DE3705378A1 - Leichtbau-kombinationsschalldaempfereinheit fuer luftschraube und abgas mit zustromgleichrichter und reflektionsgeminderten abstromklappen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ringförmigen Schall­ dämpfer für Mantelstromtriebwerke.

Freifahrende und getunnelte Luftschrauben erzeugen unmittel­ bar und mittelbar Schallimmissionen, die ihren Einsatzbereich erheblich einschränken können, wenn die Zulassungsvorschrif­ ten einen maximalen effektiv wahrgenommenen Lärmpegel - EPNL - vorschreiben.

Unmittelbar erzeugt eine Luftschraube Rotations-, Wirbel-, Verdrängungs- und Blattschwingungsgeräusche, mittelbar wer­ den diese ergänzt durch Geräusch infolge ungleichmäßiger Anströmung und Reflektionen der Abstromschwankungen.

Betrachtet man Antrieb - Kolbenmotor - und Luftschraube als Einheit, so ist dem vorgenannten Geräusch auch die Schall­ erzeugung durch periodischen Ausstoß eines Fluidmediums - Abgas - aus einer Öffnung sowie die Schallabstrahlung des Motors selbst hinzuzurechnen.

Ausgehend von einer Luftschraube unbestimmten Durchmessers mit variabler Drehzahl läßt sich das Rotationsgeräusch der rotierenden, anhaftenden Druckfelder durch Vergrößerung des Luftschraubendurchmessers bei Herabsetzung der Drehzahl min­ dern.

Das Wirbelgeräusch der von den Blattenden und Hinterkanten abgehenden Wirbel läßt durch eine geeignete Auftriebsver­ teilung und Blattspitzenkonfiguration minimieren und durch Tunnelung dämpfen, da der Maximalwert des Wirbelgeräuschs in der Rotationsebene der Luftschraube erreicht wird.

Verdrängungsgeräusche wie sie insbesondere bei höheren Blattspitzengeschwindigkeiten durch Übergang der Überschall- in die Unterschallströmung mit plötzlichem Druckanstieg verzeichnet werden, lassen sich durch Verringerung der ört­ lich auftretenden Luftschraubenenden-Machzahl mittels Pfeilung minimieren.

Geräusche infolge ungleichmäßiger Anströmung lassen sich mit Bekanntem dadurch mindern, daß der Zustrom von abschwimmen­ den Wirbelbändern oder Druckdifferenzen aus vorgelagerten Elementen freigehalten wird.

Schallpulse aus Abgasausstoß werden konventionell durch Minderung der Strömungsgeschwindigkeit durch Siebrohr, Prallbleche und Dämpfungsmaterialien in Schalldämpfergehäusen gemindert.

Für Ultraleicht-Flugzeuge, bei denen ein enger Lärmgrenzwert vorgeschrieben ist, kommt eine optimale Geräuschreduzierung mittels genannter Maßnahmen nicht in Betracht, da eine Ver­ größerung der Luftschraube auf Platz- und Gewichtsprobleme stößt, eine Herabsetzung der Drehzahlen Getriebeschwierig­ keiten bringt und konventionelle Schalldämpfereinheiten eben­ falls zu schwer sind.

Eine störungsfreie Zuströmung kann infolge der vielen vorge­ lagerten Konstruktionselemente nicht erreicht werden und Reflektionen an angeblasenen Klappen zur wirksamen Steuerung der kurz bauenden Geräte müssen hingenommen werden. Die un­ gleichmäßige Anströmung wie sie bei Schiebeflugzuständen auf­ tritt, spielt nur eine untergeordnete Rolle.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schalldämpfer zu schaffen, der klein und leicht ist und sowohl die unmittel­ baren als auch mittelbaren Schallimmissionen einer Luft­ schrauben/Verbrennungskraftmotoreinheit wirksam mindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Zustrom durch einen Vorsatz gleichgerichtet wird, die Luiftschraube geringeren Durchmessers in einem Man­ tel arbeitet, dessen Innenauskleidung schalldämmend wirkt, das Abgas durch die gleiche Dämmschicht flächig in den Ab­ strom abgesaugt wird und daß Abstromklappen vorgesehen wer­ den, die zumindest im Nasenbereich durch Dämpfungseinlagen reflektionsgemindert sind. Antrieb, Luftschraube, Gleich­ richter, Mantel und Abstromklappe stellen eine schallredu­ zierende Einheit dar.

