DE1301341B

DE1301341B - Schalldaempfer fuer Abgasstroeme, insbesondere von Duesentriebwerken

Info

Publication number: DE1301341B
Application number: DEB76422A
Authority: DE
Original assignee: BSCHORR; OSKAR DIPL ING
Current assignee: BSCHORR; OSKAR DIPL ING
Priority date: 1964-04-20
Filing date: 1964-04-20
Publication date: 1969-08-21

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schalldämpfer für Abgasströme, insbesondere von Düsentriebwerken, mit in Verlängerung der Abgaskanalwand angebrachten etwa dreieckförmigen Spitzen.
Es sind Schalldämpfer bekannt, die in Verlängerungen des Abgaskanals Zacken aufweisen, die teils parallel zur Düsenachse sind, teils in den Düsenstrahl hineinragen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht darauf, die Mischungszone von Düsenstrahl und Umgebungsluft zu vertiefen, um dadurch den großen Geschwindigkeitsgradienten abzubauen. Hierbei ist nachteilig, daß durch die in den Strahl hineinragenden Teile ein Schubverlust in Kauf genommen werden muß. Außerdem ist es mit dieser Anordnung nur möglich den Turbulenzlärm, nicht aber den »shokcell-noise« zu vermindern.
Da aber im Flug - also während der Hauptbetriebszeit - der Turbulenzlärm durch das verringerte Geschwindigkeitsgefälle vom Düsenstrahl gegenüber der Umgebungsluft sowieso sehr viel schwächer ist, haben solche Maßnahmen gerade zur Verringerung der akustischen Wechselkräfte und damit zur Vermeidung von Schallermüdungsschäden nur eine beschränkte Wirkung.
Im allgemeinen ist bei Triebwerken der Düsenstrahl beim Austritt noch nicht voll expandiert. Die außerhalb der Düse stattfindende Nachexpansion stellt einen Ausgleichsvorgang dar, der Expansions-Kontraktionsschwingungen des Strahls hervorruft. Man kann diese Erscheinung in Schlieren- oder Interferenzaufnahmen beobachten und erkennt eine periodische Struktur im Strahl, die sogenannten Mach'schen Knoten. Die durch diesen Effekt verursachte Schallstrahlung wird als »shock-cell-noise« bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird durch Verlängerungsspitzen der bei einem glatten Abschluß auftretende Kurzschlußdruckausgleich auf eine zeitlich und örtlich größere Distanz verteilt. Dadurch verliert die »shockcell-noise-Schwingung« an Intensität.
Nicht zuletzt wird durch die vorgeschlagene Konstruktion auch der Turbulenzlärm weiter herabgesetzt, da der große Geschwindigkeitsgradient, der bei direktem Zusammentreffen von Luft- und Düsenstrahl auftritt, dadurch verkleinert wird, daß vorvermischte beschleunigte Luft als Pufferschicht verwendet wird.
In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer dargestellt; dabei zeigt A b b. 1 eine perspektivische Ansicht der Grundausf ührung, Ab b. 2 ein Ausf ührungsbeispiel mit Verstärkerring und A b b. 3 Verlängerungsspitzen mit treppenförmiger Randkontur.
Gemäß A b b. 1 ist der Schalldämpfer 1 an einem Strahltriebwerk 5 angeflanscht. Seine wesentlichen Bestandteile sind die Spitzen 2, die in Verlängerung des Düsenmantels über den Umgang verteilt angordnet sind. Ihre Form ist in etwa dreieckig. Ihre Länge mindestens so groß wie der Düsendurchmesser. Sie verlaufen parallel zur Düsenachse oder schwach geneigt. Eine solche Ausbildung des Abgaskanalendes schafft einen kontinuierlichen Übergang der Düsenströmung in das Umgebungsmedium.
Der bei einem glatten Abschluß auftretende Kurzschlußdruckausgleich zwischen Strahlgas und Außenluft wird durch die dreieckförmigen Verlängerungs-C spitzen auf eine zeitlich und örtlich größere Distanz verteilt. Dadurch verliert die Schallschwingung an Intensität.
Gemäß Ab b. 3 ist die Randkontur der Verlängerungsspitzen treppenförmig ausgebildet. Wegen der begrenzten Absatzbreite könnn sich von den Ab- sätzen 3 nur relativ kleine Wirbelballen ablösen. Wegen der Treppenform sind die Wirbel außerdem zeitlich und örtlich gegeneinander versetzt. Die Schallfelder dieser Einzelwirbel sind dadurch in ihrer Phase gegeneinander verschoben und löschen sich so durch Interferenzüberlagerung teilweise aus. - Außerdem ist es möglich, die Absätze in an sich bekannter Weise in die Strömung hinein abzubiegen, um damit die Mischungszone zu vertiefen. Durch eine schräge Abbiegung kann die Mischströmung jeweils auf den nächstfolgenden Absatz geführt werden, um dort ein direktes Zusammentreffen von Strahlgas und Luft zu vermeiden.
Um die Schwingungssteifigkeit der Anordnung zu erhöhen, können die einzelnen Spitzen durch Ringe gegeneinander abgestützt werden. A b b. 2 stellt eine Ausführung mit einem solchen Ring 4 dar. Ein derartiges Bauteil hat nach der an sich bekannten Ejektorwirkung eine zusätzliche Dämpfungs eigenschaft.
Die Schwingungssteifigkeit der Verlängerungsspitzen kann auch dadurch verbessert werden, daß die Spitzenflächen mit in Längsrichtung verlaufenden Wellungen versehen werden. Eine wertvolle an sich bekannte Nebenwirkung einer solchen Auslegung besteht darin, die Mischungszonen zu vergrößern.
Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, die Spitzenflächen mit Lochungen zu versehen. Durch sie wird eine gewisse Vorvermischung erreicht und das Geschwindigkeitsgefälle nicht plötzlich sondern stufenweise abgebaut.
Es ist auch möglich, die Verlängerungsspitzen in an sich bekannter Weise schwenkbar anzubringen. Diese Konstruktion erlaubt neben der Schalldämpfung eine Regelung der Ausströmverhältnisse. Damit kann der effektive Endquerschnitt variiert und zum anderen eine teilweise Strahlenablenkung vorgenommen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Schalldämpfer für Abgasströme, insbesondere von Düsentriebwerken, mit in Verlängerung der Abgaskanalwand angebrachten etwa dreieckförmigen Spitzen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Länge der Spitzen mindestens gleich dem Düsendurchmesser ist (A b b. 1). 2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsspitzen zur Versteifung in Längsrichtung verlaufende an sich bekannnte Wellungen aufweisen. 3. Schalldämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Randkontur der Verlängerungsspitzen treppenförmig ausgebildet ist (A b b. 3). 4. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenabsätze nach innen oder außen, oder abwechselnd nach innen und außen ausgebogen sind. 5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsspitzen durch wenigstens einen Ring (4) miteinander verbunden sind (A b b. 2). 6. SchaUdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsspitzen in an sich bekannter Weise schwenkbar angeordnet sind.