DE1231957B - Silencer for the gas jet emerging from a mouth at high speed - Google Patents
Silencer for the gas jet emerging from a mouth at high speedInfo
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Description
Schalldämpfer für den aus einer Mündung mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gasstrahl Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer für den aus einer Mündung mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gasstrahl, insbesondere Abgasschalldämpfer für am Boden, ,gegebenenfalls mit Nachbrenner betriebene Strahltriebwerke, bestehend aus einem Umlenkteil zum Umlenken des Gasstrahls von etwa der waagerechten in etwa die lotrechte Richtung und einem etwa lotrecht über dem Umlenkteil angeordneten rohrförmigen, gegebenenfalls in Stromrichtung erweiterten und schaltdämpfend ausgebildeten Austrittsteil.Silencer for coming out of a muzzle at high speed exiting gas jet The invention relates to a silencer for the gas jet emerging from an orifice at high speed, in particular Exhaust silencer for jet engines operated on the ground, possibly with an afterburner, consisting of a deflection part for deflecting the gas jet from approximately the horizontal one approximately the vertical direction and one arranged approximately perpendicularly above the deflection part tubular, possibly expanded in the direction of flow and designed to be switch-damping Exit part.
Die Verwendung derartiger Schalldämpfer z. B. an Prüfständen für Strahltriebwerke ist an sich bekannt. Der Dämpfer besteht aus einem geraden, waagerechten, mit Schallschluckstoff ausgekleideten Rohrteil, an dessen Abströmende ein Krümmer vorgesehen ist, der etwa in der senkrechten Richtung endet. Die Länge und die lichten Querdimensionen des waagerechten Rohrteils sind unter Berücksichtigung der hindurchzuleitenden größten Abgas- und Kühlmittelmengen der Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur -mindestens so groß, daß die Wandung des Schalldämpfers, insbesondere im Bereich des Krümmers, nicht beschädigt wird.The use of such mufflers z. B. on test stands for jet engines is known per se. The damper consists of a straight, horizontal one with sound absorbing material lined pipe part, at the outlet end of which a bend is provided, which is about ends in the vertical direction. The length and the clear transverse dimensions of the horizontal pipe part are taking into account the largest to be passed through Exhaust gas and coolant quantities of the flow velocity and temperature - at least so large that the wall of the silencer, especially in the area of the manifold, will not be damaged.
Unter diesen Gesichtspunkten wird für den Schalldämpfer in bezug auf die Grundfläche sehr viel Platz benötigt, der in vielen Fällen zur Aufstellung desselben fehlt. Solche Schalldämpfer führen außerdem zu langen und unübersichtlichen Anlagen: Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch behoben, daß das Umlenkteil in Anwendung des Coanda-Effekts in an sich bekannter Weise eine Führungsplatte mit konvex zum Gasstrom gewölbter Führungsfläche -und gegebenenfalls seitliche Begrenzungswände aufweist, so daß ein offener Kanal gebildet ist. Dieser Vorgang ist z. B. im »Technical Report No. F-TR-2155-ND, April 1947 - Headquarters Air Material Command Wright Field, Dayton, Ohio - Analytical Investigation of the Coanda-Effect«, von A. V o e d i s c h jr., und im Jahrbuch 1956 der WGL, Verlag Vieweg, Braunschweig, S. 29 bis 51, beschrieben.From this point of view, reference is made to the muffler the footprint requires a lot of space, which in many cases is used to set up the same is missing. Such silencers also lead to long and confusing systems: According to the invention, these disadvantages are eliminated in that the deflection part is in use the Coanda effect in a known manner a guide plate with convex to Gas flow arched guide surface and, if necessary, lateral boundary walls has so that an open channel is formed. This process is z. B. in »Technical Report No. F-TR-2155-ND, Apr. 1947 - Headquarters Air Material Command Wright Field, Dayton, Ohio - Analytical Investigation of the Coanda Effect, "by A. V o e d i s c h jr., and in the 1956 yearbook of the WGL, Verlag Vieweg, Braunschweig, p. 29 bis 51.
Unter Coanda-Effekt wird der physikalische Vorgang verstanden, daß ein Gasstrom vorzugsweise im schallnahen Geschwindigkeitsbereich sich an eine konvex gekrümmte Führungsfläche anschmiegt.The Coanda effect is understood to mean the physical process that a gas flow, preferably in the near-sound speed range, is convex curved guide surface snugly.
