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Schalldämpfer für den Bodenbetrieb von Strahltriebwerken Die Erfindung
betrifft einen Schalldämpfer für den Bodenbetrieb von Strahltriebwerken.
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Schalldämpferanordnungen für Verbrennungsmotoren dienen dem Zweck,
die im Auspuffgasstrom enthaltenen Gaswechselströme möglichst ohne einen Leistungsverlust
des Motors so zu glätten, daß die Austrittsgasströmung unhörbar wird. Die diesem
Zweck dienenden Schalldämpferanordnungen beruhen in erster Linie auf einer Verwirbelung
und Abkühlung der Gase. Man unterscheidet im allgemeinen bei derartigen Schalldämpferanordnungen
zwischen Absorptionsschalldämpfern und Resonanzschalldämpfern. Bei ersteren wird
eine Reibungsdämpfung verwendet, die durch in dem Schalldämpfergehäuse vorgesehene
Späne, Glaswolle od. dgl. bewirkt wird. Der Nachteil derartiger Anordnungen liegt
darin, daß das Absorptionsmaterial sich im Betrieb erhitzt und nach längerer Betriebszeit
in der Regel ausgewechselt werden muß. Bei Resonanzschalldämpfern sind Resonatorhohlräume
hintereinander angeordnet, die durch den Gasstrom zu ihren jeweiligen Eigenfrequenzen
erregt werden und eine entsprechend starke Durchwirbelung der Strömung bewirken.
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Dadurch ergibt es sich, daß die austretende Gasströmung nicht mehr
eine scharf gerichtete Strömung hoher Geschwindigkeit, sondern eine mehr oder minder
ungeordnete Strömung ist, wobei ein Teil der Energie der eintretenden Gasströmung
entzogen und in Form von Wärme durch den Schalldämpfer abgestrahlt wird.
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Für Brennkraftmaschinen ist bereits eine zugleich als Wärmeaustauscher
dienende Schalldämpferanordnung bekannt, bei der in der Gasströmung als Resonatoren
ausgebildete Verdrängungskörper angeordnet sind, wobei in dem von der Gasströmung
durchflossenen Raum um die Resonatoren herum Wärmeaustauschrohre angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für den Bodenbetrieb von
Strahltriebwerken mit im Gasstrom angeordnetem Verdrängungskörper und kennzeichnet
sich dadurch, daß der Verdrängungskörper - wie bei Schalldämpfern für Brennmaschinen
bekannt -als wenigstens ein den Gasstrom zuerst quer nach außen und dann wieder
nach innen umlenkender, mit Eintrittsöffnungen versehener Resonator ausgebildet
ist, der jedoch im Gegensatz zu der vorgenannten bekannten Anordnung in Querrichtung
eine wesentlich größere Ausdehnung als in Hauptstromrichtung hat, am Umfang abgerundet
ist und dessen Eintrittsöffnungen aus einer an sich bekannten Perforation bestehen,
und daß an der Außenwand Resonatoren mit abgerundetem Umfang angeordnet sind, welche
als Einzellöcher größeren Durchmessers ausgebildete Eintrittsöffnungen aufweisen,
die bezüglich der Perforation der Innenresonatoren quer zur Hauptstromrichtung versetzt
liegen.
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Hinsichtlich der Konstruktion eines Schalldämpfers für ein Strahltriebwerk
liegen vollständig andere Verhältnisse vor als bei Schalldämpfern für übliche Brennkrafimaschinen.
