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Schalldämpfer für den Bodenbetrieb von Strahltriebwerken Die Erfindung
betrifft einen Schalldämpfer für den Bodenbetrieb von Strahltriebwerken, gegebenenfalls
mit Nachbrenner, im wesentlichen bestehend aus einem mit Schallschluckstoff ausgekleideten
waagerechten Kanal.
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Die Verwendung derartiger Schalldämpfer ist z. B. für Prüfstände an
sich bekannt. Sie haben einen rohrförinigen, runden oder mehreckigen, mit Schallschluckstoff
ausgekleideten Kanal, dessen Abströmende in einem Winkel von etwa 60 bis
90' nach oben abgewinkelt bzw. gekrümmt ist und sowohl aus Stahl, Beton u.
dgl. bestehen kann.
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Zur Beschleunigung des Mischvorgangs der heißen Abgase mit der am
Einlaß angesaugten kühlen Umgebungsluft und zur Verhinderung größerer Wirbel mit
entsprechend tieffrequenter, d. h. schlecht absorbierbarer Schallabstrahlung
werden gegebenenfalls gitterähnliche Einbauten angebracht. Diese Gitter müssen,
wenn Strahltriebwerke mit Nachverbrennung betrieben werden, intensiv, und zwar vorzugsweise
mit Wasser gekühlt werden. Das Wasser wird durch das aus Rohren bestehende Gitter
bzw. Gitterträger zugeführt und in den heißen Strahlkern eingespritzt, wo es verdampft
und zur Abkühlung des Strahles beiträgt.
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Durch die bis zu 20001 C heißen Abgasströme, deren Geschwindigkeit
ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit sein kann, werden auf den im Kanal befindlichen
Einbauten große Spannungen hervorgerufen und somit große Kräfte ausgeübt, die zu
starken Verformungen und zum Bruch führen können. Dadurch wird die Lebensdauer funktionswichtiger
Teile und somit die Betriebssicherheit solcher Vorrichtungen erheblich gemindert.
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Die lichten Querdimensionen des Schalldämpferkanals sind einerseits
bestimmt durch die hindurchzuleitende größte Abgasmenge und durch die dem Abgasstrahl
zuzuführende Menge an Umgebungsluft und Wasser, um das Gas so weit abzukühlen, daß
die Wandungen des Kanals insbesondere im Bereich des Klümmers nicht beschädigt werden,
andererseits durch die höchstzulässige Strömungsgeschwindigkeit am Schalldämpferaustritt.
Letztere wird allgemein auf etwa 100 m/sec begrenzt, weil bei höheren Geschwindigkeiten
der ins Freie austretende Strahl ein zu starkes Geräusch erzeugen würde.
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Maßgeblich für die Dimensionierung des Kanalquerschnitts, insbesondere
im Einlaufteil, ist außerdem noch der höchstzulässige Druckverlust, der zu einem
unerwünschten Rückstau und Wärinezuwachs im Schalldämpfer führt.
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Unter diesen Gesichtspunkten fallen die Querschnitte der Schalldämpferkanäle
groß aus. Die Schalldämpfer werden dadurch schwer und schlecht transportierbar.
Viele entsprechen nicht dem Gesetz der Straßenverkehrszulassungsordnung, so daß
eine Beförderung auf den Straßen nicht ohne weiteres möglich ist.
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Weitere Nachteile ergeben sich bei den bekannten Schalldämpfern dadurch,
daß der Abgasdämpfereinlauf unmittelbar an die Triebwerkdüse anschließt bzw. diese
um etwa 10 cm überdeckt, damit die Abstrahlung nach vorn nicht zu groß wird.
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Wird ein Triebwerk statt auf einem starren Untersatz im Prüfstand
gleich an dem am Boden verankerten Flugzeug erprobt, so sind besonders zeitraubende
Justierarbeiten notwendig, da der Schalldämpfer sehr genau zu dem Triebwerk einzurichten
ist.