Der aus dem Triebwerk austretende Abgasstrahl wird gemäß der Erfindung vorzugsweise unmittelbar nach Verlassen der Düse durch die konvex gekrümmte Führungsfläche umgelenkt. Durch die hohe Geschwindigkeit des Abgasstrahls wird selbsttätig Frischluft in den Umlenkkanal bzw. zwischen Umlenkplatte und Abgasstrahl angesaugt, so daß das Umlenkteil vor Überhitzung geschützt ist.The exhaust gas jet emerging from the engine is according to the invention preferably immediately after leaving the nozzle through the convexly curved guide surface diverted. The high speed of the exhaust gas jet automatically creates fresh air sucked into the deflection duct or between the deflection plate and the exhaust gas jet, so that the deflection part is protected from overheating.
Der senkrecht nach oben umgelenkte Abgasstrahl wird nunmehr in ein entsprechendes lotrecht angeordnetes schalldämpfendes Austrittsteil in an sich bekannter Weise weitergeführt. Der Abgasstrahl verläßt somit in größerer Höhe den Schalldämpfer, wodurch der Vorteil gegeben ist, daß der auch nach den Seiten abgestrahlte Schall in Bodennähe weniger wirksam wird.The exhaust gas jet deflected vertically upwards is now turned into a corresponding vertically arranged sound-absorbing exit part in known per se Way continued. The exhaust gas jet leaves the silencer at a greater height, whereby the advantage is given that the sound emitted to the sides becomes less effective near the ground.
Das Umlenkteil des Schalldämpfers soll in das lotrecht angeordnete Austrittsteil vorzugsweise hineinragen.The deflecting part of the muffler should be in the perpendicular Exit part preferably protrude.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann das Umlenkteil mit einem etwa waagerecht liegenden geraden Eintrittsteil versehen sein, bei dem das Verhältnis Länge -zu Höhe etwa = 2,5: 1 bis 3: 1 ist. Ferner soll die Höhe des Eintrittsteils zum Mündungsdurchmesser der Strahldüsen vorzugsweise 3:1 sein.In a further embodiment of the subject matter of the invention, the deflecting part can be provided with an approximately horizontally lying straight entry part, in which the length-to-height ratio is approximately = 2.5: 1 to 3: 1. Furthermore, the height of the inlet part to the mouth diameter of the jet nozzles should preferably be 3: 1.
Das waagerecht verlaufende Teil des Umlenkteils soll ferner bevorzugt rohrförmig-, insbesondere rechteckig oder rund, ausgebildet werden.The horizontally extending part of the deflection part should also be preferred tubular, in particular rectangular or round, are formed.
Die Breite des Schalldämpfers kann unterschiedlich sein und richtet sich vor allem nach der Anzahl der gleichzeitig nebeneinander angeordneten zu prüfenden Triebwerke, z. B. am Heck eines Flugzeugs. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der lichte Abstand zwischen der Triebwerkdüse und der Wandung des Schalldämpfers, um eine Überhitzung zu vermeiden, vorzugsweise größer als der Düsendurchmesser selbst sein soll.The width of the silencer can be different and aimed mainly according to the number of items to be checked that are arranged side by side at the same time Engines, e.g. B. at the tail of an aircraft. It should be noted that the clear distance between the engine nozzle and the wall of the muffler to avoid overheating, preferably larger than the nozzle diameter itself should be.
Es versteht sich, daß auch die Höhe des Schalldämpfers entsprechend der Anzahl der gleichzeitig übereinander angeordneten und zu prüfenden Triebwerke unterschiedlich sein kann.It goes without saying that the height of the muffler should also be adjusted accordingly the number of simultaneously arranged one above the other and to be tested Engines can be different.
Das Umlenkteil soll in Strömungsrichtung vorzugsweise einen abnehmenden Radius aufweisen; in einer bevorzugten Ausführung nimmt der Radius gleichmäßig und linear, entsprechend einer archimedischen Spirale ab. Denkbar wäre ebenso eine degressive oder progressive Zunahme der Krümmung, wobei diese auch ungleichmäßig, z. B. stufenweise erfolgen kann.The deflecting part should preferably decrease in the direction of flow Have radius; In a preferred embodiment, the radius increases uniformly and linear, corresponding to an Archimedean spiral. A degressive one would also be conceivable or progressive increase in curvature, this also being uneven, e.g. B. gradually can be done.