Die aus der Austrittsdüse eines Strahltriebwerks austretenden Gase haben eine überaus
hohe Temperatur und hohe Geschwindigkeit. Aus diesem Grund lassen sich nicht ohne
weiteres die konstruktiven Gesichtspunkte, die für den Bau von Schalldämpfern üblicher
Verbrennungsmotoren maßgeblich sind, übertragen. Die erfindungsgemäße Schalldämpferanordnung,
bei der eine mehrfache Knickung und Aufspaltung der Gasströmung und Vorbeiführung
derselben an Resonanzkammern sowohl an der Außenseite wie auch an der Innenseite
erfolgt, hat im praktischen Betrieb besten Erfolg bei der Dämpfung des von dem Austrittsstrahl
eines auf einem Prüfstand befindlichen Strahltriebwerks gezeigt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Beschreibung erläutert
und in den Zeichnungen dargestellt. Von den Figuren zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers für Anwendung bei einem Düsenflugzeug,
F
i g. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung längs der in F i g. 1 mit 2-2 bezeichneten
Schnittlinie, F i g. 3 eine Schnittdarstellung längs der in F i g. 2 mit 3-3 bezeichneten
Schnittlinie, F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung einer anderen
Ausführungsform, F i g. 5 eine den F i g. 1 und 4 entsprechende Darstellung einer
weiteren Ausführungsform, F i g. 6 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers
geänderter Ausführungsform, F i g. 7 eine Draufsicht auf eine der F i g. 6 ähnliche
Ausführungsform, die sich jedoch in gewissen Punkten unterscheidet, F i g. 8 eine
teilweise geschnittene Ansicht der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform, von
der Seite gesehen, wobei 8-8 die Schnittlinie ist, F i g. 9 eine schematische perspektivische
Darstellung einer Baugruppe der Anordnungen gemäß F i g. 7 und 8, wobei die Vorderwand
entfernt ist, F i g.10 und 11 graphische Darstellungen.
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F i g. 1 zeigt einen auf Rädern 16 angeordneten Schalldämpfer 17,
der eine Eintrittsöffnung 18 aufweist, welche an die Austrittsdüse 19 eines Düsenflugzeugs
21 angesetzt wird. Der Schalldämpfer umfaßt einen Dämpferteil 22 und einen Austrittsteil
23.
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Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, hat der Schalldämpferteil 22 eine
Wandung 24, die zylindrisch sein kann. An der Einlaßseite bildet das durch die Wandung
24 gebildete Gehäuse ein Einlaßrohr 26 und auf der Austrittsseite ein Austrittsrohr
27. Die Wandung 24 begrenzt so eine Kammer 28. In deren Mitte ist an Haltern 30
ein Verdrängungskörper 29 vorgesehen, welcher kreisförmigen Querschnitt aufweist
und axial im Schalldämpfer 22 angeordnet ist. Wände 31 und 32 sind in der Nähe des
Einlaßrohres 26 bzw. des Auslaßrohres 27 vorgesehen. Diese Wände bilden ringförmige
Kammern 33 und 34. Diese können durch radiale Trennwände 35 unterteilt sein. Der
Verdrängungskörper weist eine Mittelwand auf, die wellenförmig ausgebildet ist und
die beiderseits je eine Kammer 37 bzw. 38 bildet. Die Oberfläche des Verdrängungskörpers
ist mit Öffnungen 39 ausgestattet, die etwa ein Viertel des mit Öffnungen versehenen
Flächenabschnittes bedecken. Die Wand 31 weist Öffnungen 41 und die Wand 32 Öffnungen
42 auf. Die Öffnungen 39, 41 und 42 gestatten, daß das Gas der Strömung in die Kammern
33, 34, 37 und 38, die als Resonanzräume wirken, eintritt.
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Der Verdrängungskörper 29 zusammen mit den Einlaß- und Auslaßrohren
26 und 27 und den Wänden 31 und 32 sowie der Wandung 24 bewirkt, daß der Gasstrom
durch den Schalldämpfer etwa die Form eines Pilzes hat, dergestalt, daß das eintretende
Gas zunächst in ein Strömungsvolumen, welches einen hohlen Kern hat, expandiert
und darauf wieder in einen einzigen Strom zusammengefaßt wird.
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Der Verdrängungskörper 29 hat einen spitz zulaufenden Mittelabschnitt
46, welcher auf das Einlaßrohr 26 zu und damit dem ankommenden Strom entgegengerichtet
ist: Der erste Strömungsabschnitt 48, in welchem die Strömung umgelenkt wird, liegt
zwischen der Querwand 31 und der Außenwand der Kammer 37. In diesem Abschnitt 48
fließt der Strom radial nach außen in Richtung der Pfeile B: Dadurch ergibt sich
eine Umlenkstelle von ungefähr 90° am Übergang von Strömungsrichtung A in Strömungsrichtung
B.
