DE1626148B1 - Einrichtung zur Verminderung des Düsenstrahllärms - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Zustand zur Anlage kommen und daß innerhalb des

zur Verminderung des Düsenstrahllärms bei einem Ringkörpers zur Beeinflussung der Turbulenzzone in

Strahltriebwerk, dessen Strahlrohr von einem Trieb- ihrer Stellung veränderbare Steuerklappen angeord-

werksmantel umgeben ist, mit einem stromab hinter net sind.

dem Strahlrohr zu diesem koaxial angeordneten 5 Diese Mittel gestatten es, jeden gerade gewünschten

Ringkörper und mit am stromabwärtigen Ende des Kompromiß der Wirkung herbeizuführen. Die zusätz-

Triebwerkmantels schwenkbar angelenkten, sich nach liehen Steuerklappen innerhalb des Ringkörpers er-

rückwärts erstreckenden und nach innen öffnenden möglichen eine wesentlich intensivere Beeinflussung

LufteinlaßMappen. des von der turbulenten Zone umgebenen Trieb-

Ein derartiges Strahltriebwerk ist aus der deutschen io werkstrahls, als dies mit feststehenden turbulenz-Auslegeschrift 1182475 bekannt. Die Lufteinlaß- erzeugenden Mitteln und dem feststehenden Ringklappen sorgen für einen günstigeren Strömungsver- körper allein möglich wäre. Die Steuerung der durch lauf im Inneren und um die Außenkontur des Strahl- die turbulenzerzeugenden Mittel hervorgerufenen triebwerks herum sowohl bei Unterschall- als auch Turbulenzzone durch die Steuerklappen, also erst das bei Überschallfluggeschwindigkeiten. 15 Zusammenwirken beider, ergibt einen erheblich ver-

Es besteht jedoch das Bedürfnis, an einem solchen besserten Dämpfungseffekt. Dabei können die

Strahltriebwerk den Lärm, der mit dem mit hoher dämpfenden Elemente im Flug nahezu wirkungslos

Geschwindigkeit austretenden Triebwerksstrahl ver- gemacht werden, so daß dann keine Leistungsbeein-

bunden ist, zu verringern, zumindest solange das trächtigung mehr eintritt.

Triebwerk im Hörbereich von Menschen arbeitet. 20 Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes

Die französische Patentschrift 1157 063 zeigt eine nach Anspruch 1 sind in Verbindung mit diesem in

Einrichtung zur Verminderung des Düsenstrahllärms den Unteransprüchen beansprucht.

bei einem Strahltriebwerk ohne zusätzliche Luftein- Zur Unterstützung des Abreißens des durch die

laßklappen, jedoch mit am Triebwerksende angeord- LufteinlaßMappen eintretenden atmosphärischen

netem Ringkörper, wobei stromabwärts gerichtete 25 Luftstroms an der Stufe unter Bildung einer Turbu-

Luft oder anderes Gas aus wulstartig radial ein- lenzschicht empfiehlt es sich, daß die Erhöhungen als

stehenden Verteilern, d. h. aus den inneren Trieb- Verteiler mit Austrittsöffnungen ausgebildet sind,

werksmantel umgebenden Düsen, abgeblasen wird, durch die ein stromabwärts gerichteter Luft- oder

um die den eigentlichen Triebwerksabgasstrahl anderer Gasstrahl abgegeben wird,

mantelartig umgebende Luft zu beschleunigen und 30 Die Verteiler können in einer Ausführungsform

somit durch Verminderung des Geschwindigkeits- als um das Ende des Strahlrohrs herum unterhalb

Unterschiedes den Lärm zu verringern. Eine solche der LufteinlaßMappen angeordnete Ringleitung mit

Anordnung verzehrt jedoch, wenn sie am wirksamsten stromabwärts weisenden Öffnungen ausgebildet sein,

seinsoll, nämlich beim Start, eine erhebliche Leistung, In einer anderen Ausführungsform sind die Erhö-

die aber gerade da für den Vorschub benötigt wird. ₃₅ hungen als Verteiler in Form eines Flansches mit