Durch die in Strömungsrichtung zunehmende Krümmung wird ein fächerartiges Abströmen der Gase erreicht. Das hat den Vorteil, daß sich die Abgase in einer Querdimension stärker ausbreiten als üblich ein frei expandierender Gasstrahl. Dadurch kann das Verhältnis Länge zu Breite des Sehalldämpfer-Austrittquerschnitts groß gehalten werden, wodurch die Wirksamkeit des Schalldämpfers erhöht wird.The increasing curvature in the direction of flow creates a fan-like shape Reached outflow of gases. This has the advantage that the exhaust gases are in a transverse dimension spread a freely expanding gas jet more than usual. This can do that The ratio of length to width of the silencer exit cross-section is kept large increasing the effectiveness of the silencer.
Die gekrümmte Führungsplatte des Umlenkteils, an die sich der Abgasstrahl anlegt, kann ferner - in der gleichen Querebene betrachtet - an den Seiten jeweils einen größeren Radius aufweisen als in der Mitte (F i g. 4 und 4 a).The curved guide plate of the deflector to which the exhaust gas jet is attached can also - viewed in the same transverse plane - on the sides have a larger radius than in the middle (Figs. 4 and 4 a).
Das führt zu einer besseren Auffächerung des Strahlkerns, weil auf diesen zunächst eine größere Zentrifugalkraft wirkt als auf die zu beiden Seiten strömenden Gasteile. Die durch die unterschiedlichen Radien entstehende Druckdifferenz in Querrichtung zur Strömung wird durch den beidseitigen Zustrom der Randschichtströmung zur Mitte ausgeglichen. Dadurch wird wiederum zu beiden Längsseiten Frischluft angesaugt, die das Umlenkteil vor überhitzung schützt.This leads to a better fanning out of the beam core, because on These initially have a greater centrifugal force than those on both sides flowing gas parts. The pressure difference resulting from the different radii in the transverse direction to the flow is due to the bilateral inflow of the boundary layer flow balanced towards the middle. This in turn draws in fresh air on both long sides, which protects the deflector from overheating.
Eine ähnliche Wirkung kann erreicht werden, indem die gekrümmte Führungsplatte und/oder die Seitenwände des Umlenkteils mit wenigstens zum Teil verschließbaren Perforationen versehen werden. Durch eine in der Mitte des Umlenkteils gegebenenfalls auf der gesamten Länge vorgesehene Perforierung kann durch die Wandung Frischluft zwischen Umlenk-Innenseite und Abgasstrahl einströmen. Die angesaugte Frischluft vermindert wenigstens stellenweise den Unterdruck, die den Abgasstrahl an der konvex gekrümmten Führungsfläche hält, so daß bei entsprechender Anordnung der Perforierung der Ab- gasstrahl mehr oderweniger aufgefächert werden kann.A similar effect can be achieved by providing the curved guide plate and / or the side walls of the deflection part with perforations that can be at least partially closed. A perforation, optionally provided over the entire length in the middle of the deflection part, allows fresh air to flow in through the wall between the inside of the deflection and the exhaust gas jet. The fresh air drawn in is reduced at least in places, the negative pressure which keeps the exhaust gas stream at the convexly curved guide surface so that the exhaust plume can be fanned or less with a corresponding arrangement of the perforation.
Die Führung des Abgasstrahls im Umlenkteil kann, gemäß der Erfindung, auch dadurch beeinflußt werden, daß die Höhe wenigstens einer Seitenwand des Umlenkteils wenigstens in Strömungsrichtung abnimmt. Die Ablösung des Abgasstrahls bzw. einzelner Ströme von der Führungsfläche kann durch die Höhe der Seitenwand beeinflußt und gesteuert werden, weil die Frischluft bei niedriger Seitenwand stärker in den Abgasstrom angesaugt wird.The guidance of the exhaust gas jet in the deflection part can, according to the invention, can also be influenced by the fact that the height of at least one side wall of the deflection part decreases at least in the direction of flow. The detachment of the exhaust gas jet or individual Currents from the guide surface can be influenced by the height of the side wall and can be controlled because the fresh air with a lower side wall more strongly in the exhaust gas flow is sucked in.