Weitere Abschnitte 49 liegen zwischen der Wandung 24 und dem Verdrängungskörper
29. Der Strom fließt in den Abschnitten 49 dann in Richtung C, parallel zu Richtung
A. Der Strom wird also beim Durchfließen des Abschnitts 49 wiederum um 90°
umgelenkt.
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Der dritte Abschnitt 51 des Strömungsweges 47 liegt zwischen der Querwand
32 und der äußeren Wand der Kammer 38. Der Strom fließt dann nach innen, so daß
die Stromteile aufeinanderstoßen. Danach werden sie wieder um 90° abgelenkt.
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Die Teilströme vereinigen sich in Nähe der zugespitzten Stelle 50
des Verdrängungskörpers 29; die Stromlinienform der Spitze 50 trägt dazu bei, die
Strömung wieder zu einem einzigen Strömungsvolumen zu vereinigen, welche axial in
Richtung E strömt und in geschlossener Form das Auslaßrohr 27 durchsetzt, welches
in der Austrittsöffnung 45 endet. Die Teilströme erfahren somit vier Umlenkungen
von insgesamt 360°.
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Das Gas tritt durch die Öffnungen 39 in die Kammer 37 und durch die
Öffnungen 39 in die Kammer 38 ein. Es expandiert ferner durch die Öffnungen 41.
und 42 in die Kammern 33 bzw. 34.
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Bei entsprechender Ausbildung der Wände der Abschnitte 48, 49 und
51 kann jede Umlenkung auch etwas weniger oder etwas mehr als 90° betragen, Es ist
wünschenswert, daß jede Umlenkung mehr als 90° beträgt, so daß der Gasstrom insgesamt
um mehr als 360° umgelenkt wird. Es ist anzunehmen, daß die Vielzahl von Umlenkungen
die Dämpfung der hohen Frequenzen und daß das Eintreten in die Resonanzkammern 33,
34, 37 und 38 die Dämpfung der niedrigen Frequenzen bewirkt.
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Schalldämpfer der beschriebenen Art dämpfen Geräusche innerhalb eines
Bereiches von etwa 5 bis 10 000 Hz.
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Der Schalldämpfer 22 hat entweder, wie in der Zeichnung gezeigt, zylindrische
Form oder auch rechteckigen oder quadratischen Querschnitt.
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Der Abschnitt 47 kann durch einen einzigen, pilzförmig gestalteten
Strömungskanal oder durch mehrere Teilkanäle, die um die Achse des Schalldämpfers
herum vorgesehen sind, gebildet werden.
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Die Ausführungsform der F i g. 1 bis 3 zeigt einen einstufigen Schalldämpfer.
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Mehrere Schalldämpfer 22 und 43 können gemäß F i g. 4 in Serie geschaltet
werden. In F i g. $ . Sind beide Schalldämpfer zueinander im rechten Winkel in Serie
geschaltet. Hier erfolgt die Schalldämpfung also in zwei Stufen.
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In F i g. 6 ist ein Schalldämpfer 52 gezeigt, der im Abgasabzug 53
eines Prüfstandes angebracht und im wesentlichen gleich dem in F i g. 2 dargestellten
Schalldämpfer aufgebaut ist; jedoch sind die Abmessungen verschieden. Weitere Unterschiede
sind im folgenden erörtert: Der Abzug 53 hat etwa rechteckigen Querschnitt. Entsprechend
ist auch der Schalldämpfer 52 von rechteckiger Form. Er besteht aus drei hintereinandergeschalteten
Stufen 54, 55, 56 mit Verdrängungskörpern 57, 58, 59. Die letzte Stufe 56 weist
nur eine einzige Kammer 61 im Verdrängungskörper 59 auf. Die beiden Verdrängungskörper
57, 58 haben gewellte Zwischenwände 60, 65. Der Verdrängungskörper 59 hat eine gewellte
Rückwand. Der Verdrängungskörper 57 hat zwei Resonanzkammern 62,
63, der Verdrängungskörper
58 zwei Resonanzkammern
64 und 66. Die den Öffnungen
39 in F i g. 2 entsprechenden Löcher machen etwa ein Viertel der gesamten
Fläche aus. Zwischen den Stufen 54 und 55
sind zwei Resonanzkammern
68 und 69 vorgesehen. Sie entsprechen den durch die Wände 31 und 32
in F i g. 2 gebildeten Kammern. Die Kammern 68 und 60 und
69 sind jedoch nicht ringförmig, sondern gerade ausgebildet.
