DE3409487C2

DE3409487C2 - Verfahren zur Ermittlung des Propellerdrucksignals aus dem im Flug mit einem am Flugzeug angeordneten Mikrofon gemessenen Propeller/Zylinder-Auslaß-Mischsignal bei Propellerflugzeugen

Info

Publication number: DE3409487C2
Application number: DE3409487A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Kallergis
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1986-05-22
Also published as: GB2156076B; GB2156076A; US4607528A; FR2561381A1; GB8506211D0; DE3409487A1; FR2561381B1

Abstract

Bei Propellerflugzeugen mit Viertaktmotoren fallen bei einer Propellerblattzahl, die der Hälfte der Zylinderzahl des Motors entspricht, die Drucksignale aufeinander. Zur Ermittlung des reinen Propellerdrucksignals aus dem Mischsignal wird mit einem am Flugzeug an der Tragfläche kurz hinter der Propellerebene angeordneten Mikrofon das Mischsignal aufgenommen. Zusätzlich werden die Auslaßsignale der einzelnen Zylinder des Motors an der Mündung des Auspuffrohres gemessen. Beide Signale werden synchron aufgezeichnet. Zur Ermittlung des reinen Propellerdrucksignals werden die Signale amplitudenrichtig transformiert, gleiche Signalflanken der Mischsignale und der dem jeweiligen Mischsignal zugeordneten Zylinderauslaßsignale zur Deckung gebracht und von den Mischsignalen die Zylinderauslaßsignale des Motors subtrahiert.

Description

Der volle Arbeitszyklus des Motors ist in beiden Darstellungen als Zeit Tm wiedergegeben.

Wie aus den beiden Diagrammen ersichtlich, hat jeder Zylinder eine individuelle »Kennung«. In der Darstellung ist durch Pfeile A, B beispielsweise auf Kennungsmerkmale im Druck- und Unterdrucksignal eines der sechs Zylinder hingewiesen.

Von dem vom Mikrofon 1 aufgezeichneten Mischsignal wurden die Motorauslaßsignale subtrahiert Eine phasengerechte Signalsubtraktion läßt sich am zweckmäßigsten an einem Zwei-Kanal-Fourier-Transformations-Analysator (FFT) durchführen, da Teile des Auslaßdrucksignals im Mischsignal optisch gut erkennbar sind. Es kann aber auch mit Hilfe der Kreuzkorrelation zwischen M\ und Mi die Zeitverzögerung bestimmt werden.

Da das Mischsignal an einer Stelle des Flugzeuges gemessen wird, die sehr viel weiter von der Quelle des Auslaßsignales entfernt ist als die unmittelbar neben der Auslaßmündung des Motors liegende Mikrofonsonde, muß das Auslaßsignal vor der Subtraktion in seiner Amplitude angepaßt werden. Die Amplitudenanpassung kann sich nach einem bekannten Amplituden-Abnahmegesetz richten in Abhängigkeit von der Lage des Mikrofons M\ im Nah- oder Fernfeld in bezug auf die Auslaßmündung des Motors. Dieses Vorgehen setzt ungestörte Ausbreitung voraus. Die sicherste und einfachste Methode ist es, die Amplitude des Auslaßsignals des Motors direkt auf dem Bildschirm des FFT aufgrund sichtbarer charakteristischer Merkmale des Auslaßsignals im Mischsignal anzupassen.

In F i g. 2 sind in zwei übereinander angeordneten Diagrammen für niedrige und hohe Motorleistung links in den Diagrammen die Mischsignale — dünne Linien — wiedergegeben. Diesen Mischsignalen überlagert sind hier die Motorauslaßsignale — dicke Linie — dargestellt Die Phasenanpassung ist hier dadurch durchgeführt, daß in den beiden Signalen gleiche Signalverläufe zur Deckung gebracht wurden. Auf solche Signalverläufe ist in den Diagrammen nach F i g. 2 durch Pfeile hingewiesen worden. Nachdem auf diese Weise im FFT die beiden Signalverläufe phasenmäßig zur Deckung und damit gleichzeitig amplitudenmäßig angepaßt wurden, wurde eine Signalsubtraktion durchgeführt Dadurch ergibt sich dann das reine Propellerdrucksignal, wie es in F i g. 2 im rechten Teil der Diagramme wiedergegeben ist Auf diese Weise wird das Propellerdrucksignal quantitativ und reproduzierbar ermittelt. Durch die jedem Zylinder eigene Kennung wird sichergestellt, daß eine Subtraktion jeweils aus dem Mischsignal erfolgt, an dessen Entstehen der betreffende Zylinder beteiligt war.

