DE102007019762A1 - Soundproofing device for a jet engine or a turbine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schallschutzvorrichtung für ein Strahltriebwerk oder eine Turbine, insbesondere ein Turboantriebswerk (2) eines Luftfahrzeugs, zur Abschwächung eines Schallfeldes in einem Richtungsbereich (32), insbesondere zur Abschirmung von in Richtung Boden abgestrahltem Schall. Hierzu wird eine Triebwerkauskleidung (4) mit derart ungleichmäßig verteilten Oberflächenstrukturen (26, 30) vorgeschlagen, dass Schall durch einen Impedanzsprung und/oder durch Reflexion gezielt aus dem Richtungsbereich (32) weg abgelenkt wird.The invention relates to a soundproofing device for a jet engine or a turbine, in particular a turbo propulsion plant (2) of an aircraft, for attenuating a sound field in a directional region (32), in particular for shielding sound radiated towards the ground. For this purpose, an engine lining (4) with such unevenly distributed surface structures (26, 30) is proposed that sound is deflected away from the directional region (32) by an impedance jump and / or by reflection.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schallschutzvorrichtung für ein Strahltriebwerk oder eine Turbine, insbesondere für ein Turbofantriebwerk eines Luftfahrzeugs, zur Abschwächung eines Schallfeldes in einem Richtungsbereich, insbesondere zur Abschirmung von in Richtung Boden abgestrahltem Schall. Außerdem betrifft die Erfindung eine mit einer solchen Schallschutzvorrichtung versehene Triebwerksummantelung sowie ein mit einer solchen Schallschutzvorrichtung versehenes Triebwerk.The The present invention relates to a soundproofing apparatus for a jet engine or a turbine, in particular for a turbofan engine of an aircraft, to mitigate a sound field in a directional area, in particular for shielding of sound radiated towards the floor. It also concerns the invention provided with such a soundproofing device Engine casing and a with such a soundproofing device provided engine.

Bekannte Schallschutzvorrichtungen von Turbinen weisen Auskleidungen auf, die auch als Liner bezeichnet werden. Solche Liner sind so ausgelegt, dass sie Schall absorbieren. Dabei ist es möglich, durch Ausführung und Anordnung der Liner bestimmte Eigenschaften einer Schallschutzvorrichtung zu erhalten. Hierbei lassen sich verschiedene Ansätze zur Verbesserung der Eigenschaften unterscheiden.Known Soundproofing devices of turbines have liners, which are also referred to as liners. Such liners are designed that they absorb sound. It is possible by Design and arrangement of liners specific properties to obtain a soundproofing device. Here are different Differentiate approaches to improving the properties.

Die sogenannten "Zero Splice Liner" zielen darauf ab, die harten Übergänge zwischen den fertigungsbedingt notwendigen Linerabschnitten in Umfangsrichtung zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Beispielhaft ist dies in der EP 1 621 752 A2 beschrieben. Derartige Liner erhöhen zum einen die wirksame absorptive Fläche und vermeiden zum anderen das Auftreten von sogenanntem „mode scattering", einer Umverteilung der modalen akustischen Energie, welche sich nachteilig auf die erzielbare Schallreduktion auswirken kann.The so-called "zero-splice liners" aim to reduce or avoid the hard transitions between the production-related necessary liner sections in the circumferential direction. This is exemplified in the EP 1 621 752 A2 described. On the one hand, such liners increase the effective absorptive area and, on the other hand, avoid the occurrence of so-called "mode scattering", a redistribution of the modal acoustic energy, which can adversely affect the achievable noise reduction.

Solche Liner sind insbesondere beim Starten eines Luftfahrzeugs von Vorteil, da dabei unter den erzeugten Frequenzen die Rotorharmonischen überwiegen, auf die diese Art Liner gut abstimmbar ist und gut wirkt, da die Rotorharmonischen einen großen Ausbreitungswinkel aufweisen. Die im Anflug dominanten Blattfolge frequenzen sind jedoch stärker ausbreitungsfähig, und können von dem Zero Splice Liner nicht so effektiv gedämpft werden.Such Liners are particularly advantageous when starting an aircraft, because the rotor harmonics predominate among the generated frequencies, This type of liner is well tuned and works well because the Rotorharmonic have a large propagation angle. The dominant in the approach leaf sequence frequencies are stronger capable of propagation, and can from the Zero Splice Liners are not so effectively steamed.

Den umgekehrten Weg gehen Linersysteme, die in Umfangsrichtung eine bestimmte Anzahl fester Abschnitte, genannt „Splices", besitzen und damit darauf abzielen, mittels gezieltem „mode scattering" höhere Umfangsmoden anzuregen, die von absorptiven Linerelementen effektiver absorbiert werden können. Dies ist in der US 3 937 590 beschrieben. Dabei werden in einem Triebwerkskanal auf Höhe des Fans des Triebwerks eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, sich in Axialrichtung erstreckenden Streifen aus schallabsorbierendem Material in die Außenwand des Triebwerkskanals eingebracht. Dadurch werden die sich drehend ausbreitenden akustischen Moden zerstreut (engl.: scattering) und Felder höherer Ordnung angeregt, die weniger ausbreitungsfähig und leichter zu dämpfen sind.The reverse approach is taken by liner systems that have a certain number of fixed sections, called "splices", in the circumferential direction and thus aim to stimulate higher circumferential modes by means of targeted "mode scattering", which can be absorbed more effectively by absorptive liner elements. This is in the US 3,937,590 described. In this case, in an engine duct at the height of the fan of the engine, a plurality of circumferentially spaced apart, extending in the axial direction strips of sound-absorbing material introduced into the outer wall of the engine duct. This stimulates the rotating propagating acoustic modes scattering and higher order fields which are less propagatory and easier to attenuate.

Die EP 1 411 225 B1 zeigt eine Anordnung von Linersegmenten, bei der vor dem Fan zwei ringförmige Linersegmente in den Triebwerkskanal eingelassen sind, die eine unterschiedliche Impedanz haben. Von dem Fan angeregter Schall, der sich in axialer Richtung bewegt, trifft zunächst auf ein erstes Linersegment, das bestimmte Moden anregt, die vom nachfolgenden zweiten Segment effektiver absorbiert werden können. Für den dabei genutzten Effekt sind die jeweiligen Impedanzen und der relative Impedanzsprung an der Grenzfläche der zwei Segmente maßgebend.The EP 1 411 225 B1 shows an arrangement of liner segments, in front of the fan, two annular liner segments are embedded in the engine duct, which have a different impedance. Sound stimulated by the fan, which moves in the axial direction, first encounters a first liner segment that excites certain modes that can be more effectively absorbed by the subsequent second segment. For the effect used, the respective impedances and the relative impedance jump at the interface of the two segments are decisive.

Die EP 1 701 016 A1 lehrt darüber hinaus, einen fließenden bzw. gestuften Übergang zwischen unterschiedlichen Impedanzen durch unterschiedliche Lochgrößen der perforierten Deckschicht des Liners und/oder die Tiefe des Wabenkerns hinter dieser Deckschicht zu erreichen. Dies zielt darauf ab, den Winkel, in dem der eingestrahlte Schall von dem Liner reflektiert wird, zu beeinflussen. Dadurch wird, je nach Position im Triebwerkseinlauf, ein unterschiedlicher Effekt bewirkt. Nahe der Schallquelle (Fan) wird der Schall in einem größeren Winkel zur Triebwerksachse abgelenkt, da dies eine längere Laufstrecke des Schalls durch den Triebwerkseinlauf und damit eine höhere Absorption ergibt. Im Gegensatz dazu soll der Ausbreitungswinkel nahe der Einlauflippe möglichst reduziert werden, um starker in axialer Richtung abzustrahlen, wodurch die Lauflänge des Schalls bis zum Boden erhöht wird. Die Herstellung solcher Liner ist jedoch deutlich aufwändiger als die eines homogenen Liners. Ferner sind derartige Konfigurationen auf bestimmte einfallende Moden abgestimmt. Es ist nicht auszuschließen, dass bei davon abweichenden Schallfeldern die Leistungsfähigkeit des Liners abnimmt bzw. sogar negative Effekte erzielt werden.The EP 1 701 016 A1 moreover teaches to achieve a smooth or stepped transition between different impedances through different hole sizes of the perforated cover layer of the liner and / or the depth of the honeycomb core behind this cover layer. This aims to influence the angle at which the radiated sound is reflected by the liner. This will cause a different effect, depending on the position in the engine intake. Near the sound source (fan) the sound is deflected at a greater angle to the engine axis, as this results in a longer path of sound through the engine inlet and thus a higher absorption. In contrast, the propagation angle near the entry lip should be reduced as much as possible to radiate more in the axial direction, thereby increasing the running length of the sound to the bottom. However, the production of such liners is much more complicated than that of a homogeneous liner. Further, such configurations are tuned to particular incident modes. It can not be ruled out that the performance of the liner decreases or even negative effects can be achieved with deviating sound fields.

