DE102005035085B4 - Method for adjusting the acoustic properties of a combustion chamber - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird, umfassend die Schritte: – Bestimmung einer akustischen Eigenmode einer Ausgangs-Brennkammer; – Wahl oder Einstellung des akustischen Resonators derart, dass er eine Resonanz im Bereich der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer aufweist; – akustische Anregung der Ausgangs-Brennkammer mit akustischem Resonator als Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und Aufnahme des resultierenden Frequenzspektrums; – Vergleich einer ersten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar unterhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer hegt, und einer zweiten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar oberhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt, bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite; und – Modifikation des Resonators durch Resonatoreinstellung und/oder Resonatorwahl, sofern notwendig, derart, dass die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite im Frequenzspektrum aufweisen.Method for setting the acoustic properties of a combustion chamber, in which the combustion chamber is provided with at least one acoustic resonator as a damping element, comprising the steps: - determining an acoustic mode of its own in an output combustion chamber; - Selection or setting of the acoustic resonator such that it has a resonance in the range of the natural frequency of the natural mode of the output combustion chamber; - Acoustic excitation of the output combustion chamber with acoustic resonator as an output-combustion chamber-resonator combination and recording of the resulting frequency spectrum; - Comparison of a first natural mode of the output combustion chamber-resonator combination, which is in the natural frequency immediately below the natural frequency of the natural mode of the output combustion chamber, and a second natural mode of the output combustion chamber-resonator combination, which is in the natural frequency immediately above the Natural frequency of the natural mode of the output combustion chamber lies in terms of intensity and / or half-width; and modification of the resonator by resonator setting and / or resonator selection, if necessary, such that the first eigenmode of the output-combustor-resonator combination and the second eigenmode of the output-combustor-resonator combination have the same intensity and / or half-width in the frequency spectrum exhibit.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird.The invention relates to a method for adjusting the acoustic properties of a combustion chamber, in which the combustion chamber is provided with at least one acoustic resonator as a damping element.
In oder an Brennkammer, insbesondere für Flugkörper wie Raketen, können oszillierende Teilvorgänge der Verbrennung stattfinden. Die Brennstoffzufuhr kann oszillieren, die Mischungsbildung von Brennstoff und Oxidator kann oszillieren und die chemischen Reaktionen in der Brennkammer können oszillieren. Bei Flüssigbrennstoff oder bei einem gelförmigen Treibstoff kann die Zerstäubung und Verdampfung Oszillationen aufweisen.In or on the combustion chamber, in particular for missiles such as rockets, oscillating sub-processes of combustion can take place. The fuel supply may oscillate, the mixture formation of fuel and oxidizer may oscillate and the chemical reactions in the combustion chamber may oscillate. In the case of liquid fuel or a gel fuel, the atomization and evaporation may have oscillations.
Die Brennkammer selbst ist ein Hohlkörper, welcher akustische Eigenmoden aufweist. Es ist grundsätzlich möglich, daß eine akustische Kopplung der beschriebenen oszillierenden Vorgänge mit Eigenmoden der Brennkammer erfolgen kann. Dadurch können Druckpulsationen entstehen, die beispielsweise zur Beschädigung der Brennkammer führen können oder die Verbrennung stören können. Es ist dabei sogar möglich, daß die Verbrennung erlischt.The combustion chamber itself is a hollow body which has acoustic eigenmodes. It is in principle possible that an acoustic coupling of the described oscillating processes can take place with eigenmodes of the combustion chamber. As a result, pressure pulsations may arise, which may, for example, damage the combustion chamber or disturb the combustion. It is even possible that the combustion goes out.
Bei einer Störung der Verbrennung tritt üblicherweise eine Leistungsminderung auf. Es besteht auch die Gefahr, dass die Betriebssicherheit erniedrigt wird und die Lebensdauer erniedrigt wird. Es kann auch eine Erhöhung der Schadstoffbelastung und der Schallbelastung auftreten.When combustion is disturbed, there is usually a reduction in performance. There is also the risk that the reliability is lowered and the service life is reduced. It can also increase the pollution and the sound pollution occur.