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Andererseits ist eine genaue Justierarbeit zwecklos, weil sich das
Triebwerk bei Schubvergrößerung (z. B. bei Einschalten des Nachbrenners) teilweise
um mehr als 10 cm in der senkrechten Ebene nach oben verschiebt. Durch die
Schubvergrößerung werden das Bugrad und die entsprechende Fahrwerksfederung belastet
und somit das Heck mit dem Triebwerk gehoben. Die Folgen sind Beschädigungen am
Triebwerk sowie am Schalldämpfer, z. B. durch mittelbares Auftreffen des heißen
Strahles auf die Berandung des Einlaufrohrs, d. h. des Schalldämpferkanals.
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Die in der Regel runde oder quadratische, nach oben gerichtete öffnung
des bekannten Schalldämpfers hat die gewünschte Richtwirkung nur für Schallfrequenzen,
bei denen die zugehörige Wellenlänge
klein gegen den öffnungsdurchmesser
ist. Bei einem üblichen öffnungsdurchmesser bzw. bei einer Seitenlänge von etwa
3 m bedeutet das, daß eine nennenswerte Richtwirkung nur für Frequenzen oberhalb
200 Hz ## 1,5 m Wellenlänge erwartet werden kann. Im Frequenzbereich unter
100 Hz wirkt eine solche öffnung als Kugelstrahler, d. h., sie strahlt
nach allen Seiten gleichmäßig ab.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch behoben, daß der Kanal
auf der gesamten Länge oder wenigstens zum überwiegenden Teil oben offen ist.
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Dadurch wird ohne wesentliche Erhöhung der ins Freie abgestrahlten
Schallenergie der Schall auch bei tiefen Frequenzen scharf gebündelt nach oben abgestrahlt.
Gitterähnliche Einbauten in den Schalldämpferkanal zum Teilen des Abgasstrahls gegebenenfalls
mit Kühleinrichtung sind somit nicht notwendig, da durch den freien Luftzutritt
von oben die Vermischung des Strahls mit kalter Umgebungsluft schneller erfolgt.
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Der Querschnitt des Kanals kann wesentlich kleiner gehalten werden,
ohne daß die Gefahr zu großen Druckverlusten besteht, weil die Strömung nach oben
frei ausweichen kann. Es erübrigt sich, z. B. am Abströmende des Schalldämpfers
Strahlumlenkteile, wie Leitbleche u. dgl., vorzusehen, weil gemäß der Erfindung
die noch waagerecht strömenden Abgase vor Verlassen des Dämpfers eine Geschwindigkeit
haben, die kleiner als 100 m/sec ist.
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Die Seitenwände können die Triebwerkdüse weit überdecken, so daß eine
Abstrahlung nach vorn vermindert wird. Durch die große Einlaßöffnung ist eine genaue
Justierung der Triebwerke in bezug auf die senkrechte Ebene der Schalldämpferachse
nicht mehr erforderlich. Höhenänderungen der Düse während des Betriebs sind in bestimmten
Grenzen ohne Einfluß.
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In einer bevorzugten Ausführung soll die Höhe der Kanalseitenwände
gleich oder größer als fünf oder deren Abstand voneinander gleich oder größer als
drei Düsendurchmesser des Strahltriebwerks sein. Somit wird einerseits eine Schallverminderung
von wenigstens 15 db durch seitliche Abschirmung erreicht, was der Gesamtwirkung
bisher üblicher mobiler Schalldämpfer entspricht, zum anderen vermieden, daß die
heißen Abgase den Schallschluckstoff beschädigen. Zu diesem Zweck soll der lichte
Abstand zwischen Düsenwandung und Schalldämpferseitenwand vorzugsweise wenigstens
gleich dem des Düsendurchmessers sein.
