DE102009035689A1 - Fluid-dynamic effective rotor e.g. propeller, for use in e.g. ship, has contour regions arranged in relationship e.g. coincidental relationship, of part of rotor blades so that regions blow-out waves of specific wavelength and frequency - Google Patents
Fluid-dynamic effective rotor e.g. propeller, for use in e.g. ship, has contour regions arranged in relationship e.g. coincidental relationship, of part of rotor blades so that regions blow-out waves of specific wavelength and frequency Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen fluiddynamisch wirksamen Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist und eine Anzahl von Rotorblättern aufweist, die um einen vorgegebenen Winkel voneinander beabstandet um die Drehachse angeordnet sind und jeweils eine vorgegebene Kontur aufweisen, wobei die Kontur der Rotorblätter bei der Drehung des Rotors um die Drehachse sich im Fluid ausbreitende Wellen erzeugende Konturbereiche aufweist. Ein solcher Rotor ist beispielsweise ein Propeller, eine Schiffsschraube, ein Rotor eines Hubschraubers oder der Rotor einer Windkraftanlage, oder ähnliches. Das Fluid, in welchem der Rotor wirksam ist, kann ein Gas, insbesondere Luft, oder eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser sein. Der Rotor kann aber beispielsweise auch der Rotor einer Pumpe oder einer Turbine sein und das Fluid ein beliebiges anderes flüssiges oder gasförmiges Medium.The The invention relates to a fluid dynamic rotor, the order a rotation axis is rotatable and has a number of rotor blades, spaced from each other by a predetermined angle Rotary axis are arranged and each having a predetermined contour, being the contour of the rotor blades upon rotation of the rotor about the axis of rotation propagating in the fluid Having waves generating contour areas. Such a rotor is For example, a propeller, a propeller, a rotor of a Helicopter or the rotor of a wind turbine, or the like. The fluid in which the rotor is effective can be a gas, in particular Air, or a liquid, especially water. The rotor can but also, for example be the rotor of a pump or a turbine and the fluid any other liquid or gaseous Medium.
Fluiddynamisch wirksame Rotoren, also rotierende Propeller, Rotorblätter, Schiffsschrauben oder Windkraftanlagen erzeugen Wellenschwingungen, Lärm oder strahlen Schall ab, was zu unterschiedlichen als nachteilig empfundenen Wirkungen führen kann, wie Lärmbelästigung, Detektion des Schalls, Ortung des Schallursprungs oder Klassifizierung des Schallursprungs durch Signaturen, je nach Einsatzbereich oder Verwendung des Rotors.fluid Dynamic effective rotors, ie rotating propellers, rotor blades, propellers or Wind turbines generate wave vibrations, noise or radiate sound, which can lead to different effects perceived as disadvantageous, like noise pollution, Detection of sound, location of sound origin or classification the sound origin by signatures, depending on the field of application or Use of the rotor.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen fluiddynamisch wirksamen Rotor zu schaffen, bei welchem die Erzeugung von sich im Fluid ausbreitenden Wellen vermindert ist.The The object of the invention is a fluid-dynamic rotor in which the generation of waves propagating in the fluid is reduced.
Die
Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Alternative Lösungen
sind in den Ansprüchen
2 und 3 angegeben.The
The object is achieved by a rotor having the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen oder Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous embodiments or refinements of the rotor according to the invention are specified in the subclaims.
Durch die Erfindung wird ein fluddynamisch wirksamer Rotor geschaffen, der um eine Drehachse drehbar ist und eine Anzahl von Rotorblättern aufweist, die um einen vorgegebenen Winkel voneinander beabstandet um die Drehachse angeordnet sind und jeweils eine vorgegebene Kontur aufweisen, wobei die Kontur der Rotorblätter bei der Drehung des Rotors um die Drehachse sich im Fluid ausbreitende Wellen erzeugende Konturbereiche aufweist. Erfindungsgemäß sind die die Wellen erzeugenden Konturbereiche zumindest eines Teils der Rotorblätter in einem Verhältnis angeordnet, welches spezielle Wellenlängen und somit Frequenzen auslöscht oder als weiteres Optimierungsziel im Wesentlichen in einem inkommensurablen Verhältnis zueinander angeordnet.By the invention provides a rotor having a fl uid-dynamic effect, which is rotatable about an axis of rotation and has a number of rotor blades, spaced from each other by a predetermined angle Rotary axis are arranged and each having a predetermined contour, being the contour of the rotor blades upon rotation of the rotor about the axis of rotation, waves propagating in the fluid having generating contour regions. According to the invention the wave-generating contour regions of at least part of the rotor blades in a relationship arranged, which extinguishes special wavelengths and thus frequencies or as another optimization goal essentially in an incommensurate relationship arranged to each other.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wellenerzeugenden Konturbereiche in einem Verhältnis zumindest eines Teils der Rotorblätter zueinander angeordnet sind, so dass sie Wellen bestimmter Wellenlänge und somit Frequenz auslöschen.According to one Aspect of the invention it is provided that the wave-generating Contour areas in a ratio at least a part of the rotor blades arranged to each other are so that they wipe out waves of certain wavelength and thus frequency.