Die akustischen Eigenschaften einer Brennkammer lassen sich durch das Vorsehen von einem oder mehreren akustischen Resonatoren als Dämpfungselemente beeinflussen. Diese akustischen Resonatoren können an Eigenmoden der Brennkammer koppeln, um so Eigenmoden in unkritische Frequenzbereiche verschieben zu können bzw. störende Eigenmoden dämpfen zu können.The acoustic properties of a combustion chamber can be influenced by the provision of one or more acoustic resonators as damping elements. These acoustic resonators can couple to eigenmodes of the combustion chamber in order to be able to shift eigenmodes into uncritical frequency ranges or to be able to dampen disturbing eigenmodes.
Aus der
Aus der
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich auf schnelle und einfache Weise akustische Eigenschaften einer Brennkammer einstellen lassen.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned, can be set with the quick and easy way acoustic properties of a combustion chamber.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine akustische Eigenmode einer Ausgangs-Brennkammer bestimmt wird, der akustische Resonator derart gewählt oder eingestellt wird, dass er eine Resonanz im Bereich der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer aufweist, aus der Ausgangs-Brennkammer und dem akustischen Resonator eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet wird, welche akustisch angeregt wird und das resultierende Frequenzspektrum aufgenommen wird, eine erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar unterhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt, und einer zweiten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar oberhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt, bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite verglichen wird, und der Resonator durch Resonatoreinstellung und/oder Resonatorwahl modifiziert wird, sofern notwendig, und zwar derart, dass die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite im Frequenzspektrum aufweisen.This object is achieved in that an acoustic eigenmode of an output combustion chamber is determined, the acoustic resonator is selected or adjusted so that it has a resonance in the range of the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber, from the output combustion chamber and the acoustic resonator an output combustor-resonator combination is formed, which is acoustically excited and the resulting frequency spectrum is recorded, a first eigenmode of the output combustor-resonator combination, which in the natural frequency immediately below the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber and a second eigenmode of the output combustor-resonator combination, which is in the natural frequency immediately above the natural frequency of the eigenmode of the output combustor, is compared in terms of intensity and / or half-width, and the resonator is tuned by resonator adjustment and / or resonator is modified, provided that necessary, in such a way that the first eigenmode of the output combustor-resonator combination and the second eigenmode of the output combustor-resonator combination have the same intensity and / or half-width in the frequency spectrum.
Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass bei einer optimalen Resonatorlänge besondere Symmetrien vorliegen. Das Vorliegen dieser Symmetrien wird dazu genutzt, den akustischen Resonator derart einzustellen, dass die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination mit gleicher Intensität und/oder Halbwertsbreite liegen. Dadurch lässt sich mit wenigen Messungen eine gezielte Resonatoreinstellung erreichen.The invention is based on the observation that special symmetries are present with an optimum resonator length. The presence of these symmetries is used to adjust the acoustic resonator such that the first eigenmode and the second eigenmode of the output combustor-resonator combination lie with the same intensity and / or half-width. As a result, a targeted resonator adjustment can be achieved with just a few measurements.
Die Ausgangs-Brennkammer kann eine Brennkammer sein, welche bereits mit einem oder mehreren definiert eingestellten oder gewählten Resonatoren versehen ist. Die Einstellung lässt sich für eine vorgegebene akustische Eigenmode durchführen. Insbesondere lässt es sich für eine Mehrzahl von unterschiedlichen akustischen Eigenmoden durchführen.The output combustor may be a combustor already provided with one or more defined tuned or selected resonators. The setting can be carried out for a given acoustic eigenmode. In particular, it can be carried out for a plurality of different acoustic eigenmodes.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass üblicherweise zwei oder drei Modifikationsvorgänge des akustischen Resonators genügen, um eine optimale Resonatoreinstellung bzw. Resonatorwahl zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich deshalb auf einfache Weise mit verringertem Zeitaufwand durchführen. Es läßt sich eine definierte Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer mit verringertem Zeitaufwand und verringertem Meßaufwand durchführen.It has been shown in practice that usually two or three modification processes of the acoustic resonator are sufficient to achieve an optimum resonator setting or resonator selection. The method according to the invention can therefore be carried out in a simple manner with reduced expenditure of time. It can perform a defined adjustment of the acoustic properties of the combustion chamber with reduced expenditure of time and reduced effort.