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In einer weiteren Ausführung kann am Abströmende des Schalldämpfers
zur Strahlumlenkung ein nach oben in bekannter Weise gewölbter Boden und gegebenenfalls
Leitschaufeln angeordnet sein. Dadurch kann der Schalldämpfer auch während des Betriebs
an der Rückseite umgangen werden, ohne daß das Bedienungspersonal von den Abgasstrahlen
gefährdet wird.
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Um den Schalldämpfer demontierbar zu gestalten, soll der gewölbte
Strahlutalenkboden samt den zugehörigen Seitenwänden und den gegebenenfalls vorhandenen
Leitschaufeln und Verbindungsstegen am Boden oder Bodenteil vorzugsweise um die
waagerechte Achse schwenkbar angeordnet oder durch Schnellverschlüsse lösbar verbunden
sein.
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Der Boden kann ein vorhandenes Betontundament, das Bodenteil z. B.
eine mit oder ohne Schallschluckstoff versehene einfache oder doppelschalige Blechplatte
sein.
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Eine oder beide Seitenwände können wenigstens am Einlaufteil etwa
in waagerechter Ebene schwenkbar gelagert sein, wobei die Schwenkachsen strömungsabwärts
liegen. Die um die senkrechte Drehpunktachse schwenkbaren Seitenwände sind gemäß
der Erfindung so einstellbar, daß auch mehrere Triebwerke am Heck eines Flugzeugs
vom gleichen Schalldämpfer erfaßt werden können.
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Die Seitenwände können ferner aus mehreren Teilen bestehen, die durch
etwa waagerecht verlaufende Scharniere zusammenlegbar verbunden sind. Derart miteinander
verbundene Teile können somit zum Transport, zur Aufbewahrung u. dgl. auf kleinem
Raum in kürzester Zeit zusammengelegt werden. Ebenso kann der Schalldämpfer durch
entsprechendes Ausschwenken und Verriegeln der Einzelteile in Betriebsstellung gebracht
werden.
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Um den Schalldämpfer leicht beweglich zu gestalten, soll er vorzugsweise
in an sich bekannter Weise fahrbar angeordnet sein.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Zeichnungen und der
nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen: Es zeigt F i g. 1 eine Perspektive
des Schalldämpfers, F i g. la eine Perspektive des Schalldämpfers nach F
i g. 1, jedoch ohne Strahlumlenkteil und Fahrwerk, F i g. 2 einen
Längsschnitt (Seitenansicht) durch den Schalldämpfer, F i g. 3 und
3 a zwei Draufsichten des Schalldämpfers in verschiedenen Ausführungsarten,
F i g. 4 eine Perspektive eines zusammenlegbaren Schalldämpfers (zusammengelegt).
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Der Erfindungsgegenstand bestehtimwesentlichen aus einem mit Schallschluckstoff
ausgekleideten, etwa waagerechten Kanal 1. Der Kanal 1 ist auf der
gesamten Länge L oder wenigstens zum überwiegenden Teil nach oben offen und hat
zwei mittels Bodenplatte 2 oder durch Verbindungsstege 2 a miteinander verbundene
Seitenwände 3. Diese Seitenwände 3
sollen vorzugsweise aus zwei im
Abstand voneinander angeordneten Schalen - einer Außenschale 3
a und einer perforierten Innenschale 3 b - bestehen, deren Zwischenraum
mit Schallschluckstoff ausgefüllt ist. Sie sind vorzugsweise eben und verlaufen
in Strömungsrichtung parallel oder auch leicht divergierend oder konvergierend.
Die Seitenwände 3
verlaufen in senkrechter Richtung, wie in F i
g. 1
dargestellt, zunächst parallel und am oberen Ende 3'
gegebenenfalls
konvergierend.
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Die Höhe H der Seitenwand 3 ist '2# fünf Düsendurchmesser und
der lichte Abstadd-A von einer Seitenwand 3 zur anderen '2# drei Düsendurchmesser
des zu prüfenden Triebweiks.
