DE1241194B - Schalldaempfende Schubduese fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLiK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

FOIn

Deutsche Kl.: 46 c6-1/01

Nummer: 1241194

Aktenzeichen: Y 4151 a/46 c6

Anmeldetag: 27. April 1960

Auslegetag: 24. Mai 1967

Die Erfindung bezieht sich auf schalldämpfende Schubdüsen für Strahltriebwerke mit an ihrem Austrittsende angeordneten wirbelerzeugenden Flügeln.

Das von einem Strahltriebwerk erzeugte Geräusch wird zum großen Teil durch die intensiven Wirbel verursacht, welche sich in einer ringförmigen Zone nahe dem Austrittsende und jenseits desselben befinden, wo ein steiles Geschwindigkeitsgefälle zwischen dem Rand des Strahltriebwerks und der Atmosphäre vorhanden ist. Diese Zone ist als Mischzone des Strahltriebwerks bekannt. Wenn die Regelmäßigkeit der Ausbildung dieser Wirbel ganz oder teilweise zerstört und die Heftigkeit derselben vermindert werden kann, dann wird auch der Gesamtgeräuschpegel entsprechend herabgesetzt. Es kann gefolgert werden, daß durch eine Steuerung der Strahltriebwerksströmung, derart, daß unregelmäßige Ausbildungen von breiten oder schwachen Wirbeln — statt regelmäßige enge oder schmale Wirbel von starker Intensität — erzeugt werden, eine bemerkenswerte Verminderung des Geräuschpegels erreicht wird; diese Verminderung wirkt sich am meisten in den höheren Frequenzbereichen aus, welche für das menschliche Ohr besonders unangenehm empfunden werden. Es ist auch erwünscht, die Mischzone in ihrer Länge zu verkürzen, und zwar durch Vergrößerung des Mischverhältnisses bzw. der Mischgeschwindigkeit unmittelbar hinter dem Austrittsende der Düse.

Bei einer schon früher vorgeschlagenen geräuschdämpfenden Schubdüse sind in Stromrichtung vor dem Düsenaustritt Zähne radial so angeordnet, daß sie über einen größeren Teil ihrer Länge hinweg mit der allgemeinen Stromrichtung durch die Düse hindurch fluchten und, wo diese Zähne oder Flügel über einen kleineren Teil ihrer Länge verdreht sind, der verdrehte Abschnitt in bezug auf die allgemeine Stromrichtung überzogen ist.

Es sind auch Schubdüsen bekannt, bei denen Strömungsteiler vorgesehen sind, von denen jeder einen Kanal bildet, durch welchen umgebende Luft hindurchgeschickt werden kann. Im Betrieb verläßt daher das Strahltriebwerk-Strömungsmittel die Düse in Form einer Anzahl von getrennten, in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordneten Strömen mit dazwischen verlaufenden Strömen von Umgebungsluft. Diese Anordnung ist jedoch kompliziert und hat keine zufriedenstellende Arbeitsweise.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einer einfachen Anordnung und Ausbildung von Flügeln am Austrittsende der Schubdüse eine sehr wirkungsvolle Geräuschdämpfung zu erzielen.

Schalldämpfende Schubdüse für Strahltriebwerke

Anmelder:

Alec David Young, Buckhurst Hill, Essex

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen (Westf.), Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Alec David Young, Buckhurst Hill, Essex

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 1. Mai 1959 (15 038)

Dies wird erfindungsgemäß in erster Linie dadurch

erreicht, daß an der Wand der Düse vor ihrem Austrittsende nach innen und nach außen ragende, etwa radial stehende und gegen die Längsebenen der Düse geneigte Flügel angeordnet sind.

Die nach innen und nach außen ragenden Flügel können dabei gleichsinnig oder auch gegensinnig geneigt sein.

Ferner können erfindungsgemäß die Flügel um je einen etwa radial stehenden Zapfen schwenkbar gelagert werden.

Zwischen dem Zapfen und einer Lagerstelle jedes Flügels wird zweckmäßig eine Schraubenfeder eingespannt.

Ferner kann eine Einrichtung zum Verriegeln der Flügel vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Düse mit inneren und äußeren Flügeln,

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Düse nach F i g. 1,
F i g. 3 eine Abwicklung der Düse nach F i g. 2,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der Düse nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Düse ähnlich derjenigen der Fig. 2 und 4, jedoch mit Mitteln zur Änderung der Winkelstellung der Flügel,

F i g. 6 eine Düse ähnlich derjenigen der F i g. 2 und 4, jedoch mit abgedeckten äußeren Flügeln,

709 587/465

3 4

F i g. 7 eine Düse ähnlich derjenigen der F i g. 6, Die Anordnung nach F i g. 5 weist Mittel zum Verwährend stellen der Neigung der Flügel in bezug auf die all-

F i g. 8 eine Düse mit frei schwenkbar befestigten gemeine Stromrichtung durch die Düse auf. Die Be-

