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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Flügelmischer für ein in
einem Flugzeug verwendetes Strahltriebwerk.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Das
von den Triebwerken eines Flugzeugs erzeugte Geräusch ist eines der lästigsten
Umweltprobleme, wobei es einen starken Wunsch gibt, dieses zu verringern.
Dieses Strahldüsengeräusch wird hauptsächlich durch
die Wirbelströmung
oder die Stoßwellen
verursacht, die durch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem
Triebwerksaustritt und der umgebenden Luft und der Überlagerung
zwischen ihnen erzeugt wird.
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Gemäß 1 ist
ein Flugzeugtriebwerk 1 (Strahltriebwerk) mit einem Leitrad 2,
das Luft hereinzieht, einem Kompressor 3, um die herein
gezogene Luft zu komprimieren, einer Brennkammer 4, um Kraftstoff
in der komprimierten Luft zu verbrennen, einer Turbine 5,
die das Leitrad 2 und den Kompressor 3 mittels
der Verbrennungsgase von der Brennkammer 4 antreibt, usw.
ausgerüstet.
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Grundsätzlich ist
die Lautstärke
des Strahldüsengeräusches proportional
zur achten Potenz der Düsengeschwindigkeit,
so dass, wenn die Düsengeschwindigkeit
ansteigt, das daraus resultierende Geräusch sehr schnell ansteigt.
Damit ist bei einem Turbinenluftstrahltriebwerk die größte Komponente
des Geräusches
das Geräusch,
das durch den Düsenstrahl
erzeugt wird, der den Schub erzeugt, wobei selbst bei einem Mantelstromtriebwerk
mit einem großen
Bypass-Verhältnis
das Geräusch
des Düsenstrahls
das nächst
größte nach
dem Geräusch
ist, das durch das Leitrad erzeugt wird.
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Wenn
ein Flugzeug fliegt, nimmt die Gesamtlautstärke des Geräusches ab, hauptsächlich weil
die Differenz zwischen der Austrittsgeschwindigkeit (Düsenstrahlströmung) und
der der umgebenden Luft abnimmt, wobei jedoch die Größe der Verringerung nicht
in jeder Richtung gleich ist, die Verringerung ist in der Austrittsrichtung
am größten, wobei
andererseits die Größe der Verringerung
zum vorderen Ende hin kleiner wird. Um das Düsenstrahlgeräusch zu
verringern, wurde eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen; es kann
eine geteilte Düse
verwendet werden, obwohl dies in gewissem Ausmaß den Verzicht auf Schub (Schubkraft)
bedeutet, oder ein Düsenstrahl kann
mittels einer feststehenden Wand oder eines Hochtemperatur-Gases
abgeschirmt werden. Die wirksamste Idee ist es, die Geschwindigkeit
der Düsenstrahlströmung zu
reduzieren.
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2 zeigt
das Verhältnis
zwischen der Frequenz und der Größe der akustischen
Ausgabe (Geräusch)
entsprechend den unterschiedlichen Geschwindigkeitsverteilungen
in den Düsenstrahlströmungen,
die von den Austritten der Mantelstromtriebwerke mit der gleichen
Verdrängungskapazität ausgestoßen werden.
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Im
Fall (a) besteht der Hauptdüsenstrahl
aus einer Hochgeschwindigkeits-Kernströmung, die hauptsächlich von
der Mitte des Austrittkanals ausgestoßen wird, und einer Bypass-Strömung mit
niedriger Geschwindigkeit, die grundsätzlich von den umgebenden Abschnitten
des Austrittkanals ausströmt, die
eine konzentrische Komponente bildet und die einen wirksamen Schub
erzeugt.
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Wie
in der unteren graphischen Darstellung gemäß 2 gezeigt
wird, erzeugt der Hauptdüsenstrahl
(a) eine große
Geräuschausgabe,
besonders im Niederfrequenz-Bereich.
Andererseits erzeugen die Geschwindigkeits-Umkehrdüsenstrahlen
gemäß (c) und
(d) hohe Geräuschausgaben
in den mittleren und hohen Frequenzbereichen, wobei ein Aufbau erforderlich
ist, der die Geschwindigkeitsverteilung in der Düsenstrahlströmung umkehrt.
Folglich wird der gemischte Strahl gemäß (b) als wünschenswert betrachtet, da
er die gesamten Geräuschausgaben
verringern kann.