Insbesondere wird nach Modifikation der Resonators die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination angeregt und das Frequenzspektrum aufgenommen. Darauf aufbauend kann, sofern nötig, eine weitere Modifikation des Resonators erfolgen. Insbesondere läßt sich diese Modifikation des Resonators derart gezielt durchführen, daß die Unterschiede in der Intensität und/oder in der Halbwertsbreite der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode berücksichtigt werden.In particular, after modification of the resonator, the output combustor-resonator combination is excited and the frequency spectrum is recorded. Based on this, if necessary, a further modification of the resonator can take place. In particular, this modification of the resonator can be carried out in such a targeted manner that the differences in intensity and / or in the half-width of the first eigenmode and the second eigenmode are taken into account.
Insbesondere wird die Resonatormodifikation und nachfolgende Frequenzspektrumsaufnahmen iterativ durchgeführt und zwar solange, bis die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode mindestens näherungsweise die gleiche Intensität und/oder die gleiche Halbwertsbreite aufweisen. Es ist eine optimale Resonatoreinstellung erreicht.In particular, the resonator modification and subsequent frequency spectrum recordings are carried out iteratively, namely until the first eigenmode and the second eigenmode have at least approximately the same intensity and / or the same half-width. An optimal resonator setting is achieved.
Insbesondere wird als erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar unterhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt.In particular, the first eigenmode of the output combustion chamber / resonator combination is chosen to be that which lies in the natural frequency directly below the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber.
Ebenfalls wird als zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar oberhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt. Es läßt sich dadurch durch Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination auf der Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer eine Anregung der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode erreichen.Also selected as the second eigenmode of the output combustion chamber / resonator combination is that which lies in the natural frequency directly above the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber. This makes it possible to excite the first eigenmode and the second eigenmode by exciting the output combustion chamber / resonator combination at the natural frequency of the output combustion chamber.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination auf der Eigenfrequenz oder in einem Bereich um die Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer. Dadurch lassen sich Eigenmoden der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination in der Nähe der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer anregen.In an advantageous embodiment, the excitation of the output combustion chamber-resonator combination takes place at the natural frequency or in a region around the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber. As a result, eigenmodes of the output combustion chamber / resonator combination can be excited in the vicinity of the eigenmode of the output combustion chamber.
Es ist grundsätzlich möglich, daß die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination breitbandig erfolgt, beispielsweise durch ein Rauschspektrum oder ein Sweep-Spektrum. Dadurch lassen sich Eigenmoden der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination um die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer anregen.It is fundamentally possible for the excitation of the output combustion chamber / resonator combination to take place in a broadband manner, for example by means of a noise spectrum or a sweep spectrum. As a result, eigenmodes of the output combustion chamber / resonator combination can be excited by the eigenmode of the output combustion chamber.
Bei einer Ausführungsform wird zur Bestimmung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer ein theoretischer Wert für die Eigenfrequenz ermittelt. Diese wird durch Lösung der entsprechenden Gleichungen mit Vorgabe der Randbedingungen bestimmt.In one embodiment, a theoretical value for the natural frequency is determined to determine the eigenmode of the output combustion chamber. This is determined by solving the corresponding equations with specification of the boundary conditions.
Günstig ist es, wenn die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer durch Messung bestimmt wird. Dadurch lassen sich durch die Gleichungen nicht berücksichtigte Effekte wie beispielsweise auch nicht-lineare Effekte erfassen.It is advantageous if the eigenmode of the output combustion chamber is determined by measurement. As a result, equations not considered, such as non-linear effects, can be captured.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß die Messung in einem Bereich um eine zuvor theoretisch bestimmten Wert durchgeführt wird. Dadurch läßt sich eine Bestimmung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mit weniger Aufwand durchführen.It can be provided that the measurement is performed in a range around a previously theoretically determined value. As a result, a determination of the eigenmode of the output combustion chamber can be carried out with less effort.