Alle Maßnahmen, die zur einseitigen Ausweitung des Abgasstrahls führen, dienen dazu, die Strömung vorzugsweise vor Eintritt in den lotrechten Kanal in einer Querdimension dünn zu halten. Somit braucht der lotrecht angeordnete, schalldämpfende Kanal nur in der Krümmungsebene (Radiusebene) und in Strömungsrichtung erweitert zu werden, wodurch der Wirkungsgrad des Schalldämpfers wesentlich verbessert wird.All measures that lead to one-sided expansion of the exhaust gas jet, serve to control the flow preferably before entering the vertical channel in a Keep the transverse dimension thin. Thus, the vertically arranged, sound absorbing needs Channel only expanded in the plane of curvature (plane of the radius) and in the direction of flow to become, whereby the efficiency of the muffler is significantly improved.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung und aus nachfolgender Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Schalldämpfers, F i g. 2 eine Seitenansicht des Schalldämpfers nach F i g. 1 im Schnitt, F i g. 2 a einen Querschnitt durch das Um] enkteil nach F i g. 2, Schnitt I-I, F i g. 3 eine andere perspektivische Ansicht des Schalldämpfers, F i g. 4 eine besondere Ausführung des Umlenkteils, F i g. 4 a in der Draufsicht auf F i g. 4, F i g. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung des Umlenkteils, F i g. 5 a die Vorderansicht des Umlenkteils nach Fig.5.Further details of the invention are from the drawing and from can be found in the following description. It shows F i g. 1 a perspective View of the silencer, F i g. 2 is a side view of the muffler according to FIG F i g. 1 in section, F i g. FIG. 2 a shows a cross section through the deflection part according to FIG G. 2, section I-I, FIG. 3 is another perspective view of the muffler; F i g. 4 shows a special version of the deflection part, FIG. 4 a in plan view on F i g. 4, fig. 5 shows a side view of a further embodiment of the deflection part, F i g. 5 a the front view of the deflecting part according to FIG.
Der Erfindungsgegenstand besteht im wesentlichen aus einem lotrecht angeordneten schalldämpfenden Austrittsteil 1 und dem Umlenkteil 2, an dessen gekrümmter Führungsplatte 2a bzw. an dessen konvex gebogener Seite 2a` der Gasstrahl geführt und umgelenkt wird. Die Platte 2a kann zu beiden Längsseiten durch Seitenwände 2 b begrenzt sein, wobei deren lichte Höhe H insbesondere eingangsseitig vorzugsweise dreimal größer als der Düsendurchmesser D sein soll. Der so gebildete Umlenkkanal kann ferner in der waagerechten Ebene geradlinig verlängert werden, wobei die Länge L des waagerechten Teils 3 vorzugsweise etwa zweieinhalb- bis dreimal größer als dessen Höhe H sein soll.The subject of the invention consists essentially of a perpendicular arranged sound-absorbing exit part 1 and the deflecting part 2, at the curved Guide plate 2a or on its convex curved side 2a 'the gas jet is guided and is diverted. The plate 2a can be supported on both longitudinal sides by side walls 2 b, the clear height H of which is particularly preferred on the input side should be three times larger than the nozzle diameter D. The deflection channel formed in this way can also be extended in a straight line in the horizontal plane, the length L of the horizontal part 3 is preferably about two and a half to three times larger than whose height should be H.
Während das Teil 2 erfindungsgemäß wenigstens an einer seiner Längsseite offen sein soll, kann das waagerechte Teil 3 auch rohrförmig mit beliebigem Querschnitt, z. B. rund, oval, viereckig u. dgl. ausgebildet sein.While the part 2 according to the invention at least on one of its longitudinal side should be open, the horizontal part 3 can also be tubular with any cross-section, z. B. round, oval, square and the like. Be formed.
Das Umlenkteil2 des Schalldämpfers soll dem lotrecht angeordneten Austrittsteil 1 vorzugsweise unmittelbar vorgeschaltet sein (s. F i g. 1 und 2) und kann, entsprechend der Darstellung in F i g. 3, in das schalldämpfende Austrittsteil 1 hineinragen.The Umlkteil2 of the muffler should be arranged vertically Exit part 1 should preferably be connected directly upstream (see Figs. 1 and 2) and can, as shown in FIG. 3, in the sound-absorbing exit part 1 protrude.
Der Austrittsteil 1 soll das Auslaßende des Umlenkteils 2 derart umschließen, daß der Abgasstrahl erst nach dem Umlenken mit der Wand 1 a des Austrittsteils in Berührung kommt. Ober- und unterhalb des waagerecht verlaufenden Teils 3 können vorzugsweise Frischluftö$nungen 4 vorgesehen sein, die gegebenenfalls mit schalldämpfenden Kulissen 4 a versehen sind. Auch der Austrittsquerschnitt 5, der zur Verbesserung des Wirkungsgrads weitgehend länglich ausgebildet sein soll, kann in an sich bekannter Weise durch schalldämpfende Kulissen 5 a unterteilt werden.The outlet part 1 is intended to enclose the outlet end of the deflecting part 2 in such a way that the exhaust gas jet only comes into contact with the wall 1a of the outlet part after the deflection. Fresh air openings 4 can preferably be provided above and below the horizontally extending part 3, which openings are optionally provided with sound-absorbing scenes 4 a. The exit cross-section 5, which should be largely elongated in order to improve the efficiency, can also be subdivided in a manner known per se by sound-absorbing scenes 5a.
