Strahlschall als unangenehmer empfunden wird als der niederfrequentere Schall, der hinter der Mischebene entsteht, ist der Gesamt schall, wie ihn die ; Kurve 14- darstellt, weniger unangenehm als der mit der Kurve 12 dargestellte.

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Die Fig. 5» 6 und 7 zeigen die vorliegende Erfindung in der Anwendung auf einen mehrkanaligen Schalldämpfer mit radial verzweigter Austrittsöffnung. In diesem Fall hat der vom Kragen 2
aus rückwärts abstehende Schalldämpfer 15 ein rückwärtiges Ende, das zu Radialzweigen in Form von Keulen 16 gefaltet ist, die
von den innen spitz zusammenlaufenden Speichenteilen 17 zum
Kernteil 18 des Kanals geführt werden. Die Zweige 16, 17 sind
von Einschnürungen 19 getrennt, die sich in ihrer radialen Tiefe von der maximalen Tiefe am rückwärtigen Ende des Kanals, der sich aus den Krümmungen 20 bildet, nach vorn hin aufweiten. Der eingeschnürte Durchlaß 17 jeder Keule 16 führt dazu, daß die
Keule einen im wesentlichen zylindrischen Kanalteil am Austritts,-ende des Dämpfers bildet. _;

Die in den Fig. 5» 6, 7 gezeigte allgemeine Konfiguration des
radial verzweigten Schalldämpfers stellt keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. TJm die Schalldämjfüngseigenschaften
eines solchen Dämpfers bezüglich den vor der Mischebene entstehenden Schalls zu verbessern,ist jedoch das rückwärtige Ende 21 | jeder Keule so geschrägt, wie es für die Austrittsenden 6 der j Rohre 5 gezeigt ist, die oben zur Fig. 3 beschrieben sind.

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Zusammenfassuns der Offenbarung

Jeder Eanal einer Vielzahl allgemein zylindrischer Ausströmkanäle, die in einer angenähert gleichmäßigen ringförmigen Anordnung um eine Aehse angeordnet sind, ist ein Rohr oder eine Keule eines radial verzweigten Durchlasses, wobei das Ausströmende so schräg verläuft, daß der radial äußere Teil des Kanalendes weiter nach hinten vorsteht als irgendein anderer Teil des Kanalendes. Die geschrägten Kanalenden richten den wesentlichen Teil des Abstroms aus einem Strahltriebwerk einwärts zur Achse der ringförmigen Ausströmkanalanordnung in einer Vielzahl von Strahlen, so daß die Strahlen nach hinten zusammenlaufen«

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Claims

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1BERUN33 8MÜNCHEN80

ÜZZ£tX£ Dr. RUSCHKE & PARTNER «-

"¹"· PATENTANWÄLTE

Tel. (030) 8 26 38 95 /8 26 «81 BERLIN MITM^HCM Tel. (089) 98 03 24 / 98 72 B8

Telegramm-Adresse: ob KLI N - MÜNCHEN Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Quadratur München

TELEXi 183786 TELEX: 522767

B 1218

Patentansprüche

r\J Schalldämpfer für den Abgas strom von Strahltriebwerken, gekennzeichnet durch eine Vielzahl allgemein zylindrischer Ausströmkanäle, durch die ein größerer Teil des Abgasstroms aus dem Strahltriebwerk ausgestoßen wird, wobei die Kanäle zu einer angenähert gleichmäßigen ringförmigen Anordnung um eine Achse herum angeordnet sind und nach hinten zu etwa dem gleichen Ort vorstehen, und durch Strömungsrichtende Mittel, die die aus den Kanälen ausgestoßenen Abgasstrahlen nach hinten zusammenführen.
2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle zu mindestens einem Ring angeordnet sind.
3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei den Austrittskanälen um Rohr handelt.

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5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet: , daß die Austrittskanäle die Keulen eines radial verzweigten Kanals sind und jede Keule radial einwärts eingeschnürt ist.
6- Schalldämpfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungsrichtende Mittel den aus jedem Kanal ausgestoßenen Abgasstrahl unter einem Winkel von 2° "bis 10 aus der Parallelität einwärts zur Achse der ringförmigen Kanalanordnung richten.
7· Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stromungsrichtenden Mittel den aus jedem der Kanäle ausgestoßenen Abgasstrahl unter einem Winkel von etwa 5° einwärts zur Achse der ringförmigen Kanalanordnung richten·
8. Schalldämpfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromungsrichtenden Mittel ein so geschrägtes Austrittsende jedes Ausströmkanals aufweisen, daß der radial äußere Teil jedes Kanals weiter rückwärts vorsteht als jeder andere Teil des Kanalendes.
9. Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kanalaustrittsende unter einem Winkel im Bereich von 4 "bis 20 zu einer zur Kanalachse rechtwinkligen Ebene geschrägt ist.

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10. Schalldämpfer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kanalaustrittsende unter einem Winkel von etwa ΊΟ zu der zur Kanalachse rechtwinkligen Ebene geschrägt ist.

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