Wenn die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine höhere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist, dann wird der Resonator so modifiziert (beispielsweise durch Einstellung oder Wahl eines anderen Resonators), daß er einen niedrigere Resonanzfrequenz aufweist. Dadurch lassen sich die Unterschiede in der Intensität und/oder in der Halbwertsbreite verringern. Es wird eine gezielte Modifikation durchgeführt; dadurch wiederum läßt sich der Meßaufwand verringern.If the first eigenmode of the output combustor-resonator combination has a higher intensity than the second eigenmode of the output combustor-resonator combination, then the resonator is modified (e.g., by tuning or selecting another resonator) to be a lower one Resonant frequency. As a result, the differences in intensity and / or in the half-width can be reduced. It will be a targeted modification carried out; in turn, the measurement effort can be reduced.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der Resonator so modifiziert wird, daß er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist, wenn die ersten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine niedrigere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist.For the same reason, it is preferable that the resonator be modified to have a higher resonant frequency when the first eigenmode of the output combustor-resonator combination has a lower intensity than the second eigenmode of the output combustor-resonator combination ,
Insbesondere erfolgt die Modifikation des Resonators durch Modifikation mindestens einen geometrischen Parameters. Der geometrische Parameter ist insbesondere eine Länge eines Resonatorraums. Die Länge des Resonatorraums kann dabei variabel einstellbar sein und/oder es werden fest eingestellte Resonatoren verwendet, wobei dann entsprechende Resonatoren gewählt werden.In particular, the modification of the resonator is carried out by modification of at least one geometric parameter. The geometric parameter is in particular a length of a resonator space. The length of the resonator chamber can be variably adjustable and / or fixed resonators are used, in which case appropriate resonators are selected.
Beispiele für einsetzbare akustische Resonatoren sind Lambda-Viertel-Resonatoren oder Helmholtz-Resonatoren. Ein Lambda-Viertel-Resonator ist über eine Röhre gebildet, welche zu dem Innenraum hin offen ist und zur anderen Seite hin abgeschlossen ist.Examples of usable acoustic resonators are quarter-wave resonators or Helmholtz resonators. A quarter-wave resonator is formed via a tube which is open to the interior and closed to the other side.
Ein Helmholtz-Resonator weist einen Halsbereich auf, auf den ein Fortsetzungsbereich mit größerem Durchmesser folgt.A Helmholtz resonator has a neck area followed by a larger diameter continuation area.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, daß eine Länge eines Resonatorraums einstellbar ist, beispielsweise über eine verschiebliche Wand, welche insbesondere in der Art eines Kolbens an einer Spindel angeordnet sein kann. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, daß ein Resonator eine feste Begrenzungswand aufweist.It may be provided in particular that a length of a resonator chamber is adjustable, for example via a displaceable wall, which may be arranged in particular in the manner of a piston on a spindle. But it is also possible in principle that a resonator has a fixed boundary wall.
Insbesondere weist der mindestens eine Resonator einen Resonatorraum auf, welcher in Verbindung mit einem Innenraum der Brennkammer steht. Dadurch kann eine Kopplung von Eigenmoden des Resonators mit Eigenmoden der Brennkammer erfolgen, um beispielsweise Eigenmoden der Brennkammer wegdämpfen zu können.In particular, the at least one resonator has a resonator chamber, which is in communication with an interior of the combustion chamber. As a result, a coupling of eigenmodes of the resonator can take place with eigenmodes of the combustion chamber in order, for example, to be able to damp away eigenmodes of the combustion chamber.