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wellenerzeugenden Konturbereiche in einem im wesentlichen zufälligen (random) Verhältnis zumindest eines Teils der Rotorblätter zueinander angeordnet sind.According to one second aspect of the invention, it is provided that the wave-generating Contour areas in a substantially random (random) ratio at least a part of the rotor blades are arranged to each other.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ellenerzeugenden Konturbereiche in einem im wesentlichen inkommensurablen Verhältnis zumindest eines Teils der Rotorblätter zueinander angeordnet sind.According to one third aspect of the invention, it is provided that the ellenerzeugenden Contour areas in a substantially incommensurate ratio at least a part of the rotor blades are arranged to each other.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die die Wellen erzeugenden Konturbereiche in Form von Kantenabschnitten eines Rotorblattes gegeben sind, die in einem Verhältnis zueinander angeordnet sind, so dass die Wellen mit einer Phasendifferenz erzeugt werden, welche bestimmte Wellenlängen und somit Frequenzen auslöscht.According to one embodiment The invention provides that the waves generating Contour areas in the form of edge sections of a rotor blade are given in a relationship are arranged to each other, so that the waves with a phase difference be generated, which extinguishes certain wavelengths and thus frequencies.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die die Wellen erzeugenden Konturbereiche in Form von Kantenabschnitten eines Rotorblattes gegeben sind, die ein einem im Wesentlichen zufälligen Verhältnis zueinander angeordnet sind.According to one another embodiment The invention provides that the waves generating Contour areas in the form of edge sections of a rotor blade which are arranged in a substantially random relation to each other are.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die die Wellen erzeugenden Konturbereiche in Form von Kantenabschnitten eines Rotorblattes gegeben sind, die in einem im Wesentlichen inkommensurablen Verhältnis zueinander angeordnet sind.According to one another embodiment The invention provides that the waves generating Contour areas in the form of edge sections of a rotor blade which are in a substantially incommensurate relationship to each other are arranged.
Dabei können die einzelnen Kantenabschnitte des Rotorblattes durch lokale Minima und/oder Maxima der Rotorkontur voneinander getrennt sein oder die lokalen Minima und/oder Maxima sind selbst wirksame Kontur.there can the individual edge sections of the rotor blade by local minima and / or maxima of the rotor contour are separated from each other or the local minima and / or maxima are themselves effective contour.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Abstände der Maxima paarweise ungleich und in der Größenordnung von zu vermeidenden Wellenlängen, wobei ihre paarweisen Verhältnisse keine rationalen Brüche sind.According to one embodiment are the distances the maxima in pairs unequal and in the order of avoidable Wavelengths, where their pairwise relationships no rational breaks are.
Gemäß einer weiteren Ausführung sind die zur Kontur normalen Abstände der Minima paarweise ungleich und in der Größenordnung von zu vermeidenden Wellenlängen, wobei ihre paarweisen Verhältnisse keine rationalen Brüche sind.According to one further execution are the distances normal to the contour of the minima in pairs unequal and in the order of magnitude of wavelengths to be avoided, being their pairwise relationships no rational breaks are.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die zur Kontur normalen Abstände zwischen Maxima und Minima paarweise ungleich und in der Größenordnung von zu vermeidenden Wellenlängen, wobei ihre paarweisen Verhältnisse keine rationalen Brüche sind.According to one another embodiment are the normal distances to the contour between maxima and minima in pairs unequal and in the order of magnitude of wavelengths to be avoided, being their pairwise relationships are not rational breaks.
Zusätzlich sind die lateralen Strukturabstände in der Größenordnung der Wellenlängen von zu vermeidenden Frequenzen zur Überlappung der erzeugten Wellen im Fernfeld durch Beugung an den Wellenrändern.In addition are the lateral structure distances in the order of magnitude the wavelengths of frequencies to be avoided for overlapping of the generated waves in the far field by diffraction at the wave edges.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die die Wellen erzeugenden Konturbereiche durch einander entsprechende Konturen verschiedener Rotorblätter des Rotors gegeben, die in jeweils paarweise ungleichen Winkeln bezüglich der Rotorachse zueinander angeordnet sind und deren paarweise Winkelverhältnisse keine rationalen Brüche sind.According to one another embodiment According to the invention, the contour regions generating the waves pass through Corresponding contours of different rotor blades of the Rotor, in each case in pairs unequal angles with respect to Rotor axis are arranged to each other and their pairs angular relationships no rational breaks are.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann ein Propeller sein.Of the fluid dynamic rotor may be a propeller.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann eine Schiffsschraube sein.Of the fluid dynamic rotor can be a ship's propeller.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann ein Rotor eines Hubschraubers sein.Of the fluid dynamic rotor can be a rotor of a helicopter be.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann der Rotor eines Fans, Verdichters oder der Turbine eines Jet-Triebwerkes sein.Of the Fluid dynamic rotor can be the rotor of a fan, compressor or the turbine of a jet engine.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann der Rotor einer Windkraftanlage sein.Of the fluid dynamic rotor can be the rotor of a wind turbine be.