Die zur Anbringung von zusätzlichen Linern verfügbaren Flächen sind begrenzt oder bringen andere Probleme mit sich. So wäre es möglich, im Bereich der Einlauflippe einen Liner anzuordnen (Lipliner). An demselben Ort ist jedoch auch das technisch komplexe Vereisungsschutzsystem untergebracht, welches in einen zu entwickelnden Liner integriert werden müsste.The available for attaching additional liners Areas are limited or have other problems yourself. So it would be possible in the area of the inlet lip to arrange a liner (lip liner). However, it is also in the same place housed the technically complex anti-icing system, which would have to be integrated into a liner to be developed.

Um die Schallabstrahlung zum Boden hin zu verringern, wird im Stand der Technik daher die untere Lippe des Triebwerkseinlaufs nach vorne verlängert. Ein solches "negatively scarfed inlet" ist in der US 5 058 617 gezeigt. Aus einer solchen Konfiguration ergeben sich jedoch Nachteile bezüglich der aerodynamischen Eigenschaften. So muss die Dicke der Einlauflippe zur Verhinderung von Strömungsabrissen erhöht werden. Dies führt wiederum zu einem erhöhten Luftwiderstand des Aufbaus.In order to reduce the sound radiation to the ground, therefore, in the prior art, the lower lip of the engine inlet is extended forward. Such a "negatively scarfed inlet" is in the US 5 058 617 shown. From such a configuration, however, there are disadvantages in terms of aerodynamic properties. Thus, the thickness of the inlet lip to prevent stalling must be increased. This in turn leads to one increased air resistance of the construction.

Um diese Nachteile abzuschwächen, sind aus der EP 1 071 608 B1 und der US 3 946 830 aerodynamisch günstigere Konturierungen der Einlaufgeometrie bekannt, welche jedoch einen deutlich höheren konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand mit sich bringen.To mitigate these disadvantages are from the EP 1 071 608 B1 and the US 3,946,830 aerodynamically favorable contouring of the inlet geometry known, however, which bring a much higher design and manufacturing effort with it.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich die Aufgabe, eine Schallschutzvorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, bei gleichen aerodynamischen Eigenschaften eines konventionellen Liners eine Verringerung des in Richtung Boden abgestrahlten Schalls zu erreichen.In front This background results in the task of a soundproofing device to create, which allows for the same aerodynamic Properties of a conventional liner a reduction of to reach sound emitted towards the ground.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schallschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schallschutzvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Damit versehene Triebwerkssysteme als vorteilhafte Verwendungen der Schallschutzvorrichtung sind Gegenstand der Nebenansprüche.to Solution to this problem is a soundproofing device proposed according to claim 1. Advantageous embodiments the soundproofing device according to the invention are the subject of the dependent claims. Thus provided engine systems as advantageous uses of the soundproofing device are the subject the ancillary claims.

Erfindungsgemäß sind schallbeeinflussende Oberflächen an einem Turbinengehäuse derart ungleichmäßig verteilt, dass Schall vorzugsweise durch einen Impedanzsprung zwischen unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und/oder durch Reflexion gezielt von dem abzuschirmenden Richtungsbereich weggelenkt wird.According to the invention sound-influencing surfaces on a turbine housing so unevenly distributed that sound preferably by an impedance jump between different surface structures and / or directed by reflection directed away from the directional area to be shielded becomes.

Die erfindungsgemäße Schallschutzvorrichtung ist in Turbinengehäusen herkömmlicher Bauart einsetzbar, so dass sie gegenüber Konstruktionen mit vorgezogener Einlauflippe sowohl aerodynamisch günstiger, als auch leichter ist. Weiter ist zumindest in einem bestimmten Sektor, aufgrund der Beeinflussung der Richtcharakteristik des Schallfeldes eine höhere Schallreduktion als im Stand der Technik erreichbar.The Soundproofing device according to the invention is in Turbine housings of conventional design can be used, so they face constructions with preferential inlet lip both aerodynamically cheaper, and lighter. Next is at least in a particular sector, due to the influence the directional characteristic of the sound field, a higher sound reduction as achievable in the prior art.

Die Oberflächenstrukturen können in einem bezüglich einer Mittel- oder Drehachse des Strahltriebwerkes oder der Turbine radialen Richtungsbereich an einer der Achse zugewandten Oberfläche in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sein.The Surface structures may be related to one another a central or rotational axis of the jet engine or the turbine Radial direction range on a surface facing the axis be distributed unevenly in the circumferential direction.

Derart angeordnete Oberflächenstrukturen haben den Vorteil, dass direkt aus Richtung der Achse kommender Schall zuverlässig abgelenkt wird.so arranged surface structures have the advantage that Sound coming directly from the direction of the axis is reliable is distracted.

Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Oberflächenstrukturen in einer von der Achse A abgewandten Oberfläche in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Schall von luftführenden Gehäuseelementen, die sich abseits der Achse befinden, abgelenkt werden soll.Further can be advantageously provided that the surface structures in a direction away from the axis A surface in the circumferential direction unevenly are distributed. This is particularly advantageous when sound from air-carrying housing elements that are off the axis to be deflected.

Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass die schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen an oder in einem Einlauf der Turbine vorgesehen sind. Dadurch sind sie zwischen der Schallquelle und dem Schallaustritt angeordnet, was eine besonders effiziente Schallbeeinflussung ermöglicht.It is advantageously provided that the sound-influencing surface structures are provided on or in an inlet of the turbine. Thereby are they are arranged between the sound source and the sound outlet, which allows a particularly efficient sound influence.

Ebenso können die schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen vorteilhaft an oder in einem Nebenstromkanal des Strahltriebwerkes, insbesondere im Bereich eines Triebwerksauslasses und insbesondere in Form einer Triebwerksauskleidung, vorgesehen sein.As well can the sound-influencing surface structures advantageous on or in a bypass duct of the jet engine, especially in the area of an engine outlet and in particular in the form of an engine lining, be provided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Oberflächenstrukturen eine schallabsorbierende Auskleidung auf oder sind durch eine solche gebildet. Diese verringert zusätzlich den abgestrahlten Schall.In In a further advantageous embodiment, the surface structures a sound absorbing lining on or are by such educated. This additionally reduces the radiated Sound.

Die Oberflächenstrukturen weisen vorteilhaft wenigstens ein Reflexionssegment zum gezielten Ablenken von in den abzuschirmenden Richtungsbereich abgestrahltem Schall auf.The Surface structures advantageously have at least one Reflection segment for targeted deflection of the shielded in the Direction range radiated sound on.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Reflexionssegment eine Impedanz aufweist, die deutlich von der Impedanz der schallabsorbierenden Auskleidung ab weicht. Dadurch ist es möglich, eine Ablenkung des Schalls ohne geometrische Veränderungen zu erreichen.Especially it is advantageous if the reflection segment has an impedance, the clear of the impedance of the sound-absorbing lining deviates. This makes it possible to distract the sound without achieving geometric changes.