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Daher
nutzen die herkömmlich
verwendeten Technologien einen in der Austrittsdüse installierten Mischer (Mischvorrichtung),
der die Kernströmung und
die Bypass- Strömung wirksam
vermischt, wobei dadurch die Düsenstrahlgeschwindigkeit
der Kernströmung
verringert und zur gleichen Zeit die Geschwindigkeit der Bypass-Strömung erhöht wird,
so dass die Gesamtverteilung der Düsenstrahlgeschwindigkeiten,
die von der Austrittsdüse
ausgestoßen
werden, gleichförmig
gemacht werden und das Düsenstrahlgeräusch verringert
wird.
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In
der Praxis wird gemäß 1 Luft,
die durch das Leitrad 2 hereingezogen wird, in eine Kernströmung 14,
die durch den Kompressor 3, die Brennkammer 4 und
die Turbine 5 geführt
wird, und eine Bypass-Strömung 13 (Leitradströmung) aufgeteilt,
die diese Vorrichtungen umgeht, wobei durch Zusammenführen und
Mischen dieser Strömungen mit
dem Mischer 15 das Düsenstrahlgeräusch verringert
wird.
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Herkömmlich verwendete
Mischer sind normalerweise mit Flügeln gemäß 3 ausgestattet, wobei
dieser Flügelmischer 15 mit
einer inneren Führungswand
(Trennwand) mit einer Wellenform im Querschnitt ausgebildet ist
und die Form so ist, dass die Wellen stromabwärts größer werden und die Bypass-Strömung 13 (durchgehende
Pfeillinien) und die Kernströmung 14 (unterbrochene
Pfeillinien) am stromabwärts
gelegenen Ende zusammengeführt werden,
wobei im Turbulenzbereich X stromabwärts vom Mischer 15 (siehe 1)
sowohl die Bypass- als auch die Kernströmung wirksam vermischt werden.
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Bei
dem herkömmlichen
Flügelmischer 15, der
in 3 typisch gezeigt wird, gibt es ein Problem dahingehend,
dass die Gesamtlänge
zunimmt und sich das Gewicht erhöht,
wenn der Vergrößerungswinkel
(Neigung) des Flügels
klein hergestellt wird, um eine hohe Mischwirkung zu ergeben. Umgekehrt kann
mit einem großen
Vergrößerungswinkel
keine zufrieden stellende Mischwirkung erreicht werden, da die Strömungen getrennt
bleiben.
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Unter
diesen Umständen
wurden verschiedene Mischer entwickelt, um die herkömmlichen Haupt-Flügelmischer
(4a) zu verbessern, wie ein Flügelmischer
mit Mehrfach-Flügeln
(4b) mit einer erhöhten Anzahl von Flügeln und
einem Zipfel-Flügelmischer
(4c) mit zipfelförmigen Ausschnitten im Flügelabschnitt.
Diese Mischer wurden verbessert, um eine konzentrische Wirkung um
den Mischbereich herum zu verringern, die durch die gleichen Neigungswinkel
dieser Flügelmischer
zur oberen Seite des Düsenstrahlstroms
mit dem gleichen Winkel verursacht wird.
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Bei
dem Flügelmischer
mit Mehrfach-Flügeln gibt
es jedoch ein Problem dahingehend, dass die Wirksamkeit des Schubs
auf Grund des erhöhten
Gewichts und Reibungswiderstands verringert ist. Der Zipfel-Flügelmischer
ist frei von dieser Art von Mängeln,
wobei aber besonders in dem Abschnitt, in dem es eine große Druckdifferenz
gibt, das mit den Druckschwankungen in Zipfelbereich verbundene
Geräusch
im Hochfrequenzbereich ansteigt, wobei so der gesamte Geräuschpegel
hoch ist.
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Obwohl
es wichtig ist, die Bypass-Strömung mit
der Kernströmung
zu vermischen, um die Verteilung der Geschwindigkeiten in der Düsenstrahlströmung zum
Verringern des Geräusches
gleichmäßig zu machen,
können
selbst die zuvor erwähnten,
verbesserten Flügelmischer
ein Absinken der Schubwirksamkeit nicht zufrieden stellend verhindern, wenn
sie die Strömungen
vollständig
vermischen. Noch deutlicher, selbst mit einem verbesserten Flügelmischer
können
die Bypass-Strömung
und die Kernströmung
nicht wirksam vermischt werden, so dass es Probleme dahingehend
gibt, das (1) der Düsenstrahlschub
durch Mischverluste verringert ist und (2) die Geschwindigkeit der
Düsenstrahlströmung in
der Nähe
der Mitte noch hoch ist und das Geräusch mit der Düsenstrahlgeschwindigkeit
immer noch ansteigt.