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Die Kammern können, was jedoch in F i g. 6 nicht gezeigt ist, durch
Vertikalwände unterteilt sein (entsprechend den Wänden 35 in F i g. 3). Ein
Teil des Gasstroms tritt beim Durchströmen der Stufe 54
durch die Öffnungen
71 in die Kammern 68 und 69 ein.
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Zwischen den Stufen 55 und 56 sind die Kammern 76, 82 und die
durch Wände 74, 81 davon getrennten Kammern 77, 83 vorgesehen. Die
Eintrittsöffnungen sind mit 78 bzw. 84 und die Austrittsöffnungen
mit 79 bzw. 86 bezeichnet.
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Die Größe der Kammern kann unterschiedlich sein, auch die Formen sind
nicht immer gleich. Dasselbe gilt von den Öffnungen der Kammerwände. Die Kammern
bilden Resonatoren für die niedrigen Schallfrequenzen. Die Größe und die Anzahl
der Öffnungen bestimmen jeweils mit die Resonanzfrequenz der Kammern. Eine Vielzahl
verschieden abgestimmter Resonanzen bewirkt daher eine günstige Dämpfung eines bestimmten
Frequenzbereiches.
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Die Strömungsbahnen 87 und 88 sind so ausgebildet, daß
jede Umlenkung mehr als 90° beträgt. Das gilt für alle drei Stufen 54, 55 und 56.
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In F i g. 10 sind akustische Dämpfungsdaten wiedergegeben, die an
einem Versuchsmodell ermittelt wurden. Vertikal ist die Dämpfung in Dezibel, horizontal
die Frequenz in Hertz aufgetragen. Die Kurve F gilt für einstufige, die Kurve G
für zweistufige und die Kurve H für erfindungsgemäße dreistufige Schalldämpfer.
In F i g. 11 ist der Druckabfall bei einer Temperatur von 27° C wiedergegeben; die
Kurve J gilt für einstufige und die Kurve K für dreistufige Schalldämpfer.
Die Abszisse zeigt die Strömungsgeschwindigkeit in m/sec.
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In den F i g. 7, 8 und 9 ist gezeigt, daß eine Vielzahl von Schalldämpfern
101 von geringerer Größe in Serie und parallel zueinander im Abzugskamin
53 an Stelle eines einzigen Schalldämpfers 52 verwendet werden kann. Jeder Schalldämpfer
101 hat die in F i g. 9 dargestellte Form. In F i g. 9 ist der Übersicht
halber die Vorderplatte 102 fortgelassen.
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Jeder Schalldämpfer 101 ist von etwa quadratischer Form; vorzugsweise
ist die Höhe jedoch etwas größer als die Breite. In jedem Schalldämpfer
101 ist ein Verdrängungskörper 103 vorgesehen, bei dem durch eine
Trennwand 104 Teilkammern 116, 117
geschaffen sind. Des weiteren sind
vier Resonanzkammern 106, 107 mit den Einzellöchern 111 bzw.
112 vorhanden. Zwischen diesen Kammern liegen die Eintrittsöffnungen
108 und die Austrittsöffnung 109. Vertikale Trennwände 113
können zur Unterteilung der Kammern 106 und 107 vorgesehen sein. Der
Strom wird von Anfang an auf die verschiedenen parallelen Schalldämpfer
101 verteilt, und jede der Teilströme durchfließt dann in Serie die übereinander
angeordneten Schalldämpfer.