Vorteilhaft ist die Auskleidung an einer Oberfläche angeordnet, die zu der Drehachse der Turbine hin gerichtet ist und sich bezüglich der Drehachse der Turbine in Umfangsrichtung erstreckt. Das Reflexionssegment ist vorzugsweise in einem Umfangsbereich, der durch den Richtungsbereich, in dem Schallabstrahlung verringert werden soll, bestimmt ist, in die Auskleidung eingesetzt. Durch diese Anordnung wird eine zuverlässige Ablenkung des Schalls in dem gewünschten Richtungsbereich erreicht.Advantageous the lining is arranged on a surface that directed towards the axis of rotation of the turbine and with respect the axis of rotation of the turbine extends in the circumferential direction. The reflection segment is preferably in a peripheral area that is defined by the directional area, in which sound radiation is to be reduced is determined in used the lining. This arrangement becomes a reliable one Distraction of the sound in the desired directional range reached.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Reflexionssegment in axialer Richtung an einer der Turbine abgewandten Seite der Auskleidung angeordnet.In Particularly advantageously, the reflection segment is in the axial Direction on a side of the lining facing away from the turbine arranged.

Dadurch muss der von der Turbine erzeugte Schall zunächst die schallabsorbierende Auskleidung passieren, die bestimmte Frequenzen bereits dämpft. Der danach verbleibende Restschall kann günstiger in seiner Richtung beeinflusst werden.Thereby The sound generated by the turbine must first be the sound-absorbing Lining happen that dampens certain frequencies already. The remaining sound afterwards can be cheaper in his Be influenced direction.

Die Impedanz des Reflexionssegments ist vorzugsweise niedriger als die Impedanz der es umgebenden Auskleidung. Durch den Impedanzsprung wird der Schall von dem Reflexionssegment weggelenkt. Weiter ist die Oberflächenstruktur vorzugsweise veränderbar. Damit kann die Schallschutzvorrichtung an verschiedene Einbausituationen oder Betriebszustände und Umgebungsbedingungen angepasst werden. Zum Beispiel ist hierzu das oder wenigstens eines von mehreren Reflexionssegmenten, insbesondere dessen Anordnung, Ausrichtung oder weiter bevorzugt dessen Impedanz einstellbar. So kann auf unterschiedliche Flugsituationen, wie beispielsweise Start und Landung, reagiert werden.The impedance of the reflection segment is preferably lower than the impedance of the surrounding cladding. The impedance jump deflects the sound away from the reflection segment. Furthermore, the surface structure is preferably changeable. Thus, the Schallschutzvorrich be adapted to different installation situations or operating conditions and environmental conditions. For example, for this purpose, the or at least one of a plurality of reflection segments, in particular its arrangement, orientation or, more preferably, its impedance can be set. This allows you to react to different flight situations, such as takeoff and landing.

Die Schallschutzvorrichtung ist vorteilhafterweise an einer Innenfläche eines Einlaufabschnitts der Turbine bzw. des Triebwerks angeordnet.The Soundproofing device is advantageously on an inner surface an inlet section of the turbine or the engine arranged.

Das Turbinengehäuse kann zum Beispiel eine Triebwerksgondel eines Flugzeuges oder sonstigen Luftfahrzeuges sein. Bei anderen Ausführungen ist das Turbinengehäuse in den Rumpf eines Luftfahrzeuges eingebettet.The Turbine housing, for example, an engine nacelle an aircraft or other aircraft. For others Finishes is the turbine housing in the fuselage embedded in an aircraft.

Der Einlaufbereich weist vorteilhaft eine Einlauflippe auf, in deren Bereich ein Schall ablenkendes Element, insbesondere das Reflexionssegment, angeordnet ist. Dadurch passiert der Schall die größtmögliche absorptiv wirkende Strecke und wird erst beim Austritt oder kurz davor abgelenkt.Of the Inlet area advantageously has an inlet lip, in whose Area a sound deflecting element, in particular the reflection segment, arranged is. As a result, the sound passes the greatest possible absorptive-looking track and is only at the exit or short distracted from that.

Weiterhin ist das Reflexionssegment vorteilhaft in einem unteren Bereich der Einlauflippe angeordnet. Dadurch wird der Schall nach oben abgelenkt.Farther the reflection segment is advantageous in a lower region of the Inlet lip arranged. This will deflect the sound upwards.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung bzw. ein weiteres Anwendungsgebiet der beschriebenen Schallschutzvorrichtung mit Reflexionssegment stellt der Triebwerksauslass, beispielsweise eines Zweistrom-Strahltriebwerks (Turbofan-Triebwerks) dar. Dabei sind schallabsorbierende Auskleidungen bevorzugt an der Innen- als auch an der Außenwand eines Nebenstromkanals (bypass duct) angebracht, um eine größtmögliche Absorption des austretenden Schalls zu erreichen. Im Kernstrom (core duct), welcher die heißen Verbrennungsgase beinhaltet, sind herkömmliche Liner aufgrund der Umgebungsbedingungen derzeit noch nicht einsetzbar. Daher ist eine Anordnung im Nebenstromkanal bevorzugt.A further advantageous embodiment or another field of application the described soundproofing device with reflection segment represents the engine exhaust, for example, a twin-stream jet engine (Turbofan engine) dar. Here are sound-absorbing linings preferably on the inner and on the outer wall of a bypass channel (bypass duct) attached to the largest possible To achieve absorption of the escaping sound. In the core stream (core duct), which contains the hot combustion gases, are conventional liners due to environmental conditions currently not usable. Therefore, an arrangement in the bypass duct prefers.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Reflexionssegmente jeweils an der unteren Begrenzung des Nebenstromkanals direkt vor dem Auslass des Triebwerks angeordnet. Dies bedeutet im Falle des oberen Sektors des Bypass-Kanals an der Wand zwischen Bypass-Kanal und Kernstrom, im Falle des unteren Sektors an der äußeren Wand der Triebwerksgondel. Wie bei anderen Ausführungsformen (im Einlauf) beschrieben, kann die Ausdehnung der Reflexionssegmente in Umfangsrichtung entsprechend der Anwendung bzw. der Einsatzbedingungen günstig gewählt werden. Ferner kann eine Veränderung der Oberflächenstruktur oder Impedanz vorgesehen werden.According to one advantageous embodiment of the invention are reflection segments each at the lower limit of the bypass channel directly before arranged at the outlet of the engine. This means in the case of Upper sector of the bypass channel on the wall between bypass channel and Core current, in the case of the lower sector on the outer Wall of the engine nacelle. As with other embodiments (in the inlet), the expansion of the reflection segments in the circumferential direction according to the application or the conditions of use be chosen favorably. Furthermore, a change the surface structure or impedance are provided.

Besonders vorteilhaft ist ein Reflexionsabschnitt in einem Umfangsbereich von –90° bis +90° von der Vertikalen, mehr insbesondere im Bereich ±45° und am meisten bevorzugt ca. ±30°, angeordnet.Especially advantageous is a reflection section in a peripheral region from -90 ° to + 90 ° from the vertical, more especially in the range ± 45 ° and most preferably about ± 30 °, arranged.

Die Schallschutzvorrichtung ist besonders für Turbofantriebwerke geeignet, insbesondere zur Anordnung an einer Triebwerksummantelung, beispielsweise einem (Innenbereich eines) Triebwerksgehäuse(s).The Soundproofing device is especially for turbofan engines suitable, in particular for arrangement on an engine casing, for example, an (interior of a) engine housing (s).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Es zeigen:in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in more detail in the drawings schematically are shown. Show it:

1 einen radialen Längsschnitt eines Einlaufbereichs einer Triebwerksgondel mit einer Schallschutzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a radial longitudinal section of an inlet region of an engine nacelle with a soundproofing device according to a first embodiment of the present invention;

2 einen Schnitt entlang II-II durch die Triebwerksgondel aus 1; 2 a section along II-II through the engine nacelle 1 ;

3 einen Schnitt wie in 1 durch eine Triebwerksgondel mit einer Schallschutzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 a cut like in 1 by an engine nacelle with a soundproofing device according to a second embodiment of the present invention and

4 einen radialen Längsschnitt eines Auslasses eines Triebwerks mit einer Schallschutzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 a radial longitudinal section of an outlet of an engine with a soundproofing device according to a third embodiment of the present invention.