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Um
die Wirksamkeit von Flügelmischern
in dieser Hinsicht zu verbessern, richtete sich eine Entwicklung
auf unterschiedliche Formen und Größen von Vergrößerungsflügeln oder
Verkleinerungsflügeln
im gleichen Mischer. Im US Patent 5 117 628 (1992) werden zwischen
den Durchmesservergrößerungsflügeln eines
Flügelmischers
Vergrößerungsleitbleche
bereitgestellt, die kleiner sind und deren Auslass sich stromaufwärts von
den Hauptflügeln
befindet, so dass sie als eine Art Vormischer fungieren, wobei sie
die Temperaturdifferenz zwischen den heißen Kerngasen und den kühleren Bypass-Gasen verringern,
bevor sie die Mischzone des Hauptmischers erreichen. Auf diese Art
wird die Temperatur der Kerngase für die Verbrennung in einem
Nachbrenner optimiert.
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Das
US Patent 3 002 341 (1961) offenbart einen Mischer für heiße Kerngase
und Außenluft
in einer Geräusch-Unterdrückungsdüse, die
im Umfang beabstandete tiefe und breite Riffellungen umfasst, die
von Gruppen aus schmaleren und flacheren Riffellungen getrennt sind.
Dies entspricht einem Flügelmischer
mit großen
Durchmesserverkleinerungsflügeln
mit Gruppen aus kleineren Durchmesserverkleinerungsflügeln dazwischen.
Bei einer solchen Gestaltung wird eine Geräuschverringerung in unterschiedlichen
Teilen des Frequenzspektrums erreicht.
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Der
im US Patent 6 016 651 (2000) dargestellte Mehrstufenmischer erreicht
die Verringerung von Infrarot-Strahlung, indem zunächst die
heißen Austrittsgase
mit der kühlen
Luft in einem Flügelmischer
vermischt werden, der Durchmesservergrößerungsflügel und Durchmesserverkleinerungsflügel umfasst.
Es wird ein Wechsel von längeren
und kürzeren
Durchmesserverkleinerungsflügeln
bereitgestellt, so dass sich die längeren Flügel in einen Kernbereich der
Austrittsdüse
erstrecken. Auf diese Weise wird ein gründliches Vermischen erreicht,
während
der Schubverlust verringert wird.
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Das
US Patent 5 884 472 (1999) offenbart einen einstufigen Flügelmischer
zum Vermischen von heißem
Triebwerksgas mit Umgebungsluft, der an älteren Flugzeugtriebwerken
angebracht werden kann, mit der Absicht, deren Geräusch auf
Pegel unter modernen Geräusche-Standards
zu verringern. Auch in diesem Mischer werden die Durchmesservergrößerungsflügel mit
einem Wechsel von flachen und tiefen Durchmesserverkleinerungsflügeln kombiniert,
um aber die Gesamtlänge
des Mischers zu kurz wie möglich
zu halten, wird ein tieferes Eindringen erreicht, indem die Neigungswinkel
dieser Flügel
erhöht
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flügelmischer
bereitzustellen, der die Bypass-Strömung, die Kernströmung usw.
wirksam vermischt, während
die durch das Mischen verursachten Schubverluste unterdrückt werden,
und der das Düsenstrahlgeräusch verringern
kann.
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Die
vorliegende Erfindung bietet einen Flügelmischer (22) für Strahltriebwerke,
der die Kernströmung
(14), die durch den Kompressor (3), die Brennkammer
(4) und die Turbine (5) geführt wird, und die Bypass-Strömung (13)
vermischt, die diese Vorrichtungen umgeht, wobei der oben erwähnte Flügelmischer
einen Durchmesservergrößerungsabschnitt
(22a) aufnimmt, in dem die stromabwärts gelegenen Durchmesser allmählich mit
den unterschiedlichen Neigungswinkeln im zuvor erwähnten Durchmesservergrößerungsabschnitt
ansteigen.
