DE1214475B

DE1214475B - Schalldaempfungseinrichtung an einer Gassaustrittsduese, insbesondere an einer Schubduese fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1214475B
Application number: DEL30382A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Michael Lilley
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-05-13
Filing date: 1958-05-10
Publication date: 1966-04-14
Also published as: NL104490C; CH362271A; GB868072A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02f

Deutsche Kl.: 46 c6 -1/01

Nummer: 1214475

Aktenzeichen: L 303821 a/46 c6

Anmeldetag: 10. Mai 1958

Auslegetag; 14. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalldämpfungseinrichtung an einer Gasaustrittsdüse, insbesondere an einer Schubdüse für Flugzeuge, mit einer Mehrzahl von um den Umfang der Gasdüse herum und in Richtung auf die Längsachse der Gasdüse angeordneten, mit Luft beschickten Nebendüsen.

Bei einer bekannten Anordnung ist eine geriffelte Schalldämpfungsdüse vorgesehen, welche ein Band in Form einer Abdeckung am äußeren Ende hat. Der Hauptstrom, der aus der Düse herauskommt, soll einen Strom atmosphärischer Luft in die nach außen weisenden Vertiefungen der Riffelungen einbringen. Eine derartige Düse arbeitet ununterbrochen, was einen Schubverlust zur Folge hat und keinen so hohen Grad der Schalldämpfung ergibt, wie er erwünscht ist.

Außerdem sind Vorschläge unterbreitet worden, welche sich mit dem gleichen Problem befassen, und es ist festgestellt worden, daß das Schallfeld, welches dann erzeugt wird, wenn ein Düsenstrahl in die Atmosphäre ausgestoßen wird, größtenteils durch die Auswirkung der intensiven Wirbelung in der Zone der starken Geschwindigkeitssteigerung verursacht wird, welche im Strahlstrom in der Nähe des Düsenaustritts und über diesen hinaus auftritt. Die früher gemachten Vorschläge betrafen hauptsächlich eine Änderung der geometrischen Form der Düse, und zwar wollte man von der herkömmlichen flachen, kreisförmigen Düsenform wegkommen. Als Ergebnis wurde eine bemerkenswerte Schalldämpfung in der Praxis erzielt, und zwar in erster Linie in denjenigen Frequenzbereichen, welche für das menschliche Ohr in besonderem Maße störend ist, wobei diese Frequenzbereiche potentiell gefährlicher werden, wenn der Lärmpegel recht hoch ist und er nicht mit zunehmendem Abstand von Haus aus eine ausreichende Abschwächung erfährt. In gewissen Fällen kann es von Vorteil sein, eine Schalldämpfung in bestimmten Frequenzbereichen auf Kosten einer Lärmzunahme in anderen bestimmten Frequenzbereichen zu erzielen.

Es ist auch eine Vorrichtung zur Behandlung von entzündlichen Auspuffgasen, so daß sie nichtentzündlich werden, bekannt. Bei dieser Vorrichtung liefern Düsen ein Strömungsmittel zu dem Auspuffgas, um es zu verdünnen und abzukühlen, so daß es sich beim Austreten in die Luft nicht entzündet. Das Strömungsmittel aus den Düsen soll nicht das Vermischen mit den Auspuffgasen fördern, da dadurch die Gefahr, daß entzündliche Gase sich entflammen, vergrößert würde.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vor-

Schalldämpfungseinrichtung an einer
Gasaustrittsdüse, insbesondere an einer
Schubdüse für Flugzeuge

Anmelder:

Geoffrey Michael Lilley,

Cranfield, Bletchley, Buckinghamshire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Geoffrey Michael Lilley,

Cranfield, Bletchley, Buckinghamshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 13. Mai 1957 (15 173)

richtung, durch welche der Schall gedämpft wird, der entsteht, wenn ein Düsenstrahl mit hoher Geschwür digkeit in die Luft austritt. Der Schall wird durch die Wirbel erzeugt, die durch das Mischen des Düsenstrahls mit der Luft entstehen, und. die Frequenz des Schalls ist um so niedriger, je größer die entstehenden Wirbel sind. Da der Schall hoher Frequenz stärker mit zunehmender Entfernung abgedämpft wird als der Schall mit niedriger Frequenz, ist es selbst dann vorteilhaft, die Erzeugung von Schall mit niedriger Frequenz zu reduzieren, wenn als Folge davon mehr Schall hoher Frequenz erzeugt wird, da für einen Beobachter, der sich in einer gegebenen Entfernung von der Schallquelle befindet, der emp-

.fangene Schall geringer ist. Außerdem kann, wenn das Mischen des Düsenstrahls mit der Atmosphäre gefördert werden kann, so daß die Mischzone verkürzt werden kann, d. h. sich nicht so weit stromabwärts zur Düsenauslaßöffnung erstreckt, eine Dämpfung des erzeugten Schalls erzielt werden.