Insbesondere wird der mindestens eine Resonator an einer Außenseite der Ausgangs-Brennkammer positioniert. Dadurch ist eine Anordnung erreicht, über welche das akustische Verhalten der Brennkammer über den mindestens einen Resonator beeinflussbar ist, wobei die Störung der Verbrennung durch den akustischen Resonator minimiert ist.In particular, the at least one resonator is positioned on an outer side of the output combustion chamber. As a result, an arrangement is achieved by means of which the acoustic behavior of the combustion chamber can be influenced via the at least one resonator, wherein the disturbance of the combustion by the acoustic resonator is minimized.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die anfängliche Wahl oder anfängliche Einstellung des Resonators derart erfolgt, daß ein oder mehrere Parameter so gewählt oder eingestellt werden, daß die Resonanzfrequenz des Resonators der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mindestens näherungsweise entspricht. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Wahl oder Einstellung nur wenige Modifikationsschritte des akustischen Resonators notwendig werden. Insbesondere kann sich die erste Eigenmode unterhalb und die zweite Eigenmode oberhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer ausbilden.It is particularly advantageous if the initial selection or initial setting of the resonator is such that one or more parameters are selected or adjusted so that the resonant frequency of the resonator at least approximately corresponds to the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber. It has been found that only a few modification steps of the acoustic resonator are necessary in this choice or setting. In particular, the first eigenmode can form below and the second eigenmode above the eigenmode of the output combustion chamber.
Günstigerweise wird ein erstes Frequenzspektrum ermittelt, der Resonator modifiziert, mit modifiziertem Resonator ein zweites Frequenzspektrum ermittelt, und die nächste Resonatormodifikation erfolgt über Intrapolation oder Extrapolation. Aus den Intensitätsunterschieden der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode im ersten Frequenzspektrum und im zweiten Frequenzspektrum läßt sich eine Resonatoreinstellung interpolieren oder extrapolieren. Dadurch läßt sich die Zahl der notwendigen Resonatormodifikationen minimieren.A first frequency spectrum is expediently determined, the resonator is modified, a second frequency spectrum is determined with the modified resonator, and the next resonator modification takes place by means of intrapolation or extrapolation. From the intensity differences of the first eigenmode and the second eigenmode in the first frequency spectrum and in the second frequency spectrum, a resonator setting can be interpolated or extrapolated. As a result, the number of necessary resonator modifications can be minimized.
Insbesondere wird ein drittes Frequenzspektrum mit der durch Intrapolation oder Extrapolation ermittelten Resonatormodifikation aufgenommen. In der Praxis hat sich gezeigt, daß üblicherweise kein weiteres Frequenzspektrum mehr benötigt wird.In particular, a third frequency spectrum is recorded with the resonator modification determined by intrapolation or extrapolation. In practice, it has been found that usually no further frequency spectrum is needed.
Günstigerweise weist die Brennkammer einen mindestens näherungsweise rotationssymmetrischen Innenraum auf. Dadurch liegen Symmetrien vor, die günstig für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind.Conveniently, the combustion chamber has an at least approximately rotationally symmetrical interior. As a result, there are symmetries that are favorable for carrying out the method according to the invention.
Insbesondere werden der oder die Resonatoren außerhalb eines Innenraums der Brennkammer angeordnet, um die Verbrennungsvorgänge so wenig wie möglich zu beeinflussen.In particular, the resonator or cavities are arranged outside an interior of the combustion chamber in order to influence the combustion processes as little as possible.
Das Endergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein definiert gewählter oder definiert eingestellter Resonator, mit dem die vorgegebene Eigenmode wegdämpfbar ist bzw. so modifizierbar ist, daß sie Verbrennungsvorgänge nicht mehr stört.The end result of the method according to the invention is a defined selected or defined resonator, with which the predetermined eigenmode is wegdämpfbar or is modifiable so that it no longer bothers combustion processes.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich für eine Mehrzahl von Eigenmoden der Brennkammer oder der Ausgangs-Brennkammer durchführen, um eine optimierte akustische Einstellung zu erhalten.The inventive method can be carried out for a plurality of eigenmodes of the combustion chamber or the output combustion chamber in order to obtain an optimized acoustic adjustment.
Die Ausgangs-Brennkammer kann mit einem oder mehreren Resonatoren versehen sein, die entsprechend die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer beeinflussen.The output combustor may be provided with one or more resonators that affect the eigenmode of the output combustor accordingly.