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Gemäß der oben
erwähnten
Gestaltung der vorliegenden Erfindung hat der Durchmesservergrößerungsabschnitt,
der die Kernströmung
peripher nach außen
leitet, eine Neigung, die in der Stromabrichtung der Triebwerksachse
auseinander läuft, wobei
benachbarte Durchmesservergrößerungsabschnitte
in jedem Abschnitt mit unterschiedlichen Neigungswinkeln geformt
sind, wobei so die Kernströmung
in die Richtung der Neigungen dieser Durchmesservergrößerungsabschnitte
mit unterschiedlichen Winkeln peripher nach außen ausgestoßen wird.
Das heißt,
da die Kerngase, die in den benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitten strömen, mit
unterschiedlichen Winkeln entsprechend den Neigungen peripher nach
außen
ausgestoßen
werden, werden die Gase weit verstreut, so dass die Kernströmungen wirksam
verteilt und mit den umgebenden Bypass-Strömungen vermischt werden.
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Zu
diesem Zweck können
die Neigungswinkel der Durchmesservergrößerungsabschnitte, die die
Kernströmungen
peripher nach außen
leiten, aus entweder zwei oder mehreren Arten bestehen.
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Bei
dem Flügelmischer
(22) für
Strahltriebwerke, der die Kernströmung (14), die durch
den Kompressor (3), die Brennkammer (4) und die
Turbine (5) geführt
wird, und die Bypass-Strömung
(13) vermischt, die diese Vorrichtungen umgeht, kann der oben
erwähnte
Flügelmischer
auch aus einem Flügelmischer
für Strahltriebwerke
bestehen, der Durchmesserverkleinerungsabschnitte (22b)
aufnimmt, in denen die stromabwärts
gelegenen Durchmesser allmählich
abnehmen, wobei sich die Neigungswinkel der zuvor erwähnten benachbarten
Verkleinerungsabschnitte voneinander unterscheiden.
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Weil
bei der zuvor erwähnten
Gestaltung der vorliegenden Erfindung die äußere Oberfläche der Durchmesserverkleinerungsabschnitte,
die die Bypass-Strömungen
peripher nach innen leiten, Neigungen haben, die in Stromabrichtung
der Triebwerksachse zusammenlaufen und die benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitte
mit Neigungswinkeln ausgebildet sind, die sich voneinander unterscheiden,
werden die Bypass-Strömungen
mit unterschiedlichen Winkeln entsprechend den Neigungen dieser
Durchmesserverkleinerungsabschnitte peripher nach innen heraus geblasen.
Mit anderen Worten, Bypass-Gase, die in benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitten
strömen,
strömen peripher
nach innen mit unterschiedlichen Winkeln abhängig von den Neigungen aus,
wobei so die Strömungen über einen
weiten Bereich verteilt werden, so dass die Bypass-Gase verteilt
und mit den Kerngasen, die innerhalb der Bypass-Gase strömen, wirksam
vermischt werden.
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Bei
dem oben genannten können
die Neigungswinkel der Durchmesserverkleinerungsabschnitte, die
die Bypass-Gase peripher nach innen leiten, aus zwei oder mehr Arten
bestehen.
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Es
wird außerdem
bevorzugt, dass die Durchmesservergrößerungsabschnitte (22a)
geneigt sind, so dass sie sich in die Stromabrichtung der Triebwerksachse
erstrecken, dass benachbarte Durchmesservergrößerungsabschnitte mit unterschiedlichen
Winkeln voneinander geneigt sind, dass die Durchmesserverkleinerungsabschnitte
(22b) mit ihren Neigungen in Stromabrichtung der Triebwerksachse
zusammenlaufend angeordnet sind und dass benachbarte Durchmesserverkleinerungsabschnitte mit
Neigungen bereitgestellt werden, die voneinander unterschiedliche
Winkel haben.
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Kerngase
und Bypass-Gase können
vollständig
miteinander vermischt werden, indem sowohl Durchmesservergrößerungs-
als auch Verkleinerungsabschnitte mit verschiedenen Neigungsarten bereitgestellt
werden.
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In
der vorliegenden Erfindung bietet außerdem ein Flügelmischer
für Strahltriebwerke,
der Mischgase (26), die Kerngase (14), die durch
einen Kompressor (3), eine Brennkammer (4) und
eine Turbine (5) geführt
werden, und Bypass-Gase (13) um fassen, die diese Vorrichtungen
(3, 4, 5) umgehen, mit Luft vermischt,
die von der Atmosphäre
in eine Austrittsdüse
(12) gezogen wird, einen Flügelmischer für Strahltriebwerke
davon mit Durchmesservergrößerungsabschnitten
(27a), in denen die Durchmesser allmählich in der Stromabrichtung
ansteigen, und mit unterschiedlichen Neigungen zwischen einander bei
den zuvor erwähnten
benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitten.
