DE3705378A1 - Light-construction combination silencer unit for a propeller and exhaust gas having an inlet flow straightener and reflection-reducing outlet-flow flaps - Google Patents

Abstract

For optimum reduction in the noise emission in the case of an airscrew (propeller) drive and a piston engine, the airscrew is provided with a tunnel which is clad on the inside with silencing material (sound-insulating material) and contains an exhaust gas supply so that the exhaust gas is sucked into the propeller outlet flow in a laminar manner, an inlet flow straightener and reflection-reducing outlet-flow flaps additionally reducing the indirect emissions.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ringförmigen Schall­ dämpfer für Mantelstromtriebwerke.The present invention relates to an annular sound dampers for turbofan engines.

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.Free-moving and tunneled propellers produce immediate bar and indirect noise emissions that are their area of application can significantly restrict if the approval requirement maximum effective perceived noise level - EPNL - prescribe.

Unmittelbar erzeugt eine Luftschraube Rotations-, Wirbel-, Verdrängungs- und Blattschwingungsgeräusche, mittelbar wer­ den diese ergänzt durch Geräusch infolge ungleichmäßiger Anströmung und Reflektionen der Abstromschwankungen.Immediately, an air screw generates rotation, vortex, Displacement and leaf vibration noises, indirect who which this is supplemented by noise due to uneven Inflow and reflections of the outflow fluctuations.

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.If one considers drive - piston engine - and propeller as Unity, so the aforementioned noise is the sound generation by periodic ejection of a fluid medium - Exhaust gas - from an opening as well as the sound radiation of the engine itself.

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.Starting from an air screw of indefinite diameter with variable speed, the rotational noise of the rotating, adhesive pressure fields by enlarging the Air screw diameter when the speed is reduced min other.

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.The swirling sound of the sheet ends and trailing edges outgoing vertebrae by a suitable buoyancy ver Minimize pitch and tip configuration and cut through Damp tunneling as the maximum value of the vortex noise is reached in the plane of rotation of the propeller.

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. Displacement noises such as those found at higher ones Blade tip speeds due to the transition from supersonic into the subsonic flow with a sudden increase in pressure can be recorded by reducing the local Mach-number Mach-ends occurring Minimize sweep.  

Geräusche infolge ungleichmäßiger Anströmung lassen sich mit Bekanntem dadurch mindern, daß der Zustrom von abschwimmen­ den Wirbelbändern oder Druckdifferenzen aus vorgelagerten Elementen freigehalten wird.Noises due to uneven flow can be mitigate the known by reducing the influx of the vortex bands or pressure differences from upstream Elements is kept free.

Schallpulse aus Abgasausstoß werden konventionell durch Minderung der Strömungsgeschwindigkeit durch Siebrohr, Prallbleche und Dämpfungsmaterialien in Schalldämpfergehäusen gemindert.Sound pulses from exhaust emissions become conventional by reducing them the flow rate through the screen pipe, baffle plates and Damping materials in muffler housings reduced.

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.For ultralight aircraft with a narrow noise limit is prescribed, there is an optimal noise reduction by means of the measures mentioned, since a ver enlargement of the propeller to space and weight problems encountered, a reduction in engine speed difficult and conventional silencer units if are too heavy.

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.A trouble-free inflow can be the result of the many stored construction elements can not be reached and Reflections on blown flaps for effective control the short devices have to be accepted. The un uniform inflow as in the case of sliding flight conditions occurs only plays a subordinate role.

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.The object of the invention is therefore to a silencer create that is small and light and both immediate both direct and indirect sound immissions of air screws / effectively reduces internal combustion engine unit.

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. This object is essentially achieved according to the invention solved that the inflow rectified by an intent the smaller diameter airscrew in one man tel works, the inner lining of which is sound-absorbing, the exhaust gas through the same insulation layer in the exhaust current is sucked off and that outflow flaps are provided the, at least in the nose area through cushioning are reduced in reflection. Drive, propeller, equal the judge, jacket and outflow flap reduce noise decorative unit.  