In den beigefügten Figuren sind Ausführungsbeispiele von Schallschutzvorrichtungen 1 für Strahltriebwerke oder für Turbinen, wie Gasturbinen oder Turbofantriebwerke, am Beispiel eines Turbofantriebwerks 2 eines Luftfahrzeuges dargestellt. Die Schallschutzvorrichtung 1 weist zur gezielten Schallbeeinflussung ungleichmäßig verteilte Oberflächenstrukturen 3 auf. Die Oberflächenstrukturen 3 sind in den dargestellten Beispielen durch eine Triebwerksauskleidung 4 an einer nach innen weisenden inneren Oberfläche 5 eines Turbinengehäuseelements oder eines Turbinenummantelungselements 6 ausgebildet.In the attached figures are exemplary embodiments of soundproofing devices 1 for jet engines or for turbines, such as gas turbines or turbofan engines, using the example of a turbofan engine 2 represented an aircraft. The soundproofing device 1 has unevenly distributed surface structures for targeted sound control 3 on. The surface structures 3 are in the illustrated examples by an engine lining 4 on an inward facing inner surface 5 a turbine casing element or a turbine casing element 6 educated.

In den dargestellten Beispielen ist das Turbinenummantelungselement 6 eine Triebwerksgondel 12 (auch Nacelle genannt), in der das Turbofantriebwerk 2 untergebracht ist.In the illustrated examples, the turbine shroud is 6 an engine nacelle 12 (also called Nacelle), in which the turbofan engine 2 is housed.

Wie in 1 dargestellt weist das Turbofantriebwerk 2 einen Fan 18 auf, der Schaufeln 20 und einen Nabenabschnitt 22 aufweist. Der Nabenabschnitt 22 mit den Schaufeln 20 ist Teil eines Rotors des Triebwerks und rotiert im Betrieb um seine Achse A, die die Drehachse des Turbofantriebwerks 2 bildet. Dabei fördert der Fan 18 Luft von einem Einlaufbereich 14 in Richtung einer Anströmung 24 zu einer nicht dargestellten Turbine bzw. in den Bypasskanal.As in 1 shown has the turbofan engine 2 a fan 18 on, the shovels 20 and a hub portion 22 having. The hub section 22 with the blades 20 is part of a rotor of the engine and rotates in operation about its axis A, which is the axis of rotation of the turbofan engine 2 bil det. The fan promotes this 18 Air from an inlet area 14 in the direction of a flow 24 to a turbine, not shown, or in the bypass channel.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines den Einlaufbereich 14 aufweisenden Triebwerkseinlauf 10 eines hier als Turbofantriebwerk 2 ausgebildeten Flugzeugtriebwerks. Das Turbofantriebwerk 2 ist von der Triebwerksgondel 12 eingeschlossen und weist an der zur Achse A hin gerichteten und sich in Umfangsrichtung erstreckenden inneren Oberfläche 5 die Schallschutzvorrichtung 1 mit der Trieb werksauskleidung 4 auf. Der diese Schallschutzvorrichtung 1 aufweisende Einlaufbereich 14 des Turbofantriebwerks 2 reicht von einer eine Austrittsebene 16 des Schalls bildenden umlaufenden Frontkante 17 der Triebwerksgondel 12 bis zu dem Fan 18. 1 shows a first embodiment of the inlet area 14 having engine intake 10 one here as a turbofan engine 2 trained aircraft engine. The turbofan engine 2 is from the engine gondola 12 enclosed and points to the axis A directed towards and extending in the circumferential direction inner surface 5 the soundproofing device 1 with the engine lining 4 on. The this soundproofing device 1 having inlet area 14 of the turbofan engine 2 ranges from one to one exit level 16 of sound forming circumferential front edge 17 the engine nacelle 12 up to the fan 18 ,

1 zeigt dabei eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Schallschutzvorrichtung 1, 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II von 1 bei dieser ersten Ausführungsform. 3 zeigt eine 1 vergleichende Darstellung des Triebwerkseinlaufes 10 mit einer zweiten Ausführungsform der Schallschutzvorrichtung 1. 1 shows a side view of a first embodiment of the soundproofing device 1 . 2 shows a section along the line II-II of 1 in this first embodiment. 3 shows one 1 comparative representation of the engine intake 10 with a second embodiment of the soundproofing device 1 ,

Die Triebwerksauskleidung 4 bei beiden Ausführungsformen weist eine schallabsorbierende Auskleidung 26 und ein reflektierend wirkendes Liner-Segment auf, das im Folgenden als (Reflexionssegment 30 bezeichnet wird. Die Nacelle oder Triebwerksgondel 2 ist bei beiden Ausführungsformen aerodynamisch konturiert und umgibt das Triebwerk, um den freien Luftstrom in das Triebwerk zu führen.The engine lining 4 in both embodiments has a sound absorbing lining 26 and a reflective-acting liner segment, hereinafter referred to as (reflection segment 30 referred to as. The nacelle or engine nacelle 2 is aerodynamically contoured in both embodiments and surrounds the engine to direct the free flow of air into the engine.

Bei einem Turbofantriebwerk 2 gibt es wie dies allgemein bekannt ist, im weiteren, hier nicht dargestellten auf den Fan 18 in Strömungsrichtung folgenden Bereich zwei Pfade der einströmenden Luft durch das Triebwerk. Ein bestimmter Anteil gelangt nach Durchströmen des Fans 18 in den inneren Teil des Triebwerks und wird dort verdichtet und mit Treibstoff vermischt, um die Verbrennung anzutreiben. Diese Luftmenge (Kernstrom) strömt nach der Verbrennung durch die Turbine des Triebwerks und treibt damit einen (ebenfalls nicht dargestellten) Verdichter und den Fan 18 an. Der Kernstrom besitzt bei Austritt eine hohe Temperatur und einen hohen Impuls. Der restliche, weitaus größere Anteil der in das Triebwerk strömenden Umgebungsluft gelangt über den radial äußeren Teil des Fan 18 in einen sogenannten "bypass duct" und strömt an der Hinterseite der Nacelle wieder aus (Bypass Strom). Das Verhältnis der pro Zeit-Einheit durch den "bypass duct" strö menden Luftmenge zu der durch den Triebwerkskern strömenden Luftmenge wird als "bypass ratio" oder "Bypass-Verhältnis" bezeichnet.In a turbofan engine 2 There is, as is generally known, in the further, not shown here on the fan 18 In the flow direction following area two paths of the incoming air through the engine. A certain amount passes after flowing through the fan 18 in the inner part of the engine and is there compressed and mixed with fuel to drive the combustion. This amount of air (core stream) flows after combustion through the turbine of the engine and thus drives a (also not shown) compressor and the fan 18 at. The core stream has a high temperature and high momentum upon exit. The remaining, far greater proportion of the ambient air flowing into the engine passes over the radially outer part of the fan 18 in a so-called "bypass duct" and flows out at the back of the Nacelle (bypass current). The ratio of the amount of air flowing through the bypass duct per unit time to the amount of air flowing through the engine core is referred to as a "bypass ratio."

Bezüglich des vom Triebwerk abgestrahlten Schalls spielt der Fan 18 aufgrund eines im Laufe der Jahre stetig zunehmenden Bypass-Verhältnisses bei Start und Landung eine mehr und mehr bedeutsame Rolle. Dabei unterscheidet sich das Schallfeld in diesen beiden Flugzuständen grundlegend, da jeweils modale tonale Schallfelder unterschiedlicher Ursache die dominanten Anteile darstellen. Beim Start, bei welchem das Triebwerk mit hoher Drehzahl läuft, kommt es zu Überschallgeschwindigkeiten und Verwirbelungen an den Spitzen der Schaufeln 20 (Blattspitzen) des Fans 18, welche in Überlagerung ein charakteristisches Geräusch, den sogenannten "Buzz Saw Noise" erzeugen. Dieser tritt dabei bei den Harmonischen der Rotor-Drehzahl auf und entspricht in seiner Umfangsordnung der Anzahl der Rotorblätter.Regarding the sound emitted by the engine, the fan plays 18 due to a steadily increasing bypass ratio during takeoff and landing over the years a more and more important role. In this case, the sound field in these two flight conditions fundamentally different, since each modal tonal sound fields of different cause represent the dominant parts. At start-up, where the engine is running at high speed, supersonic speeds and turbulence occur at the tips of the blades 20 (Leaf tips) of the fan 18 , which produce a characteristic noise, the so-called "Buzz Saw Noise". This occurs at the harmonics of the rotor speed and corresponds in its circumferential order to the number of rotor blades.