Mit dem Verfahren lassen sich beispielsweise bei der Entwicklung von Propellerblättern die Auswirkungen einzelner Entwicklungsmaßnahmen aus dem durch die Subtraktion erhaltenen reinen Propellerdrucksignal quantitativ feststellen. Damit werden Entwicklungsarbeiten zur Verringerung der Größe des Propellerdrucksignals wesentlich erleichtert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

res derart gemessen und synchron mit den Mischsigna-Patentanspruch: len aufgezeichnet werden, daß zur Ermittlung des ionen Propellerdrucksignals die Signale amplitudenrichtig

Verfahren zur Ermittlung des Propellerdrucksi- transformiert, gleiche Signalflanken der Mischsignafc gnals aus dem im Flug mit einem am Flugzeug ange- 5 und der dem jeweiligen Mischsignal zugeorndeten Zyordneten Mikrofon gemessenen Propeller/Zylinder- linderauslaßsignale zur Deckung gebracht und von den auslaß-Mischsignal bei Propellerflugzeugen mit Mischsignalen die Zylinderauslaßsignale des Motors Viertakmotoren, bei dem das vom Mikrofon aufge- subtrahiert werden können.

nommene Mischsignal aufgezeichnet wird, da- Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Meßdur c h gekennzeichnet, daß zusätzlich die to diagrammen dargestellt und im nachstehenden im ein-Auslaßsignale der einzelnen Zylinder des Motors an zelnen anhand der Zeichnung beschrieben, der Mündung des Auspuffrohres derart gemessen Fig. 1 zeigt die Auslaßsignale der einzelnen Zylinder

und synchron mit den Mischsignalen aufgezeichnet eines Motors bei hoher und niedriger Leistung, werden, daß zur quantitativen Ermittlung des reinen F ig. 2 zeigt in zwei Diagrammen für niedrige und

Propellerdrucksignals die Signale amplitudenrichtig 15 hohe Motorleistung links die Mischsignale und rechts transformiert, gleiche Signalflanken der Mischsigna- das Propellersignal sowie eine Darstellung eines Flog-Ie und der dem jeweiligen Mischsignal zugeordneten zeuges mit Mikrofonen für das Mischsignal und die Aus-Zylinderauslaßsignale zur Deckung gebracht und Iaßsignale des Motors an der Mündung des Auspuffrohvon den Mischsignalen die Zylinderauslaßsignale res.

des Motors subtrahiert werden können. 20 Zur Durchführung des Verfahrens wurde vor den

Tragflächen eines Flugzeuges eine erste Mikrofonsonde

Mi angeordnet. Eine zweite Mikrofonsonde wurde neben dem Motorauslaß angebracht, und zwar etwa ία einer Entfernung von 20 cm von der Mündung des Mo-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Er- 25 torauslasses, wie in Fig.2 oben links angedeutet Das mittlung des Propellerdrucksignals aus dem im Flug mit erste Mikrofon M_x war bei den Versuchen im Bereich einem am Flugzeug angeordneten Mikrofon gemesse- des Endes des backbordseitigen Flügelendes angeordnen Propeller/Zylmderauslaß-Mischsignal bei Propel- net, und zwar mit einem Träger in einem Abstand von lerflugzeugen mit Viertaktmotoren, bei dem das vom 1 m hinter der Propellerebene. Verwendet wurden Mi-Mikrofon aufgenommene Mischsignal aufgezeichnet 30 krofone gleicher Ausstattung, und zwar Mikrofone mk wird. jeweils einem Nasenkonus.

Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art Ober das erste Mikrofon werden Mischsignale emp-

(Journal of Aircraft, Volume 18, Juni 1981, Seiten 480 bis fangen mit Anteilen des Propellergeräusches und des 486) wird davon ausgegangen, daß bei den Kombinatio- Zylinderauslaßgeräusches. Das zweite Mikrofon empnen von Vierzylinder-Viertaktmotoren mit zweiflügli- 35 fängt im wesentlichen nur das Zylinderauslaßgeräusch. gern Propeller und Sechszylinder-Viertaktmotoren mit Die von den Mikrofonen aufgenommenen Signale wurdreiflügligem Propeller die für den Propellerdrehklang den synchron auf einem mehrspurigen Tonband aufge- und das Zylinderauslaßsignal charakteristischen Fre- zeichnet Es wurde der Geräuschpegel bei verschiedequenzen sich überlappen, so daß eine Trennung der Ge- nen Motorleistungen aufgezeichnet räuschquellen schwierig ist Bei dem bekannten Verfa- 40 Die Auswertung des im Flug mit der neben dem Mohen werden dabei zwei Messungen durchgeführt, wobei torauslaß angeordneten Mikrofonsonde gemessenen für die zweite Messung der Propeller um eine halbe Zylinderausfaßgeräusches haben ergeben, daß das Aus-Teilung gegen die Motorwelle versetzt wird. Die gemes- Iaßgeräusch im Zeitverlauf mit der Periode "einer halben senen Signale werden dann in üblicher Weise aufberei- Drehzahl des Motors und das Drucksignal jedes Artet und einer Frequenzanalyse unterzogen. Auf diese 45 beitshubes — Expansionsdruck nach der Verbrennung Weise ist es nicht möglich, das reine Propellerdrucksi- — für jeden einzelnen Zylinder in der Signalaufzeicfegnal quantitativ und reproduzierbar zu bestimmen. nung identifizierbar ist Es wird angenommen, daß das

Bei einem bekannten Verfahren zur Schwingungs- Geräusch des ausströmenden Abgases durch Reflexiomessung an umlaufenden Maschinenteilen (DE-OS nen im Auslaßrohr und unterschiedliche Weglängen bis 2414971) werden elektrische Schwingungssignale 50 zu dessen Mündung eine besondere »Kennung« erhält durch phasensynchrone Mischung von gespeicherten Die Folgezeiten der Mischsignale sind gleich

Signalen mit aus einem von den umlaufenden Maschi- U(B · n) = H(Z - n)— B = Propellerblattzahl, Z = nenteilen beaufschlagten Meßfühler gewonnenen Si- Zylinderzahl. Darüber hinaus sind die Signale in Phase gnalen erzeugt Die gespeicherten Signale werden dabei und damit sind ihre wesentlichen Anteile im Zeitablauf in einem gesonderten Meßlauf gewonnen, und sie ent- 55 überlagert

sprechen dem Abstand des Meßfühlers von den schwin- In der Zeitfolge trifft das Drucksignal eines Propeller-

gungsfrei umlaufenden Maschinenteilen und den Struk- blattes alternierend auf das Drucksignal eines von zwei tureinflüssen der so umlaufenden Maschinenteile auf möglichen Zylindern. Der volle Arbeitszyklus des Vierden Meßfühler. Ein solches Verfahre setzt voraus, daß taktmotors entspricht zwei Wellenumdrehungen. Das die gespeicherten Signale für alle Betriebszustände der 60 Drucksignal des Zylinders wiederholt sich damit perio-Maschintenteile gleich sind. Dies ist aber bei einem Ver- disch mit 2In. Das Drucksignal des Propellerblattes wiefahren der gattungsgemäßen Art nicht der FaIL derholt sich periodisch mit Un.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem es In F i g. 1 sind übereinander für unterschiedliche Mo-

möglich ist, das Propellerdrucksignal quantitativ aus torleistungen die Auslaßdrucksignale eines Sechszylindern Propeller/Zylinderauslaß-Mischsignd zu ermitteln. 65 dermotors — hier eines Teledyne-Continental TSIO-Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch 520-M wiedergegeben, und zwar mit dem Schalldruck gelöst, daß zusätzlich die Auslaßsignale der einzelnen aufgetragen über der Zeit Die Motordrehzahl betrug Zylinder des Motors an der Mündung des Auspuffroh- π = 2600 l/min.