Flügeln wiedergibt. wegung der Betätigungsstange 11 in der durch den

Die Flügel 1 dienen dazu, den Strahltriebwerks- 5 Pfeil A angedeuteten Richtung verstellt den Verbinstrom von der allgemeinen Stromrichtung durch die dungsring 10 in der gleichen Richtung und dreht folg-Düse 2 hindurch abzulenken. Die Flügel erzeugen lieh jeden Flügel 1 aus der in gestrichelten Linien Strömungen, welche in bezug auf die Strömung der angedeuteten Stellung in eine Stellung, in der die Mittelzone des Strahltriebwerks schräg verlaufen. Flügel 1 in Längsebenen der Düse liegen. In ähn-Diese abgelenkten Ströme stehen mit der Strömung in io licher Weise können die Flügel 4 durch die Bewegung der Mittelzone des Strahltriebwerks in Wechselwir- der Betätigungsstange 14 in Richtung des Pfeils B in kung und werden infolgedessen zu einer Wirbelbewe- eine durch strichpunktierte Linien angedeutete Steigung gezwungen. Diese Wirbelströmungen bewirken lung 4 A gedreht werden. Wenn die Flügel 1 und 4 sowohl eine schnellere Mischung zwischen dem in eine in Längsebenen der Düse liegende Stellung Düsenstrahl und der Atmosphäre, welche die Düse 2 15 gebracht werden, wird eine geringe oder gar keine umgibt, als auch die Verhinderung bzw. Hemmung Schallunterdrückungswirkung erzielt. Bei Anwender Bildung von regelmäßigen ringförmigen Wirbeln, dung an Luftfahrzeugen werden die Flügel während welche sonst in der Mischzone des Strahltriebwerks des Starts eines Luftfahrzeugs gegen die durch die entstehen. Darüber hinaus unterstützen die Flügel Längsachse der Düse gehenden Ebenen geneigt,
auch die Verringerung der axialen Länge der Misch- 20 Die Flügel 1 und 4 können sowohl in der geneigten zone hinter dem Austrittsende der Düse 2. als auch in der normalen Stellung verriegelt werden,

F i g. 1 zeigt eine Düse 2, welche mit inneren Flü- und zwar dadurch, daß die Betätigungsstangen 11 gern 1 versehen ist, wobei die Düse außerdem rund und 14 in zugehörige Schlitze bzw. Kerben in den um ihren Außenrand Flügel 4 aufweist. Die inneren Verriegelungseinrichtungen 11A und 14^4 einrasten, und äußeren Flügel 1 und 4 sind etwa gegenüberlie- 25 Eine solche Anordnung von verstellbaren Flügeln hat gend — und zwar etwa radial stehend — angeordnet den Vorteil, daß ein Schubverlust infolge der Neigung und ihrer ganzen Länge nach gegen die Längsebenen der Flügel nur dann vorhanden ist, wenn die Flügel der Düse, jedoch gegensinnig zueinander geneigt. In sich in ihrer Wirkstellung befinden. Wenn das Luft-Fig. 1 lenken die äußeren Flügel 4 die Strömung der fahrzeug eine Höhe erreicht hat, in welcher das Geumgebenden Atmosphäre von der normalen Strom- 30 rausch nicht mehr stört, können die Flügel in die richtung ab, und zwar im Gegenuhrzeigersinn bzw. Stellung gedreht werden, in der sie in Längsebenen linksherum (von hinten gesehen). Der Strahltrieb- der Düse liegen; das Luftfahrzeug setzt sich dann werksstrom an den inneren Flügeln 1 wird im Uhr- keinem zusätzlichen Schubverlust aus.
zeigersinn bzw. rechtsherum abgelenkt. Die durch die Gemäß Fig. 6 haben die äußeren Flügel 4 eine inneren und äußeren Flügel 1 und 4 abgelenkten 35 Abdeckung 5, welche mit einer Reihe von öff-Ströme beeinflussen sich gegenseitig, und der Strom, nungen6 versehen ist; in Fig. 7 haben die inneren welcher durch die Flügel 1 abgelenkt wird, steht und äußeren Flügel 1 bzw. 4 eine verwundene Form, außerdem mit dem Strom in der Mittelzone des Die Verwendung an den inneren Flügeln 1 steht in Strahltriebwerks in Wechselwirkung, so daß in dieser entgegengesetzter Richtung zu derjenigen an den Zone gegenläufige Wirbel bzw. Strudel hervorgerufen 40 äußeren Flügeln 4.

werden. Die so gebildeten gegenläufigen Wirbel ver- Die die Düse 2 umgebende Luft wird entweder in

hindern bzw. hemmen die Bildung von regelmäßigen die Zwischenräume eingebracht bzw. eingesaugt,

ringförmigen Strudeln in der Mischzone des Strahl- welche von nebeneinanderliegenden Flügelpaaren 4

triebwerks und haben außerdem das Bestreben, die und der Abdeckung 5 begrenzt werden, oder die Luft

Mischgeschwindigkeit zwischen dem umgebenden 45 in diesen Zwischenräumen wird durch die Öffnungen