Es kann vorgesehen sein, daß die Brennkammer mit einer Mehrzahl von Resonatoren versehen wird. Dadurch können unterschiedliche Eigenmoden der Brennkammer beeinflußt werden. Es ist auch möglich, die zeitliche Variabilität von Eigenmoden zu berücksichtigen. Aufgrund von Temperaturänderungen in der Brennkammer und/oder in einem Resonatorraum können Eigenmoden insbesondere bezüglich ihrer Frequenz zeitlich variieren. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von entsprechend angepaßten Resonatoren kann diese zeitliche Variation berücksichtigt werden.It can be provided that the combustion chamber is provided with a plurality of resonators. As a result, different eigenmodes of the combustion chamber can be influenced. It is also possible to use the temporal variability of eigenmodes consider. Due to temperature changes in the combustion chamber and / or in a resonator space, eigenmodes can vary in time, in particular with respect to their frequency. By providing a plurality of appropriately matched resonators, this temporal variation can be taken into account.
Es ist günstig, wenn die Resonatoren auf einer Umfangslinie der Brennkammer angeordnet werden. Dadurch ergibt sich eine leichte Positionierbarkeit an der Brennkammer mit minimaler Beeinflussung der Brennkammer.It is favorable if the resonators are arranged on a circumferential line of the combustion chamber. This results in easy positioning on the combustion chamber with minimal influence on the combustion chamber.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:
Ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer, welches in
Die Brennkammer
Brenngase treten aus der Brennkammer
Eine Brennkammer
Durch gezielte Einstellungen der akustischen Eigenschaften der Brennkammer
Es ist vorgesehen, daß an der Brennkammer
Es kann beispielsweise ein Ringflansch
Ein akustischer Resonator
Zur akustischen Untersuchung der Brennkammer
Zur Signaldetektion ist ein Mikrofon
Als akustischer Resonator läßt sich beispielsweise ein Lambda-Viertei-Resonator
Der Resonatorraum
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt die Wand
Ein weiteres Beispiel für einen akustischen Resonator ist ein Helmholtz-Resonator, welcher in
Der Hals
Durch gezielte Wahl bzw. Einstellung von einem oder mehreren akustischen Resonatoren
Die Eigenmoden der Brennkammer
Bei einer rotationssymmetrischen Brennkammer
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, mit welchem die akustischen Eigenschaften der Brennkammer
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt:
Für eine Ausgangs-Brennkammer wird die relevante akustische Eigenmode bestimmt, die unterdrückt bzw. auf einen anderen Frequenzbereich verschoben werden soll. Die Ausgangs-Brennkammer kann dabei die nackte Brennkammer
For an output combustion chamber, the relevant acoustic eigenmode is determined, which is to be suppressed or shifted to another frequency range. The output combustion chamber can be the
Vorzugsweise wird die akustische Eigenmode durch Messung bestimmt, wobei vorzugsweise zur Abkürzung der Messung in einem Meßbereich um eine zuvor theoretisch bestimmte Eigenmode gemessen wird. Zur Messung erfolgt eine akustische Anregung der Brennkammer
Nach Auffinden der Eigenmode und Ermittlung der entsprechenden Eigenfrequenz wird ein akustischer Resonator
Durch die Ausgangs-Brennkammer und den entsprechend gewählten oder eingestellten akustischen Resonator ist eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet. Diese wird akustisch angeregt und dabei das resultierende Frequenzspektrum aufgenommen. Die akustische Anregung erfolgt auf der Eigenfrequenz der ermittelten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer.An output combustor-resonator combination is formed by the output combustor and the correspondingly selected or adjusted acoustic resonator. This is acoustically excited and the resulting frequency spectrum recorded. The acoustic excitation takes place on the natural frequency of the determined eigenmode of the output combustion chamber.
Es kann auch vorgesehen sein, daß eine breitbandige Anregung erfolgt, wobei die ermittelte Eigenfrequenz in dem Breitbandbereich liegt.It can also be provided that a broadband excitation occurs, wherein the determined natural frequency is in the broadband range.
Beispielsweise erfolgt eine Anregung mit einem Rauschspektrum. Es kann auch ein Sweep-Signal zur Anregung eingesetzt werden.For example, an excitation with a noise spectrum takes place. It is also possible to use a sweep signal for excitation.