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Am Ende des Schalldämpfers können zur Strahlumlenkung nach oben in
bekannter Weise ein gewölbter Boden 4 und gegebenenfalls Leitschaufeln 4a vorgesehen
werden. Ferner kann der Erfindungsgegenstand in bekannter Weise durch ein festangeordnetes
Fahrwerk 5 oder durch eine Lafette fahrbar vorgesehen werden.
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F i g. la zeigt den Erfindungsgegenstand entsprechend Fig.
1, jedoch ohne Strahlumlenkboden4, Leitschaufeln 4 a und Fahrwerk
5.
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F i g. 2 zeigt den Erfindungsgegenstand in Betriebsstellung.
Die jeweilige Düsenmündung des bzw. der betriebenen Triebwerke 6 soll, um
Abstrahlung nach
vom weitgehend zu vermindern, möglichst weit in
den Schalldämpfer hineinragen. Da der Kanal 1 oben offen ist, läßt sich diese
Forderung gut erfüllen.
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Zur Versteifung der Seitenwände können Verbindungsstege 2a an geeigneten
Stellen vorgesehen werden. Die Verbindungsstege können auch als Leitschaufeln, Begrenzungs-
oder Führungsplatten ausgebildet sein. Auf eine besondere Bodenplatte kann gegebenenfalls
verzichtet werden, z. B. wenn die Seitenwände3 und der Strahlumlenkboden4 auf einen
Bodensockel 7 u. dgl. aufgebaut und verankert werden können.
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F i g. 3 zeigt den in F i g. 2 dargestellten Schalldämpfer
in der Draufsicht. Der Schalldämpfer kann für einen sowie für mehrere gleichzeitig
am Boden betriebene Triebwerke 6 Verwendung finden. Es ist jedoch darauf
zu achten, daß der lichte Abstand A'
zwischen Seitenwand und Düsenmündung
größer als der Durchmesser der Düsenmündung selbst ist. Dadurch soll vermieden werden,
daß zu wenig mit Frischluft durchmischte, also zu heiße Gase die Wandung, insbesondere
den Schallschluckstoff, beschädigen. Andererseits soll der Abstand A aus
akustischen Gründen nicht zu groß sein. Damit der Schalldämpfer an jedes Triebwerk
angepaßt werden kann, soll erfindungsgemäß der lichte Abstand zwischen den Seitenwänden
vorzugsweise verstellbar vorgesehen werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführung zeigt F i g. 3 a, die
ebenfalls, wie F i g. 3, den Schalldämpfer in der Draufsicht zeigt. Zur Anpassung
der Seitenwände 3 an das bzw. die Triebwerke 6 soll eine oder beide
Seitenwände wenigstens am Einlaufteil 3 c seitlich in Richtung der Pfeile
8 schwenkbar sein. Somit kann der Erfindungsgegenstand leicht und in kürzester
Zeit an die zugeordneten Triebwerke angepaßt werden. Abweichend von der Darstellung
in F i g. 3
sind in F i g. 3 a weder Leitschaufeln 4 a noch ein Strahlumlenkboden
4 vorgesehen. Um eine Lagerung des Schalldämpfers auf kleinstem Raum zu ennöglichen
bzw. um den Schalldämpfer während des Transports kleiner zu halten, sollen insbesondere
die Seitenwände zerlegbar vorgesehen werden.
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F i g. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Erfindungsgegenstands
in der Perspektive. Die Seitenwände 3 sind durch Scharniergelenke in einzelne
Teile zusammenlegbar, so daß eine schnelle Montage und Demontage möglich sind. Das
Strahlumlenkteil, bestehend aus Boden 4, Seitenwänden, Leitschaufeln 4 a
und gegebenenfalls Verbindungsstegen, kann durch Schnellverschlüsse gelöst und frei
ausgehängt werden bzw., wie in F i g. 4 dargestellt, durch Scharniergelenke-
mit der Bodenplatte schwenkbar verbunden sein.