Betrachtet man als Hauptschallquelle die mit der Luftschrau­ be umlaufendne Druckfelder und Wirbelabgänge, so werden deren Schallpulse bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Tunnels dadurch gedämpft, daß dieser auf der Innenseite mit gasdurch­ lässiger Mineralfaser o. ä. relativ großer Schichtdicke aus­ gekleidet ist. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Tunnel im wesentlichen aus zwei kreisförmig gebogenen Rohren und einer außen umlaufenden, dünnen Außenwand aufgebaut wird, womit der Zwischenraum der Rohre für Dämmaterial zur Verfügung steht.

Um Resonanzschwingungen der dünnen Außenhaut zu vermeiden, ist diese auf der Innenseite mit plastischem Material belegt.

Ein solcher Mantel kann bei Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium verwindungssteif und leicht, bei ausreichender Tiefe gebaut werden, so daß ein kleinerer Antriebsmotor hinter der Luftschraube - verkleidet - noch im Tunnel zu liegen kommt und damit ebenfalls abgeschirmt ist.

Erfindungsgemäß wird das Abgas des Motors über eine Zuleitung in eines oder auch beide kreisbogenförmige Rohre geführt, von wo es aus einer Vielzahl von Bohrungen unterschiedlichen Ab­ stands - Siebrohreffekt - unter das innenleitende, gasdurch­ lässige Dämmaterial gelangt und durch dieses flächig in den Luftschraubenabstrom gesaugt wird.

Das kreisbogenförmige Konstruktionselement des Mantels ist da­ mit ebenso wie die Innendämmung multifunktional und die flächi­ ge Absaugung vermeidet den periodischen Ausstoß eines Fluid­ mediums als sehr wirkungsvollen Prozeß der Schallerzeugung.

Die kombinierte Schalldämpfereinheit kann dabei leichter aus­ geführt werden als ein konventioneller Abgasschalldämpfer. Trotz eines möglichen verringerten Propellerdurchmessers liegt bei ausreichender Manteltiefe und beibehaltender Drehzahl der Standschub etwas günstiger und der Flugvortrieb bei UL-spezifi­ schen Geschwindigkeiten im Bereich der freifahrenden Luft­ schraube.

Eine optimale Abgasführung kann durch eine vorgeschaltete Drosselklappe in der Mantelzuleitung erreicht werden, die den Abgasstaudruck - Absaugung - regelt.

Die vorbeschriebene Antrieb/Schalldämpfereinheit wird im Zu­ strombereich durch einen Gleichrichter ergänzt.

Der erfindungsgemäße Gleichrichter besteht aus einem dünnen Material mit Siebcharakter - z. B. Drahtgeflecht -, das kuppel­ artig den Einlauf abschirmt.

Damit wird erreicht, daß Druckschwankungen im Zulauf - Turbu­ lenzen - im "Sieb" gleichgerichtet werden und schallimmitieren­ de Anblaseffekte u. ä. ausbleiben müssen.

In gewissem Umfang kann der Gleichrichter bei entsprechender Ausformung und Durchlässigkeitsdifferenzierung auch Lärm­ effekte aus schräger Anströmung - Schiebeflug - mindern.

Die Strömungsgeschwindigkeit stellt sich vor und hinter dem Gleichrichter gleich ein; das zu berücksichtigende Druckge­ fälle bestimmt sich nach der differenzierten Maschenweite.

Mit dem Gleichrichtervorsatz ist die Möglichkeit gegeben, den Mantel entsprechend tief im System unterzubringen, da das Einsaugen von Festkörpern wirksam vermieden wird.