Luftstrom und dem Strahltriebwerksstrom zu ver- bzw. Löcher 6 ausgestoßen, was jeweils von den

großem. Druckverhältnissen im Zwischenraum abhängt. Eine

In F i g. 2 sind die Flügel 1 und 4 gegeneinander solche Einrichtung begünstigt außerdem das Mischen

versetzt angeordnet; diese Anordnung der Flügel zwischen dem Strahltriebwerksstrom und der die

wird in der Abwicklung der Düse in Fig. 3 und in 50 Düse2 umgebenden Atmosphäre. Darüber hinaus

perspektivischer Ansicht in Fig. 4 deutlicher dar- begünstigt die Einrichtung gemäß Fig. 7, bei der die

gestellt. äußeren und inneren Flügel in entgegengesetzten

Die Düsenanordnung gemäß F i g. 2 arbeitet in Richtungen verwunden sind, ebenfalls diesen Mischähnlicher Weise wie diejenige gemäß F i g. 1. Vorgang.

Die Abwicklung der Düse 2, wie in F i g. 5 dar- 55 F i g. 8 zeigt eine Düse 2 mit einer äußeren Hülle gestellt, hat Flügel 1 und 4, die jeweils auf einem IA. Zwischen der Düse 2 und der Hülle 2 A sind Zapfen 7 schwenkbar gelagert sind. Das innere Ende Abstandstücke 15 vorgesehen. Um die Düseneinrichjedes Flügels 1 ist an einem Gelenkteil 9 drehbar be- tung übersichtlicher darzustellen, werden sowohl die festigt. Die Gelenkteile 9 sind der Reihe nach an Düse 2 als auch die Hülle im Querschnitt gezeigt, einem Verbindungsring 10 befestigt, welcher mit 60 jedoch ist die Verkleidung 2 A in Stromrichtung hineiner Betätigungsstange 11 versehen ist. In ähnlicher ter der im Querschnitt dargestellten Ebene mit der Weise ist das innere Ende jedes Flügels 4 an einem Düse 2 glatt verbunden. Drehzapfen 7 sind zwischen Gelenkteil 12 drehbar befestigt. Die Gelenkteile 12 der Düse 2 und der Hülle 2 A durch die Abstandsind der Reihe nach an einem Verbindungsring 13 stücke 15 hindurch fest angebracht. Jeder der Drehbefestigt, welcher mit einer Betätigungsstange 14 ver- 65 zapfen 7 verläuft etwa radial. Alle Flügel 1 sind an sehen ist. Die Betätigungsstangen 11 und 14 sind ihrem inneren Ende mit einem Paar Lagerstellen 8 jeweils mit einer Verriegelungsemrichtung WA und versehen, welche an den Drehzapfen? so gelagert 14 A versehen. sind, daß die Flügel 1 frei schwenken können. Eine

Schraubenfeder 8 A umgibt jeden Drehzapfen 7 und ist zwischen einer Lagerstelle 8 der Flügel 1 und dem Zapfen 7 eingespannt.

Gemäß F i g. 8 können die Flügel zwischen Neigungswinkeln auf beiden Seiten ihrer in voll ausgezogenen Linien dargestellten Mittellage hin- und herschwingen. Frequenz und Amplitude der Schwingung hängen ab von der Kennlinie der Feder, der Geschwindigkeit der Strahltriebwerks- und Atmosphärenströme, der Turbulenz im Strahltriebwerksstrom und vom Beharrungsvermögen der Flügel. Wenn auch das Strahltriebwerk einen näherungsweise stetigen Gasstrom ausstößt, so sind doch geringe Fluktuationen vorhanden, welche die Flügel in Schwingung versetzen, ähnlich wie bei einer Flagge, ig die am Mast auch bei ziemlich stetigem Wind flattert. Die Schwingung der Flügel 1 bewirkt eine entsprechende Schwingung in der Strömungsrichtung der Strahltriebwerksgase und verhindert bzw. hemmt folglich die Bildung regelmäßiger ringförmiger Wirbei ebenso, wie sie auch die axiale Länge der Mischzone verringert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schalldämpfende Schubdüse für Strahltriebwerke, mit an ihrem Austrittsende angeordneten wirbelerzeugenden Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand der Düse

(2) vor ihrem Austrittsende nach innen und nach außen ragende, etwa radial stehende und gegen die Längsebenen der Düse geneigte Flügel (1 und 4) angeordnet sind.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen und nach außen ragenden Flügel (1 und 4) gleichsinnig geneigt sind.

3. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen und nach außen ragenden Flügel (1 und 4) gegensinnig geneigt sind.

4. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (1 und 4) um je einen etwa radial stehenden Zapfen (7) frei schwenkbar gelagert sind.

5. Schubdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zapfen (7) und einer Lagerstelle (8) jedes Flügels (1 und 4) eine Schraubenfeder (8 A) eingespannt ist.

6. Schubdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verriegeln der Flügel (1 und 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 015 270;
britische Patentschrift Nr. 831152;
USA.-Patentschrift Nr. 2 650 752;
»Engineering«, 13.6.1958, S. 750, Fig. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 587/465 5.67 © Bundesdruckerei Berlin