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Wenn
der Flügelmischer
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, um atmosphärische Luft in eine Austrittsdüse zu ziehen
und die Luft mit den Kern- und Bypass-Gasströmungen zu vermischen, kann
die Verteilung der Geschwindigkeiten der Düsenstrahlströmungen,
die vom Strahltriebwerk ausgestoßen werden, gleichmäßig gemacht
werden. Hier werden mit der Absicht, die Luft in den Mischgasen
wirksam zu vermischen und zu verteilen, die Durchmesservergrößerungsabschnitte,
die die Kerngase peripher nach außen leiten, mit Neigungen bereitgestellt,
die in der Stromabrichtung der Triebwerksachse auseinander laufen,
wobei benachbarte Durchmesservergrößerungsabschnitte voneinander unterschiedliche
Neigungswinkel haben. Die Kerngase werden peripher nach außen in die
Austrittsdüse entlang
der Neigungen dieser Durchmesservergrößerungsabschnitte geblasen.
Die Kerngase, die in benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitten
strömen,
werden mit unterschiedlichen Winkeln entlang der Neigungen peripher
heraus geblasen, wobei so die Gase weit verstreut und in der Luft
wirksam vermischt und verteilt werden, die von außen eingeführt wird
und die um die Außenseite
der Kernströmung
herum strömt.
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Die
Neigungen der Durchmesservergrößerungsabschnitte,
die die Kernströmungen
peripher nach außen
leiten, können
entweder aus zwei oder mehr Arten bestehen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem
in dem Flügelmischer
(27) für
Strahltriebwerke, in dem eine gemischte Strömung (26) aus der
Kernströmung (14),
die durch den Kompressor (3), die Brennkammer (4)
und die Turbine (5) geführt
wird, und der Bypass-Strömung
(13), die diese Vorrichtungen umgeht, mit atmosphärischer
Luft vermischt wird, die in die Austrittsdüse (12) gezogen wird,
einen Flügelmischer
bereit, der mit Durchmesserverkleinerungsabschnitten (27b)
ausgestattet ist, in denen die Durchmesser allmählich in der Stromabrichtung
abnehmen und die Neigungen in benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitten
unterschiedlich sind.
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Der
Flügelmischer
gemäß der vorliegenden Erfindung
macht die Verteilung der Geschwindigkeiten der Düsenstrahlgase, die aus dem
Strahltriebwerk heraus geblasen werden, gleichförmig, indem Luft, die in die
Austrittsdüse
gezogen wird, mit den oben erwähnten
Mischgasen in der gleichen Weise wie in der der zuvor erwähnten Erfindung
vermischt werden. In diesem Fall sind, um die Luft und die Mischgase
wirksam zu mischen und zu verteilen, die Durchmesserverkleinerungsabschnitte,
die die Luft peripher nach innen leiten, mit Neigungen versehen, die
in der Stromabrichtung der Triebwerksachse zusammenlaufen, wobei
benachbarte Durchmesserverkleinerungsabschnitte mit voneinander
unterschiedlichen Neigungswinkeln aufgebaut sind. Die Luft wird
in die Austrittsdüse
hereingelassen und entlang der Neigungen dieser Durchmesserverkleinerungsabschnitte
peripher nach innen gerichtet. Die in benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitten
strömende
Luft wird an diesen Neigungswinkeln mit unterschiedlichen Winkeln
peripher nach innen entlanggeführt,
wobei daher die Luft in den Kerngasen, die innerhalb der Luft strömen, weit
verstreut und wirksam vermischt und verteilt wird.
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In
diesem Fall können
die Neigungen der Durchmesserverkleinerungsabschnitte, die die Bypass-Strömung peripher
nach innen leiten, aus zwei oder mehr Arten bestehen.
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Die
Durchmesservergrößerungsabschnitte (27a)
haben Neigungen, die in Stromabrichtung der Triebwerksachse auseinander
laufen, benachbarte Durchmesservergrößerungsabschnitte haben unterschiedlichen
Neigungswinkel, die Durchmesserverkleinerungsabschnitte (22b)
sind mit Neigungen versehen, die in Stromabrichtung der Triebwerksachse zusammenlaufen,
wobei die benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitte entsprechend
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
unterschiedliche Neigungen haben.