In den F i g. 4 bis 5 a sind einige Ausführungen des Umlenkkanals 2 dargestellt, die Maßnahmen zeigen, die zur gegebenenfalls steuerbaren Auffächerung des Strahls, entsprechend der durch Pfeile veranschaulichten Strömung, führen.In the F i g. 4 to 5 a are some versions of the deflection channel 2, which show the measures for the possibly controllable diversification of the jet according to the flow illustrated by the arrows.
Das Umlenkteil 2 in F i g. 4 hat eine gekrümmte Führungsplatte 2a, deren beide Seiten jeweils einen größeren Radius R aufweisen als das Mittelstück in der gleichen Ebene. Die. Führungsplatte 2a hat somit einen hutförmigen Profilquerschnitt; die Führungsplatte ist in F i g. 4 a, die eine Draufsicht des in F i g. 4 dargestellten Umlenkteils zeigt, sichtbar.The deflecting part 2 in FIG. 4 has a curved guide plate 2a, both sides of which each have a larger radius R than the middle piece in the same plane. The. Guide plate 2a thus has a hat-shaped profile cross section; the guide plate is shown in FIG. 4 a, which is a top view of the FIG. 4 shown Deflector shows visible.
Eine weitere Ausführung des Umlenkteils 2 ist in den F i g. 5 und 5 a dargestellt. Die Seitenwände 2 b und/oder die Führungsplatte 2a können wenigstens zum Teil verschließbare Perforationen 2c aufweisen, durch die Frischluft angesaugt und somit der Unterdruck, der den Strahl entgegen seiner Zentrifugalkraft an die konvex gekrümmte Führungsfläche 2 a hält, gemindert werden kann.Another embodiment of the deflecting part 2 is shown in FIGS. 5 and 5 a. The side walls 2 b and / or the guide plate 2a can at least partially closable perforations 2c, sucked in through the fresh air and thus the negative pressure, which pushes the jet against its centrifugal force on the convexly curved guide surface 2 a holds, can be reduced.
Das Verschließen .der Perforation 2c kann am zweckmäßigsten durch einen Schieber 2 d erfolgen, der ebenfalls perforiert ist.Closing the perforation 2c can be most expedient a slide 2 d take place, which is also perforated.
Der Unterdruck durch Abgasstrahl und Führungsplatte 2 kann auch durch kleine Seitenwände, bzw. dadurch, daß die Seitenwände wenigstens stellenweise ganz entfallen, gemindert werden. Die Frischluft, die nunmehr zu beiden Seiten einströmen kann, führt zum Ablösen insbesondere der seitlichen Strömungen.The negative pressure caused by the exhaust gas jet and guide plate 2 can also be achieved by small side walls, or in that the side walls at least in places completely omitted, reduced. The fresh air that now flows in on both sides can lead to the detachment of the lateral currents in particular.
Um eine gleichmäßige und progressive Ablösung der Abgasströme in Form eines Fächers zu erreichen, können die Seitenwände 2b in Strömungsrichtung (s. Pfeile) in bezug auf die Höhe H verjüngt werden.In order to achieve an even and progressive replacement of the exhaust gas flows in the form To achieve a fan, the side walls 2b in the direction of flow (see arrows) be tapered with respect to the height H.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß durch die Erfindung weniger hitzebeständige und somit weniger kostspielige Werkstoffe zum Einsatz kommen können, weil der heiße Strahlkern den Werkstoff nicht mehr berührt.It should be noted that less heat-resistant by the invention and thus less expensive materials can be used because the hot one The beam core no longer touches the material.
Während der Strahlkern bisher mit der gesamten kinetischen Energie auf die konkav gewölbten Seiten des Umlenkbleches auftraf, wird erfindungsgemäß der wärmste Teil des Abgasstrahls im Abstand um die konvex gewölbte Führungsseite umgelenkt.While the jet core so far with the entire kinetic energy hit the concavely curved sides of the baffle, is according to the invention the warmest part of the exhaust gas jet at a distance around the convexly curved guide side diverted.
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