Im Anflug hingegen ist das Triebwerk auf eine deutlich geringere Drehzahl eingeregelt. Die Rotorharmonischen sind dabei "cut off", d. h. nicht ausbreitungsfähig. Vielmehr dominieren die Blattfolgefrequenzen ("blade passage frequencies", kurz BPF abgekürzt), welche aus einer Interaktion der Rotorblätter des Fans 18 und der nachfolgenden (nicht dargestellten) Leitschaufeln ("Statoren") entstehen. Ihre Frequenzen entsprechen dem Produkt aus Rotordrehzahl und Anzahl der Rotor-Blätter.On the other hand, the engine is adjusted to a much lower speed on approach. The rotor harmonics are "cut off", ie not capable of propagation. Rather dominate the blade repetition frequencies ("blade passage frequencies", abbreviated BPF short), which from an interaction of the rotor blades of the fan 18 and the subsequent (not shown) vanes ("stators") arise. Their frequencies correspond to the product of rotor speed and number of rotor blades.

Die schallabsorbierende Auskleidung 26 wird im Triebwerkseinlauf 10 angebracht, um den vom Triebwerk abgestrahlten Schall zu reduzieren. Die schallabsorbierende Auskleidung 26 (auch absorptiver Liner genannt) ist in der Regel auf einen Flugzustand optimiert, um die Blattfolgefrequenzen BPF des Fans 18 (als dominante tonale Anteile) zu reduzieren. Hierzu ist die Impedanz der Materialien der schallabsorbierenden Auskleidung 26 entsprechend gewählt. Die Technik, wie man Impedanzen von Auskleidungen auf bestimmte dominante tonale Anteile zur Absorption derselben abstimmen kann, ist im eingangs erläuterten Stand der Technik bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.The sound absorbing lining 26 gets in the engine intake 10 attached to reduce the sound emitted by the engine sound. The sound absorbing lining 26 (also called absorptive liner) is usually optimized for a flight condition to the fan blade sequence BPF 18 (as dominant tonal components). For this, the impedance of the materials of the sound-absorbing lining is 26 selected accordingly. The technique of tuning resistances of liners to certain dominant tonal components for absorption thereof is well known in the art discussed above and will not be described further here.

Bei den hier dargestellten Ausführungsformen wird eine solche schallabsorbierende Auskleidung 26 mit einem Liner-Segment oder Auskleidungssegment – dem Reflexionssegment 30 – mit deutlich von der Impedanz der schallabsorbierenden Auskleidung 26 abweichender Impedanz kombiniert. Die Impedanz des Reflexionssegments 30 ist hier sehr gering eingestellt. Das Reflexionssegment 30 ist hier als Teil der Triebwerksauskleidung 4 ausgebildet. Es ist bei dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im vorderen Bereich des Triebwerkseinlaufes 10 an einer von dem Fan 18 abgewandten, hier vorderen Seite der schallabsorbierenden Auskleidung 26 angebracht (siehe 1). Bei der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform ist das Reflexionssegment im Bereich der Einlauflippe, sozusagen als "lip-liner", also als Lippenauskleidung angebracht. Dabei zielt dieses Reflexionssegment 30 darauf ab, durch den entstehenden Impedanzsprung an der Grenzfläche, hier an der Grenzfläche 27 zwischen der schallabsorbierenden Auskleidung 26 und dem Reflexionssegment 30, eine Richtungsbeeinflussung des einfallenden Schallfelds zu erreichen. Bei den hier dargestellten Beispielen in Form von Flugzeugtriebwerken soll insbesondere dadurch der in Richtung Boden abgestrahlte Schall reduziert und die Lärmbelastung einer einen Flughafen umgebenden Region reduziert werden.In the embodiments shown here is such a sound-absorbing lining 26 with a liner segment or liner segment - the reflective segment 30 - with clearly the impedance of the sound absorbing lining 26 deviating impedance combined. The impedance of the reflection segment 30 is set very low here. The reflection segment 30 is here as part of the engine lining 4 educated. It is at the in 1 and 2 shown first embodiment in the front region of the engine inlet 10 at one of the fan 18 facing away, here front side of the sound-absorbing lining 26 attached (see 1 ). At the in 3 illustrated second embodiment, the reflection segment in the region of the inlet lip, so to speak as a "lip-liner", ie as lips lining. The aim of this reflection segment 30 from the resulting impedance jump at the interface, here at the interface 27 between the sound-absorbing lining 26 and the reflection segment 30 to achieve a directional influence of the incident sound field. In the examples shown here in the form of aircraft engines, in particular the noise radiated towards the ground is thereby to be reduced and the noise pollution of an area surrounding an airport is to be reduced.

Die Wirkungsweise entspricht hierbei der eines "negatively scarfed inlets", also einem Triebwerkseinlauf mit vorgezogener unterer Lippe, verzichtet jedoch auf die zusätzliche Struktur der verlängerten unteren Lippe und damit auf Gewichtsnachteile. Im Gegensatz dazu wird die akustische Wirkung durch die gezielte Positionierung des reflektierend wirkenden Linersegments – Reflexionssegment 30 – erzielt.The mode of action here corresponds to that of a "negatively scarfed inlets", ie an engine intake with an advanced lower lip, but dispenses with the additional structure of the extended lower lip and thus on weight penalties. In contrast, the acoustic effect is achieved by the targeted positioning of the reflective liner segment - reflection segment 30 - achieved.

Weitere hier nicht näher dargestellte Ausführungsformen ermöglichen eine Variation der Impedanz der schallabsorbierenden Auskleidung 26 (absorptiver Liner-Anteil), um die dem Flugzustand entsprechend günstigste Impedanz einzustellen und damit die höchst mögliche Absorption zu erreichen, bevor der sich vom Fan 18 nach vorne ausbreitende Schall auf das Reflexionssegment 30 trifft. Diese Einstellung der Impedanz kann entweder über eine Verstellung der gesamten schallabsorbierenden Auskleidung 26 oder auch der gesamten Triebwerksauskleidung 4 (schallabsorbierende Auskleidung 26 mit Reflexionssegment 30) erfolgen. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind Verstelleinrichtungen vorgesehen, mit denen eine Verstellung diskreter, in der Triebwerksauskleidung 4 verteilter, adaptiver Elemente erfolgt, wodurch sich eine über das Flächenverhältnis gemittelte Impedanz ergibt.Other embodiments not shown here allow a variation of the impedance of the sound-absorbing lining 26 (absorptive liner portion), to adjust the most favorable impedance according to the flight condition and thus to achieve the highest possible absorption, before the fan 18 forward propagating sound to the reflection segment 30 meets. This adjustment of impedance can be achieved either by adjusting the entire sound-absorbing lining 26 or even the entire engine lining 4 (sound absorbing lining 26 with reflection segment 30 ) respectively. Additionally or alternatively, adjusting devices are provided with which an adjustment discrete, in the engine lining 4 distributed, adaptive elements occurs, resulting in averaged over the area ratio impedance.

Die voran beschriebenen Ausgestaltungen und Wirkungen der hier beschriebenen Schallschutzvorrichtung 1 werden im Folgenden anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The above-described embodiments and effects of the soundproofing device described herein 1 will be described below with reference to the 1 and 2 illustrated embodiment explained in more detail.