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Die
in das Strahltriebwerk gezogene Luft kann zufrieden stellend verteilt
und mit den Mischgasen vermischt werden, indem verschiedene Neigungen
sowohl in den Durchmesservergrößerungs-
als auch Verkleinerungsabschnitten bereitgestellt werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden
Abschnitten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen offenbart.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Zeichnung eines Strahltriebwerks, das mit einem herkömmlichen
Mischer ausgerüstet
ist;
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2 ein
Verhältnis
zwischen der Verteilung der Geschwindigkeiten von Düsenstrahl-Austrittströmungen und
der akustischen Ausgabe;
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3 eine
isometrische Ansicht eines Teils eines herkömmlichen Flügelmischers;
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4 verbesserte
Arten des Flügelmischers;
isometrische Ansichten (a) für
einen Mehrfach-Flügel-
und (b) für
einen Zipfel-Flügelmischer;
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5 eine
Schnittzeichnung eines Teils eines Strahltriebwerks, das mit dem
Flügelmischer
für Strahltriebwerke
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist;
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6 eine
isometrische Ansicht eines Teils des Flügelmischers für Strahltriebwerke
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 eine
grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen den gemessenen
Geräuschpegeln
von jeder Art des Flügelmischers
und dem Winkel von der Mittellinie, vom Einlass aus gemessen, zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unten
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In allen Zeichnungen werden gleiche Teile mit den gleichen Zahlen
gekennzeichnet.
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5 ist
eine Schnittansicht eines Teils eines Strahltriebwerks, das mit
einem Flügelmischer ausgestattet
ist, der ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist. In diesem Strahltriebwerk werden
wie im Strahltriebwerk gemäß 1 Kerngase 14 durch
den Kompressor 3 (nicht dargestellt), die Brennkammer 4 (nicht
dargestellt) und die Turbine 5 (nicht dargestellt) geführt, wobei
Bypass-Gase 13 die zuvor erwähnten Vorrichtungen 3, 4 und 5 umgehen und
die Kerngase 14 von den Bypass-Gasen 13 durch eine zylindrische
Trennwand 17 getrennt werden. In 5 kennzeichnet
die Position 16 den Austrittstrahl.
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Der
Flügelmischer 22 dieses
Ausführungsbeispiels
gemäß 6 (wird
kurz "erster Flügelmischer" genannt) wird in
einem Strahltriebwerk verwendet, um die Kerngase 14, die
durch den Kompressor 3, die Brennkammer 4 und
die Turbine 5 geführt
werden, mit den Bypass-Gasen 13 zu vermischen, die diese
Vorrichtungen 3, 4 und 5 umgehen. Der
Flügelmischer 22 ist
am Ende der zylindrischen Trennwand 17 in der Stromabrichtung
angeordnet und mit Durchmesservergrößerungsabschnitten 22a, deren
Durchmesser allmählich
in der Stromabrichtung ansteigen, und Durchmesserverkleinerungsabschnitten 22b ausgebildet,
deren Durchmesser allmählich
in der Stromabrichtung abnehmen, wobei sie wechselweise in der Umfangsrichtung
an der Stelle angeordnet sind, an der sich die Kerngase 14 mit
den Bypass-Gasen 13 vermischen.
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Die
Durchmesservergrößerungsabschnitte 22a sind
mit Neigungen ausgebildet, die von der Achse in der Stromabrichtung
der Triebwerksachse gemäß 6 auseinander
laufen, wobei sich die Neigungswinkel der benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitte 22a voneinander
unterscheiden und dadurch die Kerngase 14, die innerhalb
der benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitte strömen, mit
unterschiedlichen Winkeln (θ1a, 1b) peripher nach außen geleitet werden.
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Entsprechend
der zuvor erwähnten
Gestaltung vermischt der in einem Triebwerk installierte erste Flügelmischer 22 die
Bypass-Gase 13 wirksam mit den Kerngasen 14. Da
im Einzelnen die Durchmesservergrößerungsabschnitte 22a,
die die Kerngase 14 peripher nach außen leiten, Neigungen haben,
die in der Stromabrichtung der Triebwerksachse auseinander laufen
und die benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitte mit unterschiedlichen
Neigungswinkeln versehen sind, werden die Kerngase 14 in
die Richtung der Neigungen dieser Durchmesservergrößerungsabschnitte
mit unterschiedlichen Winkeln (θ1a, 1b) peripher nach außen ausgestoßen. Mit
anderen Worten, weil die Kerngase mit unterschiedlichen Winkeln θ1a und θ1b peripher nach außen geleitet werden, werden
die Gase stromabwärts vom
ersten Flügelmischer 22 verteilt,
so dass die Gase mit den Bypass-Gasen 13, die außerhalb
der Kerngase 14 strömen,
wirksam vermischt werden.