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.If you consider the main sound source that with the air screw be all-round pressure fields and vortex exits, so will their Sound pulses in the execution of the tunnel according to the invention damped by the fact that this is gas on the inside casual mineral fiber or similar relatively large layer thickness is dressed. This is made possible by the fact that the tunnel essentially of two circularly curved tubes and one outside, thin outer wall is built, with which the Space between the pipes for insulation material is available.

Um Resonanzschwingungen der dünnen Außenhaut zu vermeiden, ist diese auf der Innenseite mit plastischem Material belegt.To avoid resonance vibrations of the thin skin these are covered on the inside with plastic material.

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.Such a jacket can be used when using lightweight materials like aluminum warp-resistant and light, with sufficient Depth can be built so that a smaller drive motor behind the propeller - disguised - still lies in the tunnel and is also shielded.

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.According to the invention, the exhaust gas from the engine is supplied via a feed line led into one or both circular arc tubes, by where there are different ab from a variety of holes stands - Siebrohre effect - under the internally conductive, gas through casual insulation material reaches and through this flat in the Downstream propeller is sucked.

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.The circular construction element of the jacket is there with multifunctional as well as the interior insulation and the flat suction avoids the periodic discharge of a fluid mediums as a very effective process of sound generation.

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.The combined silencer unit can be lighter are managed as a conventional exhaust silencer. Despite a possible reduced propeller diameter with sufficient jacket depth and maintaining the speed of the Boost thrust a little cheaper and the flight propulsion at UL-specific speeds in the area of free-moving air screw.

Eine optimale Abgasführung kann durch eine vorgeschaltete Drosselklappe in der Mantelzuleitung erreicht werden, die den Abgasstaudruck - Absaugung - regelt. Optimal exhaust gas routing can be achieved with an upstream Throttle valve can be reached in the jacket supply line regulates the exhaust back pressure - extraction.  

Die vorbeschriebene Antrieb/Schalldämpfereinheit wird im Zu­ strombereich durch einen Gleichrichter ergänzt.The drive / muffler unit described above is in the Zu current range supplemented by a rectifier.

Der erfindungsgemäße Gleichrichter besteht aus einem dünnen Material mit Siebcharakter - z. B. Drahtgeflecht -, das kuppel­ artig den Einlauf abschirmt.The rectifier according to the invention consists of a thin one Sieve-like material - e.g. B. wire mesh - the dome shields the inlet well.

Damit wird erreicht, daß Druckschwankungen im Zulauf - Turbu­ lenzen - im "Sieb" gleichgerichtet werden und schallimmitieren­ de Anblaseffekte u. ä. ausbleiben müssen.This ensures that pressure fluctuations in the inlet - Turbu limit - be rectified in the "sieve" and imitate sound blowing effects u. Ä. have to stay away.

In gewissem Umfang kann der Gleichrichter bei entsprechender Ausformung und Durchlässigkeitsdifferenzierung auch Lärm­ effekte aus schräger Anströmung - Schiebeflug - mindern.To a certain extent, the rectifier can with appropriate Forming and permeability differentiation also noise mitigate effects from oblique flow - sliding flight.

Die Strömungsgeschwindigkeit stellt sich vor und hinter dem Gleichrichter gleich ein; das zu berücksichtigende Druckge­ fälle bestimmt sich nach der differenzierten Maschenweite.The flow velocity is in front of and behind the Rectifier equal one; the pressure to be taken into account falls is determined by the differentiated mesh size.

Mit dem Gleichrichtervorsatz ist die Möglichkeit gegeben, den Mantel entsprechend tief im System unterzubringen, da das Einsaugen von Festkörpern wirksam vermieden wird.With the rectifier attachment it is possible to accommodate the jacket accordingly deep in the system, because the suction of solids is effectively avoided.