Bei dem dargestellten Turbofantriebswerk 2 wird durch die Interaktion der Anströmung 24 mit dem Triebwerkseinlauf 10 und dem Fan 18 Schall erzeugt, der sich im Triebwerkseinlauf 10 entgegen der Richtung der Anströmung 24 in Axialrichtung im Wesentlichen entlang der Achse A ausbreitet. Auf diesem Weg passiert der Schall die Triebswerksauskleidung 4 und insbesondere die schallabsorbierende Auskleidung 26. Die schallabsorbierende Auskleidung 26 ist dabei bezogen auf die Achse A in Umfangsrichtung an der Innenseite der Triebwerksgondel 12 angeordnet. In einem unteren Bereich 28 des Einlaufbereichs 14 ist auf der Seite der schallabsorbierenden Auskleidung 26, die in Axialrichtung entlang der Achse A von dem Fan 18 abgewandt ist, das Reflexionssegment 30 eingesetzt. Das Refle xionssegment 30 weist gegenüber der schallabsorbierenden Auskleidung 26 eine wesentlich geringere Impedanz auf.In the illustrated turbofan engine 2 is due to the interaction of the flow 24 with the engine intake 10 and the fan 18 Sound generated in the engine intake 10 against the direction of the flow 24 propagates substantially along the axis A in the axial direction. In this way, the sound passes through the engine lining 4 and in particular the sound absorbing lining 26 , The sound absorbing lining 26 is relative to the axis A in the circumferential direction on the inside of the engine nacelle 12 arranged. In a lower area 28 of the inlet area 14 is on the side of the sound-absorbing lining 26 extending axially along the axis A from the fan 18 turned away, the reflection segment 30 used. The reflection segment 30 points towards the sound-absorbing lining 26 a much lower impedance.

2 zeigt eine Ansicht von der Austrittsebene 16 aus in Richtung der Achse A auf den Triebwerkseinlauf 10 und den Fan 18. Deutlich sind dabei die Schaufeln 20 und der Nabenabschnitt 22 zu sehen. Weiter ist die in Umfangsrichtung angeordnete schallabsorbierende Auskleidung 26 sichtbar. Im unteren Bereich 28 ist in die schallabsorbierende Auskleidung 26 das Reflexionssegment 30 eingesetzt. 2 shows a view from the exit plane 16 off in the direction of the axis A on the engine intake 10 and the fan 18 , Clearly the blades are 20 and the hub portion 22 to see. Next is the circumferentially arranged sound absorbing lining 26 visible, noticeable. In the area below 28 is in the sound absorbing lining 26 the reflection segment 30 used.

Bei der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform eines Schallschutzsystems ist die gesamte Triebwerksauskleidung 4 und damit auch die schallabsorbierende Auskleidung 26 bis zu der Einlauflippe 25 vorgezogen. Das Reflexionssegment 30 ist nun auf einer Einlauflippe 25 angeordnet.At the in 3 shown second embodiment of a sound insulation system is the entire engine lining 4 and thus also the sound-absorbing lining 26 up to the inlet lip 25 preferred. The reflection segment 30 is now on an inlet lip 25 arranged.

Die Funktion des Reflexionssegments 30 lässt sich gut anhand von 1 erläutern. Wie bereits erläutert breitet sich der von dem Fan 18 erzeugte Schall entgegen der Richtung der Anströmung 24 in Richtung der Achse A aus. Dabei passiert er die schallabsorbierende Auskleidung 26, die Frequenzen in einem bestimmten Frequenzbereich absorbiert. Bei weiterem Fortschreiten in Richtung der Austrittsebene 16 trifft der Schall auf das Reflexionssegment 30, das eine wesentlich geringere Impedanz besitzt als die schallabsorbierende Auskleidung 26. Bei dem Passieren dieses harten Impedanzsprungs wird der Schall nach oben abgelenkt.The function of the reflection segment 30 works well with 1 explain. As already explained spreads from the fan 18 generated sound against the direction of the flow 24 in the direction of the axis A out. He passes the sound-absorbing lining 26 that absorbs frequencies in a certain frequency range. Upon further progression towards the exit plane 16 the sound hits the reflection segment 30 which has a much lower impedance than the sound absorbing lining 26 , Passing this hard impedance jump will deflect the sound upwards.

Durch die Anordnung des Reflexionssegments 30 in der Nähe der Austrittsebene 16 wird der Schall beim Durchtreten der Austrittsebene 16 nach oben abgestrahlt, ohne vorher noch einmal, beispielsweise von der Triebwerksgondel 12, abgelenkt oder reflektiert zu werden. Damit wird zusätzlich Bodenschall vermieden.By the arrangement of the reflection segment 30 near the exit level 16 is the sound when passing through the exit plane 16 radiated upwards, without once again, for example, from the engine nacelle 12 to be distracted or reflected. This ground noise is also avoided.

Die in 3 gezeigte zweite Ausführungsform geht noch einen Schritt weiter und ordnet die schallabsorbierende Auskleidung 26 zusätzlich im Bereich der Einlauflippe 25 an. Dadurch wird die wirksame absorptive Strecke, auf der der Schall durch die schallabsorbierende Auskleidung 26 gedämpft wird, vergrößert. Weiterhin ist das Reflexionssegment 30 an der Einlauflippe 25 angeordnet, was es ermöglicht, einen noch größeren Anteil des nach unten gerichteten Schalls nach oben abzulenken, da nicht mehr die Möglichkeit besteht, dass der nach oben abgelenkte Schall von dem oberen Bereich der Triebwerksgondel 12 nach unten zurückgeworfen wird.In the 3 shown second embodiment goes one step further and arranges the sound-absorbing lining 26 additionally in the area of the inlet lip 25 at. This is the effective absorptive route on which the sound through the sound-absorbing lining 26 is attenuated, increased. Furthermore, the reflection segment 30 at the inlet lip 25 which makes it possible to deflect an even larger portion of the downward sound upwards, since there is no longer any possibility of the upwardly deflected sound from the upper area of the engine nacelle 12 is thrown back down.

Die Ausführungsbeispiele zeigen Schallschutzvorrichtungen 1 mit einem einzelnen Reflexionssegment 30. Es ist jedoch ebenso denkbar, mehrere Reflexionssegmente 30 an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung in die Auskleidung 26 einzusetzen, um die Schallschutzvorrichtung an die jeweilige Einbausituation und Anordnung des Triebwerks anzupassen.The embodiments show soundproofing devices 1 with a single reflexi onssegment 30 , However, it is also conceivable, several reflection segments 30 at various positions in the circumferential direction in the lining 26 to adapt the sound insulation device to the respective installation situation and arrangement of the engine.

Weiterhin erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel das Reflexionssegment 30 in Umfangsrichtung bis zu einem Winkel von etwa ±40° von der Vertikalen V (siehe 2).Furthermore, in the exemplary embodiment, the reflection segment extends 30 in the circumferential direction to an angle of about ± 40 ° from the vertical V (see 2 ).

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist, wie in 4 gezeigt, auch an einem Triebwerksauslass 34 verwendbar. Der Triebwerksauslass 34 des Turbofantriebwerks 2 umfasst Endabschnitte der Triebwerksgondel 12, einen in Umfangsrichtung umlaufenden Nebenstromkanal 36, der innerhalb der Triebwerksgondel 12 angeordnet ist und einen von dem Nebenstromkanal 36 durch eine im wesentlichen zylinderförmigen Wand getrennten Kernstrom 38.A third embodiment of the invention is as in 4 shown, also at an engine outlet 34 usable. The engine exhaust 34 of the turbofan engine 2 includes end sections of the engine nacelle 12 , A circumferential bypass duct in the circumferential direction 36 inside the engine nacelle 12 is arranged and one of the bypass channel 36 by a substantially cylindrical wall separated core stream 38 ,

Der Kernstrom 38 führt heiße Verbrennungsgase 40 des Triebwerks 2, während der Nebenstromkanal 36 Umgebungsluft 42 führt.The core stream 38 leads hot combustion gases 40 of the engine 2 while the bypass duct 36 ambient air 42 leads.

An den dem Nebenstromkanal 36 zugewandten Flächen der Wand 37 und der Triebwerksgondel 12 ist als Triebwerksauskleidung 4 eine schallabsorbierende Auskleidung 26 vorgesehen, die als Schallschutzvorrichtung 1 wirkt. Zur Ablenkung des Schalls von dem Richtungsbereich 32 weg sind an den endseitigen Kanten 44 der Wand 37 und der Triebwerksgondel 12 in die schallabsorbierende Auskleidung 26 eingesetzte Reflektionssegmente 30 vorgesehen.At the the bypass channel 36 facing surfaces of the wall 37 and the engine nacelle 12 is as an engine lining 4 a sound absorbing lining 26 provided as a soundproofing device 1 acts. To deflect the sound from the directional area 32 are gone at the end edges 44 the Wall 37 and the engine nacelle 12 into the sound-absorbing lining 26 used reflection segments 30 intended.