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7 zeigt
die gemessenen Geräuschpegel (dB)
von herkömmlichen,
Mehrfach-Flügel-,
Zipfel- und der oben erwähnten
Gestaltung des ersten Flügelmischers
gemäß der vorliegenden
Erfindung (versetzte Art) bei verschiedenen Winkeln von der Einlassachse
(in Stromabrichtung der Mittellinie der Strahltriebwerks). Hier
sind die Neigungswinkel θ1a und θ1b auf 4° bzw.
10° eingestellt.
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Um
den von den Leuten zu hörenden
Geräuschpegel
zu verringern, sollte der maximale Geräuschpegel auf einen niedrigen
Wert gedämpft
werden. Anhand der oben erwähnten
Messergebnisse wird deutlich, dass der erste Flügelmischer (versetzte Art)
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Nähe von
120°, wo
der Geräuschpegel
verglichen mit den anderen Flügelmischern
am höchsten
wird, den niedrigsten Geräuschpegel
hat. Eine solche Verringerung des Düsenstrahlgeräusches,
kann wie oben beschrieben von der Tatsache herrühren, dass die Kern- und Bypass-Gase
wirksam vermischt, die Geschwindigkeiten der Kerngase gesenkt, die
Geschwindigkeiten der Bypass-Gase zur gleichen Zeit erhöht und die
gesamte Verteilung der Gasgeschwindigkeiten gleichmäßig gemacht
wurde.
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Die
Neigungswinkel der benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitte 22a sind
nicht nur auf zwei Arten (θ1a, 1b) begrenzt, sondern jeder Winkel kann
individuell abweichen.
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An
Stelle der Durchmesservergrößerungsabschnitte
des ersten Flügelmischers
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch Durchmesserverkleinerungsabschnitte 22b bereitgestellt
werden, wobei die Abschnitte 22b so ausgebildet sind, dass
die Riffellungen in der Stromabrichtung der Triebwerksachse zusammenlaufen
und die benachbarten Durchmesserverkleinerungsabschnitte 22b unterschiedliche
Neigungen haben, wodurch die Bypass-Gase 13 mit unterschiedlichen
Winkeln peripher nach innen geleitet werden, oder es können sowohl
Durchmesservergrößerungsabschnitte 22a als auch
Durchmesserverkleinerungsabschnitte 22b bereitgestellt
werden, wobei beide geneigt sein können.
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Des
Weiteren wird das Strahltriebwerk 1 in diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gemäß 5 mit
einem Einlasskanal 29, der zur äußeren Oberfläche des
Strahltriebwerks offen ist und Luft 24 in die Austrittsdüse 12 zieht,
und einer Ausstoßeinrichtung
bereitgestellt, die durch den Raum zwischen der inneren Wand 31 der
Austrittsdüse
und dem Flügelmischer
(kurz der "zweite
Flügelmischer" genannt) 27 gebildet
wird.
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Der
Einlasskanal 29, der von der äußeren Oberfläche des
Strahltriebwerks 1 mit der Innenseite der Austrittsdüse in Verbindung
steht, ist gemäß 5 in
einem geneigten Winkel zur Oberfläche des Triebwerks angeordnet,
wobei der Raum zwischen dem Einlasskanal 29 und der Innenseite
der Austrittsdüse 12 durch
die innere Wand 31 der Austrittsdüse und den Durchmesservergrößerungsabschnitt 27a des
zweiten Flügelmischers 27 enger
gemacht wird. An dieser Stelle strömen die Mischgase 26 mit
hohem Druck und hoher Geschwindigkeit vom Inneren des zweiten Flügelmischers 27 aus,
so dass diese Mischgase 26 einen Ausstoßeffekt erzeugen, wobei die
Luft 24 durch den Einlasskanal 29, der mit der
Außenseite
der Strahltriebwerks in Verbindung steht, hereingezogen wird. Durch
den Ausstoßeffekt
wird eine große
Menge Luft 24 hereingezogen, wobei die Luft mit den Mischgasen
abhängig
von den Neigungswinkeln, die im zweiten Flügelmischer 27, der später beschrieben
wird, be reitgestellt werden, wirksam vermischt wird und damit die
Düsenstrahlgeschwindigkeit
der Mischgase 26 verringert und die Geschwindigkeit der
Luftströmung
erhöht
wird, so dass die Verteilung der Geschwindigkeiten der Gas-Düsenstrahlen,
die von der Austrittsdüse
ausströmen, überall gleichmäßig gemacht
wird.