Der Rotor kann ein Doppelrotor sein.Of the Rotor can be a double rotor.
Der fluiddynamisch wirksame Rotor kann der Rotor (Schaufelrad) einer Turbine sein.Of the fluiddynamically effective rotor, the rotor (paddle wheel) a Be a turbine.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Rotor eine zur Drehachse punktsymmetrische Konfiguration mit jeweils zwei einander gleichen gegenüberliegenden Rotorblättern haben.According to one embodiment According to the invention, the rotor can be point-symmetrical with respect to the axis of rotation Configuration with two opposite each other rotor blades to have.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung können
die Wellen erzeugenden Konturbereiche in einem näherungsweisen inkommensurablen Verhältnis angeordnet
sein mit
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.in the Below are embodiments of the Invention explained with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
Die
in
Ausgehend
von einer regulären
Struktur, insbesondere also einem solchen fluiddynamisch wirksamen
Rotor mit glatten, sich in Fluid ausbreitende Wellen erzeugenden
Konturen oder Kanten, kann eine solche glatte Kante oder Kontur
als Ursprung einer Elementarwelle verstanden werden, welcher durch
ein regelmäßiges Gitter
darstellbar ist, wie als Kurve a in
Kurve
b in
Kurve
c in
Im
Sinne der Erfindung ist ausreichend, wenn die die Wellen erzeugenden
Konturbereiche zumindest eines Teils der Rotorblätter, im wesentlichen die Blattspitzen,
in einem im wesentlichen inkommensurablen Verhältnis zueinander angeordnet sind.
Dies ist beispielsweise erfüllt,
wenn die die Wellen erzeugenden Konturbereiche i, j, k (
angeordnet sind.
Der misfit-Parameter δqg wird so gewählt, dass bei dem fluiddynamisch
wirksame Rotor die Erzeugung von sich im Fluid ausbreitenden Wellen
in der gewünschten
Weise vermindert ist.In the context of the invention, it is sufficient if the contour regions generating the waves of at least part of the rotor blades, essentially the blade tips, are arranged in a substantially incommensurate relationship to one another. This is fulfilled, for example, if the contour regions i, j, k (FIG.
are arranged. The misfit parameter δq g is chosen so that the generation of fluid-propagating waves in the desired manner is reduced in the fluid-dynamic rotor.
Zum
anderen zeigt
In
Wie
Im Falle eines Hubschraubers mit einem Einfachrotor, in der Zeichnung nicht dargestellt, wären gemäß der Erfindung die Rotorblätter des einzigen Rotors wiederum im Sinne der Erfindung inkommensurabel gestaltet. Bei einem Einfachrotor schlägt dieser in die Wirbel, welche sich vom dann nötigen Heckrotor des Hubschraubers ablösen. Auch hier ist wichtig, dass die Wellenfronten, die sich vom Heckrotor ablösen, ”weich” sind, und die Kanten des Hauptrotors des Hubschraubers inkommensurabel gebrochen sind (anti buffeting).in the Trap of a helicopter with a single rotor, in the drawing not shown, would be according to the invention the rotor blades the single rotor again incommensurate in the sense of the invention designed. In a single rotor this beats in the vortex, which from the then necessary tail rotor replace the helicopter. Again, it is important that the wavefronts extending from the tail rotor replace, are "soft", and the edges of the main rotor of the helicopter incommensurable are broken (anti buffeting).
Die
Konstruktion des Propellers
Eine inkommensurable Variation der Winkel α1... αn ist im Ergebnis besser als bei einer zufälligen Verteilung derselben.An incommensurate variation of the angles α 1 ... α n is better in the result than in a random distribution of the same.
Die
Die
In
Im
Sinne der Erfindung ist ausreichend, wenn die die Wellen erzeugenden
Konturbereiche zumindest eines Teils der Rotorblätter, bevorzugt an den Blattenden,
in einem im wesentlichen inkommensurablen Verhältnis zueinander angeordnet
sind. Dies ist beispielsweise erfüllt, wenn die die Wellen erzeugenden
Konturbereiche
angeordnet sind.
Der misfit-Parameter δqg wird so gewählt, dass bei dem fluiddynamisch
wirksame Rotor die Erzeugung von sich im Fluid ausbreitenden Wellen
in der gewünschten
Weise vermindert ist.For the purposes of the invention, it is sufficient if the contour regions generating the waves of at least one part of the rotor blades, preferably at the blade ends, are arranged in a substantially incommensurate relationship to one another. This is fulfilled, for example, when the contour areas generating the
are arranged. The misfit parameter δq g is chosen so that the generation of fluid-propagating waves in the desired manner is reduced in the fluid-dynamic rotor.
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