Durch die Erstreckung des Reflexionssegments 30 in Umfangsrichtung lässt sich der Richtungsbereich 32, in welchem eine Schallabstrahlung reduziert werden soll einstellen. Dieser Richtungsbereich 32 ist in 2 durch Pfeile angedeutet. Wie dargestellt ist der Richtungsbereich 32 hier ein sich über einen bestimmten Winkel in Umfangsrichtung erstreckender radialer Bereich. Je nach Einbausituation ist es möglich, das Reflexionssegment 30 sehr schmal auszubilden, sich also beispielsweise nur in einem Bereich von ±10° um die Vertikale V herum erstrecken zu lassen. Ebenso kann es in bestimmten Einbausituationen zweckmäßig sein, dass sich das Reflexionssegment 30 von –90° bis +90° von der Vertikalen V erstreckt. Ebenso ist es denkbar, das Reflexionssegment 30 gegenüber der Vertikalen V asymmetrisch auszuführen.By the extension of the reflection segment 30 in the circumferential direction, the directional range can be 32 , in which a sound emission should be reduced. This directional area 32 is in 2 indicated by arrows. As shown, the directional area 32 Here is a extending over a certain angle in the circumferential direction radial region. Depending on the installation situation, it is possible to use the reflection segment 30 very narrow form, so for example, to extend only in a range of ± 10 ° around the vertical V around. It may also be appropriate in certain installation situations that the reflection segment 30 extends from -90 ° to + 90 ° from the vertical V. It is also conceivable, the reflection segment 30 to perform asymmetrically with respect to the vertical V.

Das Reflexionssegment 30 und/oder die Auskleidung 26 können so aufgebaut sein, dass ihre Impedanz einstellbar ist. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Oberfläche der Auskleidung 26 aus zwei gegeneinander verschiebbaren, aneinander anliegenden, Lochblechen besteht. Werden die Lochbleche gegeneinander verschoben, verändert sich die Lochgröße der Oberfläche der Auskleidung 26 oder des Reflexionssegments 30. Mit einer derartigen veränderbaren Oberflächenstruktur kann das abgestrahlte Schallfeld an verschiedenste Flugsituationen angepasst werden.The reflection segment 30 and / or the lining 26 can be designed so that their impedance is adjustable. This could be achieved, for example, by having the surface of the lining 26 consists of two mutually displaceable, abutting, perforated plates. If the perforated plates are shifted against each other, the hole size of the surface of the lining changes 26 or the reflection segment 30 , With such a variable surface structure, the radiated sound field can be adapted to a variety of flight situations.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schallschutzsystemen für Triebwerke wird bei der hier vorgeschlagenen Lösung durch eine geeignete nichtgleichmäßige Verteilung von schallabsorbierender Auskleidung 26 und Reflexionssegment 30 im Einlaufbereich 14 der Triebwerksgondel 12 eine Richtungsbeeinflussung des abgestrahlten Schallfeldes erreicht, welche am Boden eine größere Schallreduktion verursacht, als mit herkömmlichen Maßnahmen. Im Speziellen wird ein Liner-Segment – hier zum Beispiel das Reflexionssegment 30 – im unteren Bereich des Triebwerkseinlaufs 10 nahe der Austrittsebene 16 bzw. im Bereich der Einlauflippe 25 verwendet, welches eine von der es umgebenden schallabsorbierenden Auskleidung 26, die durch einen absorptiven Liner gebildet wird, deutlich abweichende Impedanz besitzt und dadurch eine reflektierende Wirkung erzielt. Die erzielte Wirkung ähnelt dabei der des „negatively scarfed inlet", vermeidet jedoch den Einsatz zusätzlicher Struktur (und damit Gewicht) und eventuelle aerodynamische Nachteile, indem der untere Einlaufbereich 14 durch den Impedanzsprung zwischen der Auskleidung 26 und dem Reflexionssegment 30 nur virtuell akustisch verlängert wird.In contrast to conventional soundproofing systems for engines, in the solution proposed here, a suitable non-uniform distribution of sound-absorbing lining is achieved 26 and reflection segment 30 in the inlet area 14 the engine nacelle 12 a directional influence of the radiated sound field achieved, which causes a greater noise reduction on the ground, as with conventional measures. In particular, a liner segment - here, for example, the reflection segment 30 - in the lower part of the engine intake 10 near the exit level 16 or in the area of the inlet lip 25 used, which is a sound-absorbing lining surrounding it 26 , which is formed by an absorptive liner, has significantly different impedance and thereby achieves a reflective effect. The effect achieved is similar to that of the "negatively scarfed inlet", but avoids the use of additional structure (and thus weight) and possible aerodynamic disadvantages by the lower inlet area 14 by the impedance jump between the lining 26 and the reflection segment 30 only virtual acoustically extended.

11
SchallschutzvorrichtungNoise protection device
22
TurbofantriebwerkTurbofan
33
Oberflächenstruktursurface structure
44
TriebwerksauskleidungEngine liner
55
innere Oberflächeinner surface
66
Ummantelungselementcasing member
1010
TriebwerkseinlaufEngine Intake
1212
TriebwerksgondelEngine nacelle
1414
Einlaufbereichintake area
1616
Austrittsebeneexit plane
1717
Frontkantefront edge
1818
Fanfan
2020
Schaufelnshovel
2222
Nebenabschnittnext section
2424
Anströmunginflow
2525
Einlauflippeintake lip
2626
schallabsorbierende Auskleidungsound-absorbing lining
2727
Grenzflächeinterface
2828
unterer Bereichlower Area
3030
Reflexionssegmentreflecting segment
3232
Richtungsbereichdirectional range
3434
TriebwerksauslassTriebwerksauslass
3636
NebenstromkanalBypass duct
3737
Wandwall
3838
Kernstromnuclear power
3939
Oberflächesurface
4040
Verbrennungsgasecombustion gases
4242
Umgebungsluftambient air
4444
Kanteedge
AA
Drehachseaxis of rotation
VV
Vertikalevertical

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - EP 1411225 B1 [0006] - EP 1411225 B1 [0006]
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  • - US 3946830 [0010] US 3946830 [0010]

Claims (25)