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Der
zweite Flügelmischer 27 wird
in der gleichen Weise wie der zuvor erwähnte erste Flügelmischer 22 mit
Durchmesservergrößerungsabschnitten 27a bereitgestellt,
in denen die Durchmesser allmählich
in der Stromabrichtung ansteigen, wo das Gasgemisch 26 aus
den Kerngasen 14 und den Bypass-Gasen 13 mit der
angesaugten Luft 24 vermischt wird, wobei sich die Neigungen
von benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitten 27a voneinander
unterscheiden und damit die Mischgase 26, die am inneren
Umfang der benachbarten Durchmesservergrößerungsabschnitte 27a entlang
strömen,
mit unterschiedlichen Winkeln (θ3a, 3b) peripher nach außen geleitet werden, wobei
das Vermischen der Mischgase 26 und der angesaugten Luft 24 beschleunigt
wird. Das heißt,
die Mischgase 26, die in Umfangsrichtung an den benachbarten
Durchmesservergrößerungsabschnitten 27a strömen, werden mit
unterschiedlichen Winkeln (θ3a, 3b) entsprechend den Neigungen heraus
geblasen und so weit verteilt und mit der Luft 24, die
hereingezogen und an der Außenseite
der Mischgase entlanggeführt
wird, wirksam vermischt.
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Der
Aufbau des zweiten Flügelmischers
ist im Wesentlichen mit dem des ersten Flügelmischers gemäß 6 identisch,
wobei daher keine Zeichnung gegeben wird.
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In
der oben genannten Beschreibung sind die Neigungen der benachbarten
Durchmesservergrößerungsabschnitte 27a nicht
auf nur zwei Arten (θ3a, 3b) begrenzt, sondern können in
unterschiedlichen Winkeln individuell eingestellt werden.
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Zusätzlich kann
der zweite Flügelmischer dieses
Ausführungsbeispiels
Durchmesserverkleinerungsabschnitte 27b aufnehmen, in denen
die Durchmesser allmählich
in der Stromabrichtung abnehmen, während benachbarte Durchmesserverkleinerungsabschnitte
unterschiedliche Neigungswinkel haben.
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Der
erste und der zweite Flügelmischer
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung können
unabhängig
voneinander verwendet werden, wobei jedoch, wenn die Mischer zusammen
verwendet werden, eine höhere
Verteilungs- und Vermischungswirkung erwartet werden kann und dadurch,
dass die Verteilung der Geschwindigkeiten der Düsenstrahlgase, die von der
Austrittsdüse
ausströmen, überall gleichmäßig gemacht
wird, das Geräusch
des Düsenstrahls
zufrieden stellend verringert werden kann.
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Die
Querschnittsform (Kanalform) der oben erwähnten Durchmesservergrößerungsabschnitte (22a, 27a)
und der Durchmesserverkleinerungsabschnitte (22b, 27b)
ist nicht nur auf die Wellenform gemäß 6 beschränkt, sondern
die Form kann auch rechteckig, dreieckig, trapezförmig usw.
sein.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann der Flügelmischer gemäß der vorliegenden
Erfindung das Vermischen der Bypass-Gase und der Kerngase (und der
von außen
eingeführten
Luft) verbessern, während
ein Anstieg des Gewichts oder eine Verringerung des Schubs im Vergleich
zu herkömmlichen Flügelmischern
vermieden wird, wobei dadurch die Verteilung der Geschwindigkeiten
der Düsenstrahlgase,
die von der Austrittsdüse
ausströmen,
gleichmäßig gemacht
und das Düsenstrahlgeräusch verringert
werden kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf verschiedene bevorzugte
Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, sollte es verständlich
sein, dass der durch die vorliegende Erfindung abgedeckte Rechtsumfang
nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist. Der Rechtsumfang der vorliegenden Erfindung sollte umgekehrt
alle Verbesserungen, Korrekturen und entsprechende Grundelemente beinhalten,
die zum Umfang des beigefügten
Anspruchs gehören.