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 the downstream of the propeller, the A sees one or more blown-on control or trim tabs in front, the nose area is hollow and with sound insulating material is padded to reflect from the To keep outflow low. The flaps can too be provided with an insulation layer on the side.

In Luftschraubennähe liegende Konstruktionselemente - z. B. Motorhalterungen - werden sinnvoll, um Resonanzschwingungen zu vermeiden, schalldämmend ummantelt.Construction elements located near the propeller - e.g. B. Motor mounts - are useful to avoid resonance vibrations to avoid soundproof sheathed.

Die erfindungsgemäße Einheit wird im weiteren beispielhaft und schematisch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigtThe unit according to the invention will be given below as an example and explained schematically using an exemplary embodiment. It shows

Fig. I den Tunnelquerschnitt, Fig. I the tunnel cross section,

Fig. II den Klappenquerschnitt, Fig. II the flaps cross-section,

Fig. III die gesamte Einheit in der Übersicht. Fig. III the entire unit in the overview.

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.A particularly light but functional coat To create in the sense of the invention, this is made of two circular curved aluminum tubes are the same or also  of different diameters and an outer wall made of thin Sheet metal or other heat-resistant material built up.

Fig. I zeigt im Querschnitt beispielhaft die Lage der form­ gebenden, kreisförmig gebogenen Rohre (2) und der Außenwand (3). Fig. I shows in cross section, for example, the position of the shaping, circularly curved tubes ( 2 ) and the outer wall ( 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.One of the tubes or both have an inlet for exhaust gas ( 9 ) and distributed over the circumference, inwardly directed holes, which also give the construction element the function of a sieve tube.

Die Außenwand (3) weist zur Unterdrückung von Resonanz­ schwingungen auf der Innenseite eines fest aufgebrachte, plastische Dämmschicht (7) auf.The outer wall ( 3 ) has to suppress resonance vibrations on the inside of a firmly applied, plastic insulation layer ( 7 ).

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.The inside of the tunnel ( 1 ) is formed by gas-permeable insulating material ( 5 ), which is formed by thin layers ( 6 ) - z. B. wire mesh - is supported. ( 8 ) shows an example of the position of the propeller in the 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. II shows the cross section of an outflow flap with a nose which is reduced by reflection there ( 10 ). According to the invention, the insulating material can also be advanced to the rear edge.

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. Fig. III shows the complete unit according to the invention in an overview, the engine and propeller being indicated schematically. The rectifier ( 11 ) is arranged in a dome shape in front of the tunnel ( 1 ). The "mesh size" of the rectifier can differ according to the invention and adapted shapes - z. B. on a hull in the form of a cone - are within the meaning of the invention. An outflow flap with a reflection-damped nose ( 10 ) is arranged behind the tunnel on schematically shown mounts.

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.1. Lightweight combination muffler unit for propeller and exhaust gas with inflow rectifier and reflection-reduced outflow flaps as a jacket engine unit, characterized in that the jacket ( 1 ) from at least one circular arc-shaped tube or profile with inwardly directed holes ( 2 ) with inlet opening ( 9 ) and one enveloping outer layer ( 3 ) with an insulating layer ( 7 ) is built, as the inner lining has a circumferential sound-absorbing, gas-permeable layer ( 5 ), which is held by permeable molded layers ( 6 ), with an inflow rectifier ( 11 ) in a dome shape in front of the jacket ( 1 ) is arranged, which consists of material with a sieve character, and downstream flaps are arranged behind the jacket ( 1 ), which are permitted at least in the nose area with sound-absorbing material ( 10 ). 2. Leichtbau-Kombinationsschalldämpfereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (11) über die Fläche differenzierte Maschenweiten aufweist.2. Lightweight combination silencer unit according to claim 1, characterized in that the rectifier ( 11 ) has differentiated mesh sizes over the surface.