Die Anregung mit der Anregungsfrequenz bzw. dem Breitbandbereich erfolgt beispielsweise über eine Zeitdauer von einigen Millisekunden. Excitation with the excitation frequency or the broadband range takes place, for example, over a period of a few milliseconds.
Zur Ermittlung des Frequenzspektrums werden die resultierenden akustischen Signale beispielsweise über Fast-Fourier-Transformation (FFT) analysiert.To determine the frequency spectrum, the resulting acoustic signals are analyzed, for example via Fast Fourier Transformation (FFT).
Die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombinaton weist Eigenmoden mit Eigenfrequenzen um die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer auf. Es werden dabei die Eigenmoden näher analysiert, welche bezüglich der Frequenz direkt unterhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer und direkt oberhalb der Ausgangs-Brennkammer liegen. Die untere Eigenmode wird im folgenden als erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination bezeichnet und die direkt oberhalb liegende Eigenmode als zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination bezeichnet. Der Vergleich erfolgt bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite.The output combustor-resonator combination has eigenmodes of eigenfrequencies around the eigenmode of the output combustor. In this case, the eigenmodes are analyzed in more detail, which lie with respect to the frequency directly below the eigenmode of the output combustion chamber and directly above the output combustion chamber. The lower eigenmode is hereinafter referred to as the first eigenmode of the output combustor-resonator combination and the directly above eigenmode referred to as the second eigenmode of the output combustor-resonator combination. The comparison is made with respect to intensity and / or half width.
Wenn die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite aufweisen, dann wird davon ausgegangen, daß die richtige Resonatoreinstellung gefunden wurde. Diese wird beibehalten.If the first eigenmode and the second eigenmode have the same intensity and / or half width, then it is assumed that the correct resonator setting has been found. This is retained.
Das Verfahren kann dann fortgesetzt werden mit einem weiteren akustischen Resonator bezüglich einer weiteren Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer (welche jetzt die ursprüngliche Ausgangs-Brennkammer mit zusätzlichem Resonator ist).The method may then be continued with another acoustic resonator with respect to another eigenmode of the output combustor (which is now the original output combustor with additional resonator).
Wenn die Intensität der ersten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination höher ist als die Intensität der zweiten Eigenmode, dann wird der akustische Resonator
Ist entsprechend die Intensität der ersten Eigenmode kleiner als die Intensität der zweiten Eigenmode, dann wird der akustische Resonator
Nach der Modifikation des Resonators wird eine erneute Anregung auf der Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer bzw. breitbandig durchgeführt und wiederum der Frequenzspektrum aufgenommen und die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination werden miteinander verglichen und entsprechend diesem Vergleich wird eine weitere Resonatormodifikation durchgeführt.After the modification of the resonator, a renewed excitation is carried out on the natural frequency of the output combustion chamber or broadband and again recorded the frequency spectrum and the first eigenmode and the second eigenmode of the output combustor-resonator combination are compared with each other and according to this comparison is a further resonator modification carried out.
Nach der zweiten Resonatormodifikation kann eine weitere Resonatormodifikation auch durch Intrapolation bzw. Extrapolation von den vorliegenden Werten durchgeführt werden.After the second resonator modification, a further resonator modification can also be carried out by intrapolation or extrapolation from the present values.
Es hat sich gezeigt, daß in der Regel nach zwei bis drei Resonatormodifikationen die optimale Resonanzfrequenz für den akustischen Resonator
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich mit relativ geringem Meßaufwand das akustische Verhalten der Brennkammer
Die Einstellung läßt sich für unterschiedliche Eigenmoden durchführen, wobei die Eigenmoden solche der nackten Brennkammer oder solche der Brennkammer sein können, die bereits mit einem oder mehreren akustischen Resonatoren versehen ist.The setting can be carried out for different eigenmodes, wherein the eigenmodes may be those of the bare combustion chamber or those of the combustion chamber, which is already provided with one or more acoustic resonators.