Im Abstrom der Luftschraube sieht die erfindungsgemäße Ein­ heit eine oder mehrere angeblasene Steuer- oder Trimmklappen vor, deren Nasenbereich hohl ausgeführt ist und mit schall­ dämmendem Material aufgefüllt ist, um Reflektionen aus dem Abstrom heraus gering zu halten. Die Klappen können auch seitlich mit einer Dämmlage versehen sein.

In Luftschraubennähe liegende Konstruktionselemente - z. B. Motorhalterungen - werden sinnvoll, um Resonanzschwingungen zu vermeiden, schalldämmend ummantelt.

Die erfindungsgemäße Einheit wird im weiteren beispielhaft und schematisch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. I den Tunnelquerschnitt,

Fig. II den Klappenquerschnitt,

Fig. III die gesamte Einheit in der Übersicht.

Um einen besonders leichten, aber funktionsgerechten Mantel im Sinne der Erfindung zu schaffen, wird dieser aus zwei kreisförmig gebogenen Aluminiumrohren gleichen oder auch unterschiedlichen Durchmessers und einer Außenwand aus dünnem Blech oder sonstigem hitzebeständigem Material aufgebaut.

Fig. I zeigt im Querschnitt beispielhaft die Lage der form­ gebenden, kreisförmig gebogenen Rohre (2) und der Außenwand (3).

Eines der Rohre oder auch beide weisen einen Einlaß für Abgas (9) sowie über den Umfang verteilte, nach innen ge­ richtete Bohrungen auf, die dem Konstruktionselement zu­ sätzlich die Funktion eines Siebrohres geben.

Die Außenwand (3) weist zur Unterdrückung von Resonanz­ schwingungen auf der Innenseite eines fest aufgebrachte, plastische Dämmschicht (7) auf.

Die Innenseite des Tunnels (1) wird durch gasdurchlässiges Dämmaterial (5) ausgeformt, das durch dünne Formlagen (6) - z. B. Drahtgeflecht - gehaltert ist. (8) zeigt beispielhaft die Lage derLuftschraube im Tunnel.

Fig. II zeigt den Querschnitt einer Abstromklappe mit einer Nase, die durch Dämmaterial dort (10) reflektionsgemindert ist. Das Dämmaterial kann erfindungsgemäß auch bis zu Hinter­ kante fortgelegt werden.

Fig. III zeigt die komplette, erfindungsgemäße Einheit in der Übersicht, wobei Motor und Luftschraube schematisch an­ gedeutet sind. Vor dem Tunnel (1) ist der Gleichrichter (11) kuppelförmig angeordnet. Die "Maschenweite" des Gleichrichters kann erfindungsgemäß differieren und angepaßte Formgebungen - z. B. an einen Rumpf in Form eines Kegels - sind im Sinne der Erfindung. Hinter dem Tunnel ist an schematisch gezeigten Halterungen eine Abstromklappe mit reflektionsgedämpfter Nase (10) angeordnet.

Claims (2)

1. Leichtbau-Kombinationsschalldämpfereinheit für Luftschraube und Abgas mit Zustromgleichrichter und reflektionsgeminderten Abstromklappen als Manteltriebwerkseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) aus mindestens einem kreisbogenförmig ge­ bogenem Rohr oder Profil mit nach innen gerichteten Bohrungen (2) mit Einlaßöffnung (9) und einer umhüllenden Außenlage (3) mit Dämmschicht (7) aufgebaut ist, als Innenauskleidung eine umlaufende schalldämmende, gasdurchlässige Lage (5) aufweist, die durch durchlässige Formlagen (6) gehaltert ist, wobei vor dem Mantel (1) ein Zustromgleichrichter (11) kuppelförmig an­ geordnet ist, der aus Material mit Siebcharakter besteht, und hinter dem Mantel (1) Abstromklappen angeordnet sind, die zu­ mindest im Nasenbereich mit schalldämmendem Material (10) aus­ gestattet sind.

2. Leichtbau-Kombinationsschalldämpfereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (11) über die Fläche differenzierte Maschenweiten aufweist.