Dieser Zweck wird durch die Erfindung mit Hilfe von Hilfsdüsen erreicht. Diese Hilfsdüsen durchdringen den Hauptstrom entlang schraubenlinienförmigen Wegen, wodurch die Bildung von großen Wirbeln hintangehalten und Luft aus der Atmosphäre

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Claims

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mitgerissen wird, wodurch das Mischen des Strahls welcher Gase aus den Austrittsgasen der Turbine 10

mit der Luft gefördert wird. des Luftfahrzeugtriebwerks abgenommen werden.

Die erfindungsgemäße Schalldämpfungseinrich- F i g. 6 ist eine vergrößerte Ansicht einer konver-

tung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die gent-divergenten Ultraschalldüse, welche dann, wenn

Nebendüsen außerdem schräg zu ihrer durch die 5 die Geschwindigkeit des Hau@ts,trahlstroms sehr hoch

Gasdüsenachse gehenden Meridianebene angeordnet ist, an Stelle der konvergierenden Düsen, welche in

sind, so daß die' Luft in schraubenförmigen Kanälen den F i g. 1 und 3. dargestellt sind, verwendet wird,

von außen her in deji Gasstrom eindringt. Einige dieser Düsen können außerdem Wirbelein-

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- richtungen aufweisen, wie dies bei 11 in Fig. 6

spielsweise wiedergebenden Zeichnungen naher er- io schaubildlich dargestellt ist, um die Schalldämpfungs-

läutert werden, und zwar zeigt leistung zu ändern. Die Nebendüsen können mit

Fig. 1 den Längsschnitt eines Strahldüsenendes, · Schaltmitteln ausgestattet sein, welche ein Schließen wobei die Haupt- und Nebenstrahlströme veranschau- der Düsen gegenüber der Arbeitsmittelzufuhr ermöglicht sind, liehen; für diesen Zweck sind Drosselklappen 12 ge-

Fig. 2 die Endansicht einer Strahldüse, 15 maß Fig. 6 vorgesehen. Falls die Nebendüsen bei-

F i g. 3 eine Flächenansicht eines Strahldüsenendes, spielsweise auf der einen Seite des Strahlrohrendes

die Haupt- und Nebenstrahlströme und eine Zufuhr- geschlossen werden, kann eine gewisse Hauptstrahl-

einrichtung für den Nebenstrahistrom, ablenkung erzielt \ye,rden.

Fi g. 4 und 5 eine der in Fig. 3 dargestellten ahn- Die Arbeitsweise der Schalldpipfungseinrichtung

liehen Anordnung mit anderen Zufuhreinrichtungen, 20 soll nunmehr insbesondere mit Bezug auf Fig· 3 der

während Zeichnung erläutertwerden.DieNebenstrahlströme6

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht einer der Neben- folgen auf Grund ihrer Wechselwirkung mit dem

düsen mit einer in ihr angeordneten Wirbelrichtung Strahlstrom $ und ihrer tangentialen Richtungsjiom-

wiedergibt. ponenten einem etwa schraubenförmigen Weg, d. L,

Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, besteht 25 sie verlaufen in Form schraubenförmiger Wirbel, die Strahldüsenanordnung jeweils aus den gleich- welche den Umfang des Strahls 5 durchdringen. Es achsigen Außen- und Innenwänden i und IA. Zwi- hat sich herausgestellt, daß eine Wirbelung, welche sehen diesen Wänden befindet sich ein ringförmiger einen intensiven Schall von relativ niedriger Frequenz Stutzen 2, welcher an ein Zufuhrrohr 4 angeschlos- hervorruft, im Bereich d,es Scheitels des. inneren sen ist. In der stromabwärts gelegenen Wand des 30 Kegels 5 A auftritt. Es wurde festgestell^daß die/er ringförmigen Stutzens befindet sich' eine Reihe von Punkt sich im Abstand von nahezu "fünf Strahfrqhr-Düsen 3, welche im Ausführungsbeispiel als konver- durchmessern stromabwärts d.er Strahlrohrjlüsengierende Düsen dargestellt sind. Diese Düsen sind öffnung befindet. Daher müssen die Nebenstrahlin Wirklichkeit klein; einige von ihnen sind jedoch ströme'6 den Strahlstrom 5 an dieser Stelle und ein in Fig. 1 der besseren Veranschaulichung wegen ₃₅ wenig darüber hinaus durchdringen. Die Wirkung stark vergrößert dargestellt. Die Düsen sind so an- der schwachen Nebenstrahlströme, welche ihren jegeordnet, daß sie Nebenstrahlströme 6 in einer sol- weih'gen spiralförmigen Wagen in den Strahl 6 hinchen Richtung ausstoßen,, daß diese eine Außen- ein folgen, besteht darin, daß das Zustandekommen hülle 5 des Hauptstrahlstroms durchdringen. Das starker' Wirbel hintangehalten wird, welche sich Verhältnis des Durchmessers des Strahldüsenendes ₄₀ sonst in der vorstehend angeführten Zone bilden zum Durchmesser der Nebendüsen kann beispiels- wurden. Mit anderen Worten," die Nebenstrahlströme weise in der Größenordnung von 25 :1 liegen. bestimmen die Art der Wirbelung, und sie sind in

Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, sind die gewisser Hinsicht analog der Auswirkung von Zäh-

Düsen 3 zur Längsachse der Strahldüse geneigt und nen oder Riffelungen, welche bereits für'das Dämp-

außerdem zur durch die Strahldüsenachse verlaufen- 45 fen von Schall in Vprschlag gebracht worden sind,

den Meridianebene schräg gestellt. Die Nebenstrahl- - Der Lärmpegel, welcher dein von einer Düse in die

ströme werden daher sowohl mit einer Riehtüngs- Atmosphäre "hinein ausgestqßenen Strahlstrom 6 zu-

komponenten, welche tangential zur Begrenzungs- geordnet ist, ist eine Funktion der Turbulenzinten-

fläehe und senkrecht, zur allgemeinen Richtung des sität im Strahlstrom, und zwar in der vorstehend

Antriebsstrahlstroms 5 verläuft, als auch mit einer 50 angeführten Zone.

radialen, mit Bezug auf den Strahlström nach innen Falls das Zunehmen starker Wirbel in dieser Zone

gerichteten Komponenten ausgestoßen. Wie F i g. 3 hintangehalten werden kann, wird ein gewisses Äus-

zu entnehmen ist, kann die Tangentialriehtungskom- maß an Schalldämpfung erreicht. Die Freqpenz des

ponente für jeden Nebenstrahlstrom unterschiedlich erzeugten Schalls ist neben anderen Betriebsdaten

sein, während die radial naGh innen gerichtete Nei- ₅₅ vom Ausmaß der Wirbel abhängig. Daher wird dann,

gung bestimmter Strahlströme unterschiedlich zu der- wenn starke Wirbel hintangehalten werden, der

jenigen anderer Nebenstrahlströme verlaufen kann. untere Frequenzbereich des erzeugten Schalls unter-

Ein Behälter 7 ist an die Rohrleitung 4 angeschlossen, ■ drückt. Darüber hinaus bringen die Nebenstrahl-

und dieser Behälter ist mit unter Druck stehendem wirbel Luft aus der Atmosphäre ein und fördern so

Helium gefüllt ErkanneineübliGheHeliumflasche sein. 60 das Mischen des Strahls 6 mit der Atmosphäre. Die

Die Fig. 4 und S stellen eine abgeänderte Anprd- Nebenstrahlströme selbst erzeugen nur einen Schall

nung für das Zuführen von Arbeitsmittel zu den mit relativ hoher Frequenz, der mit zunehmender

Nebendüsen3 dar. In Fig.4 ist die Rohrleitung4 Entfernung rasch gedämpft wird.
so angeordnet, daß sie Luft vom Verdichters des

Lufifahrzeugtriebwerks her abnimmt, wobei diese 65" Patentanspruch:
Luft durch eiaen Verdichter 9, der in der Rohr- ' ' " '" *'
leitung 4 sitzt, noch weiter verdichtet;wird. In Fig. 5 Schalldämpfungseinrichtung an einer Gasausist eine ähnliehe Anordnung veranschaulicht, bei trittsdüse, insbesondere an einer Schubdüse für

Flugzeuge, mit einer Mehrzahl von um den Umfang der Gasdüse herum und in Richtung auf die Längsachse der Gasdüse angeordneten, mit Luft beschickten Nebendüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebendüsen außerdem schräg zu ihrer durch die Gasdüsenachse gehenden Meridianebene angeordnet sind, so daß die Luft in schraubenförmigen Kanälen von außen her in den Gasstrom eindringt. In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 561675, 970 000; französische Patentschrift Nr. 1 055 075; britische Patentschrift Nr. 791112; USA.-Patentschriften Nr. 2 389 059, 2 682147;

Zeitschrift »Luftfahrttechnik«, Juli 1956, S. 130, und August 1956, S. 156;

Jahrbuch 1955 der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Luftfahrt, S. 271.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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