Es ist beispielsweise auch grundsätzlich möglich, über das erfindungsgemäße Verfahren eine Vereinfachung bezüglich der Resonatoranordnung zu erreichen. Beispielsweise lassen sich mehrere Resonatoren durch einen einzigen ersetzen.For example, it is also fundamentally possible to achieve a simplification with respect to the resonator arrangement via the method according to the invention. For example, several resonators can be replaced by a single one.
In den
Anschließend wurde die Brennkammer mit einer Frequenz von 1005 Hz, das heißt mit der Eigenfrequenz der zu dämpfenden Eigenmode, angeregt. (In den Diagrammen ist diese Eigenfrequenz fA jeweils eingezeichnet.)Subsequently, the combustion chamber was excited with a frequency of 1005 Hz, that is, with the natural frequency of the eigenmode to be damped. (In the diagrams, this natural frequency f A is drawn in each case.)
Es wurde zunächst das Frequenzspektrum gemäß
Wie man aus
Daraufhin wurde der akustische Resonator so verändert, daß er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist. Dies wurde durch eine Längenverkürzung am Resonator auf 80,6 mm erreicht. Mit diesem modifizierten Resonator wurde erneut eine Anregung bei 1005 Hz durchgeführt.Then, the acoustic resonator was changed to have a higher resonance frequency. This was achieved by a length reduction at the resonator to 80.6 mm. With this modified resonator, excitation was again carried out at 1005 Hz.
Das resultierende Frequenzspektrum in
In diesem Frequenzspektrum weist die erste Eigenmode
Davon ausgehend wurde der akustische Resonator
Es wurde für diese neue Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination (mit modifiziertem Resonator) erneut das Frequenzspektrum aufgenommen, welches in
Durch den so gewählten bzw. eingestellten Resonator läßt sich dann die 1T-Eigenmode wegdämpfen.By the thus selected or set resonator then the 1T eigenmode can wegdämpfen.
In den
Es wurde dabei von einer Ausgangs-Brennkammer ausgegangen, an welcher beispielsweise das Meßdiagramm gemäß
Als Eigenfrequenz für die 2T-Eigenmode ergab sich fA = 1666 Hz. Es wurde dazu eine Resonatorlänge von 47,7 mm ermittelt.The natural frequency for the 2T eigenmode was f A = 1666 Hz. A resonator length of 47.7 mm was determined for this purpose.
Ausgehend von dieser Resonatorwahl bzw. -einstellung wurde eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet, welche mit der Frequenz von 1666 Hz angeregt wurde. Aus dieser Anregung resultiert das Frequenzspektrum gemäß
Man erkennt, daß die erste Eigenmode
Der akustische Resonator
Es wurde erneut eine Anregung mit der Frequenz 1666 Hz durchgeführt. Das resultierende Frequenzspektrum ist in
Daher wurde die Resonatorfrequenz weiter erhöht, indem die Länge erniedrigt wurde auf 46,8 mm. Dieser Wert wurde insbesondere durch Intrapolation bezogen auf den Abstand der Intensitäten der Eigenmoden
Anschließend wurde das Frequenzspektrum neu aufgenommen; dieses ist in
Das Verfahren läßt sich für weitere Eigenmoden durchführen.The method can be carried out for further eigenmodes.
Es kann auch berücksichtigt werden, daß sich Eigenmoden zeitlich verändern können. Innerhalb einer Brennkammer
Über das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich auch unterschiedliche akustische Resonatoren einstellen bzw. wählen, um die zeitliche Variation von Eigenmoden zu berücksichtigen.By means of the method according to the invention, it is also possible to set or select different acoustic resonators in order to take account of the temporal variation of eigenmodes.
Insbesondere ist deshalb eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren
Es ist möglich, daß es keine ausgezeichnete optimale Resonatorlänge gibt, bei der die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode sowohl gleiche Intensität als auch gleiche Halbwertsbreite aufweisen. In solchen Fällen kann es einen Bereich von Resonatorlängen geben, innerhalb dem man gleiche Intensität erreicht oder gleiche Halbwertsbreite erreicht.It is possible that there is no excellent optimum resonator length at which the first eigenmode and the second eigenmode have both the same intensity and the same half-width. In such cases, there may be a range of resonator lengths within which to achieve the same intensity or reach the same half width.
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