Schallschutzvorrichtung (1) für ein Strahltriebwerk oder eine Turbine, insbesondere für ein Turbofantriebwerk (2) eines Luftfahrzeugs, zur Abschwächung eines Schallfeldes in einem Richtungsbereich (32), insbesondere zur Abschwächung von in Richtung des Bodens gerichtetem Schall, gekennzeichnet durch eine ungleichmäßige Verteilung von schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen (26, 30) an einem Gehäuse- oder Ummantelungselement (6) derart, dass Schall durch wenigstens einen Impedanzsprung an einer Grenzfläche (27) der Oberflächenstrukturen (26, 30) und/oder durch Reflexion gezielt von dem Richtungsbereich (32) weg gelenkt wird.Soundproofing device ( 1 ) for a jet engine or a turbine, in particular for a turbofan engine ( 2 ) of an aircraft for attenuating a sound field in a directional area ( 32 ), in particular for attenuating sound directed in the direction of the ground, characterized by an uneven distribution of sound-influencing surface structures ( 26 . 30 ) on a housing or casing element ( 6 ) such that sound is transmitted through at least one impedance jump at an interface ( 27 ) of the surface structures ( 26 . 30 ) and / or by reflection targeted by the directional area ( 32 ) is steered away. Schallschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschwächung von Schall in einem bezüglich einer Mittel- oder Drehachse (A) des Strahltriebwerkes oder der Turbine radialen Richtungsbereich (32) Oberflächenstrukturen (26, 30) an einer der Achse (A) zugewandten Oberfläche (5) in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sind.Soundproofing device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that for the attenuation of sound in a relative to a central or rotational axis (A) of the jet engine or the turbine radial direction range ( 32 ) Surface structures ( 26 . 30 ) on a surface facing the axis (A) ( 5 ) are distributed unevenly in the circumferential direction. Schallschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschwächung von Schall in einem bezüglich einer Mittel- oder Drehachse (A) des Strahltriebwerkes oder der Turbine radialen Richtungsbereich (32) Oberflächenstrukturen (26, 30) an einer von der Achse (A) abgewandten Oberfläche (39) in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt sind.Soundproofing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that for the attenuation of sound in a relative to a central or rotational axis (A) of the jet engine or the turbine radial direction range ( 32 ) Surface structures ( 26 . 30 ) on a surface facing away from the axis (A) ( 39 ) are distributed unevenly in the circumferential direction. Schallschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder ein Teil der schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen (26, 30) an oder in einem Einlaufbereich (14) des Strahl triebwerkes oder der Turbine, insbesondere in Form einer Triebwerksauskleidung (4), vorgesehen sind.Soundproofing device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the or part of the sound-influencing surface structures ( 26 . 30 ) at or in an inlet area ( 14 ) of the jet engine or the turbine, in particular in the form of an engine lining ( 4 ) are provided. Schallschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder ein Teil der schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen (26, 30) im Bereich eines Triebwerksauslasses (34) des Strahltriebwerkes oder der Turbine, insbesondere in Form einer Triebwerksauskleidung (4), vorgesehen sind.Soundproofing device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the or part of the sound-influencing surface structures ( 26 . 30 ) in the region of an engine outlet ( 34 ) of the jet engine or the turbine, in particular in the form of an engine lining ( 4 ) are provided. Schallschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder ein Teil der schallbeeinflussenden Oberflächenstrukturen (26, 30) an oder in einem Nebenstromkanal (36) ausgebildet ist.Soundproofing device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the or part of the sound-influencing surface structures ( 26 . 30 ) on or in a bypass channel ( 36 ) is trained. Schallschutzvorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen (26, 30) eine schallabsorbierende Auskleidung (26) aufweisen.Soundproofing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface structures ( 26 . 30 ) a sound-absorbing lining ( 26 ) exhibit. Schallschutzvorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen (26, 30) wenigstens ein Reflexionssegment (30) zum gezielten Ablenken eines in den Richtungsbereich (32) abgestrahlten Schalls aufweisen.Soundproofing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface structures ( 26 . 30 ) at least one reflection segment ( 30 ) for selectively deflecting one into the directional area ( 32 ) radiated sound. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass das Reflexionssegment (30) eine Impedanz aufweist, die wesentlich von der Impedanz der schallabsorbierenden Auskleidung (26) abweicht.Soundproofing device according to claim 7 and claim 8, characterized in that the reflection segment ( 30 ) has an impedance substantially different from the impedance of the sound absorbing lining ( 26 ) deviates. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des Reflexionssegments (30) niedriger als die Impedanz der Auskleidung (26) ist.Soundproofing device according to claim 7 and 8 or according to claim 9, characterized in that the impedance of the reflection segment ( 30 ) lower than the impedance of the lining ( 26 ). Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schallabsorbierende Auskleidung (26) an einer bezüglich der Mittel- oder Drehachse (A) des Strahltriebwerks oder der Turbine sich in Umfangsrichtung erstreckenden Oberfläche (5) angeordnet ist und dass das Reflexionssegment (30) in einem Umfangsbereich, der durch den Richtungsbereich (32) bestimmt ist, in die schallabsorbierende Auskleidung (26) eingesetzt ist.Soundproofing device according to claim 7 and 8 or according to claim 9 or 10, characterized in that the sound-absorbing lining ( 26 ) on a surface extending in the circumferential direction with respect to the central or rotational axis (A) of the jet engine or the turbine ( 5 ) and that the reflection segment ( 30 ) in a peripheral area that is defined by the directional area ( 32 ) into the sound absorbing lining ( 26 ) is used. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionssegment (30) in axialer Richtung an einer dem Strahltriebwerk oder der Turbine abgewandten Seite der schallabsorbierenden Auskleidung (26) angeordnet ist.Soundproofing device according to claim 7 and 8 or according to one of claims 9 to 11, characterized in that the reflection segment ( 30 ) in the axial direction on a side facing away from the jet engine or the turbine side of the sound-absorbing lining ( 26 ) is arranged. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 und 7 oder nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionssegment (30) in eine Aussparung der schallabsorbierenden Auskleidung (26) eingesetzt ist.Soundproofing device according to claim 7 and 7 or according to one of claims 9 to 12, characterized in that the reflection segment ( 30 ) in a recess of the sound-absorbing lining ( 26 ) is used. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 4 und nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (14) eine Einlauflippe (25) aufweist, in deren Bereich das Reflexionssegment (30) angeordnet ist.Soundproofing device according to claim 4 and any one of claims 8 to 13, characterized in that the inlet area ( 14 ) an inlet lip ( 25 ), in the region of which the reflection segment ( 30 ) is arranged. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauflippe (25) durch eine Einschnürung, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung einer Anströmung (24) in Umfangsrichtung verläuft, gebildet wird.Soundproofing device according to claim 14, characterized in that the inlet lip ( 25 ) by a constriction which is substantially perpendicular to the direction of an incoming flow ( 24 ) runs in the circumferential direction, is formed. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionssegment (30) in einem unteren Bereich (28) der Einlauflippe (25) angeordnet ist.Soundproofing device according to claim 15, characterized in that the reflection segment ( 30 ) in a lower area ( 28 ) of the inlet lip ( 25 ) is arranged. Schallschutzvorrichtung, nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionssegment (30) in einem Umfangsbereich von –90° bis +90° von der Vertikalen angeordnet ist.Soundproofing device according to claim 16, characterized in that the reflection segment ( 30 ) is arranged in a circumferential range of -90 ° to + 90 ° from the vertical. Schallschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Oberflächenstrukturen (26, 30) veränderbar ausgebildet ist.Soundproofing device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the surface structures ( 26 . 30 ) is formed changeable. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 7 oder nach einem der Ansprüche 8 bis 18, soweit auf Anspruch 7 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die schallabsorbierende Auskleidung (26) einstellbar ist.Soundproofing device according to claim 7 or any one of claims 8 to 18, as far as dependent on claim 7, characterized in that the sound-absorbing lining ( 26 ) is adjustable. Schallschutzvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz der schallabsorbierenden Auskleidung einstellbar ist.Soundproofing device according to claim 18, characterized characterized in that the impedance of the sound-absorbing lining is adjustable. Schallschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallschutzvorrichtung zur Anordnung an einer Innenfläche eines Einlaufbereichs (14) des Turbofantriebwerks (2) ausgebildet ist.Soundproofing device according to one of the preceding claims, characterized in that the soundproofing device for arrangement on an inner surface of an inlet region ( 14 ) of the turbofan engine ( 2 ) is trained. Schallschutzvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse- oder Ummantelungselement (6) eine Triebwerksgondel (12) ist, die die ungleichmäßig verteilten Oberflä chenstrukturen (26, 30) aufweist.Soundproofing device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing or sheathing element ( 6 ) an engine nacelle ( 12 ) which is the unevenly distributed surface structures ( 26 . 30 ) having. Triebwerksummantelung (6), gekennzeichnet durch eine Schallschutzvorrichtung (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche.Engine casing ( 6 ), characterized by a soundproofing device ( 2 ) according to any one of the preceding claims. Triebwerk (2) mit einer Schallschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 und/oder mit einer Triebwerksummantelung (6) nach Anspruch 20.Engine ( 2 ) with a soundproofing device ( 1 ) according to one of claims 1 to 19 and / or with an engine casing ( 6 ) according to claim 20. Triebwerk nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es als Turbofantriebwerk (2), insbesondere für Luft- oder Raumfahrzeuge, ausgebildet ist.Engine according to claim 23, characterized in that it is used as a turbofan engine ( 2 ), in particular for aircraft or spacecraft, is formed.
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