Auch ist bei einer unveränderlichen Anordnung der äußeren Einschnitten ausgebildet, die bei anliegenden

Einrichtung zur Schalldämpfung nur eine schlechte LufteinlaßMappen mit diesen Kanäle bilden, durch

Anpassung an den jeweiligen Flugzustand möglich, die der Luft- oder andere Gasstrahl aus dem Bereich

d. h., der Leistungsverlust tritt auch in größeren unterhalb der LufteinlaßMappen in den atmosphä-

Höhen ein, wo es nicht mehr in erster Linie auf eine ₄₀ rischen Luftstrom gerichtet wird, der durch den

Lärmverringerung, sondern auf Leistungsausnutzung durch die LufteinlaßMappen geöffneten Einlaß in den

ankommt. Bereich des Ringkörpers einströmt.

Die gleichen Probleme treten bei dem Gegenstand Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, stromabwärts

der USA.-Patentschrift 2 934 889 auf, gemäß der am der Verteiler einen erhabenen Flächenbereich vor-

Ende des Triebwerksmantels radial vorstehende 45 zusehen, an dem die turbulente Strömung zur Anlage

wulstartige oder flanschartige Erhöhungen zur Er- kommt.

zeugung einer Wirbelschicht in der den Triebwerks- Die Erzeugung der Turbulenzschicht um den Triebstrahl umgebenden Zone vorgesehen werden. . werksstrahl herum kann unterstützt werden, indem

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die auf dem stromabwärtigen Teil der Außenseite der

Schaffung einer Einrichtung zur Verminderung des 50 LufteinlaßMappen eine Oberflächenaufrauhung vor-

Düsenstrahllärms, die in jedem Betriebszustand des gesehen ist.

Strahltriebwerks die jeweils beste Leistung zu erzielen Um je nach den Betriebsbedingungen die bestimstande ist, also maximale Schalldämpfung beispiels- mögliche Einstellung der gewünschten Wirkung zu weise auf dem Boden oder in Bodennähe und maxi- erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Austrittsöffmale Leistung beim Flug in der Höhe. Diese Einrich- 55 nungen der Verteiler in ihrer Austrittsrichtung vertung soll es also ermöglichen, bei intensiver Schall- änderbar sind.

dämpfung einen guten Wirkungsgrad und damit einen Eine Ausführungsform besteht dabei beispielsweise

guten Kompromiß in bezug auf die Triebwerks- darin, daß die Ringleitüng polygon ausgebildet ist

leistung zu erreichen, und sie soll bei ausgeschalteter und die die Polygonseiten bildenden, mit als Längs-

Schalldämpfung verlustarm sein. 60 schlitz ausgebildeten Austrittsöffnungen versehenen

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Rohrabschnitte über von Steuerorganen betätigte

löst, daß in an sich bekannter Weise in der Nähe des Hebel in Lagerhülsen drehbar sind, die entsprechend

stromabwärtigen Endes des Strahlrohrs als Mittel zur der polygonen Ausbildung der Ringleitung auch im

Erzeugung einer den Abgasstrahl umgebenden Tür- Polygon angeordnet sind und die einen Längsschlitz

bulenzzone ringförmigen Querschnitts radial nach 6g aufweisen, der breiter ist als der Längsschlitz in den

außen unter Bildung einer Stufe vorstehende Er- Rohrabschnitten.

höhungen vorgesehen sind, daß auf diesen die Enden Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

der LufteinlaßMappen in nach innen geschwenktem Zeichnung dargestellt.

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F i g. 1 zeigt die Teilansicht eines Zweistromtrieb- ausgezogene Stellung der Lufteinlaßklappen 37, der werks mit den Einrichtungen zur Verminderung des Steuerklappen 43 und der Endklappen 41 stellt die

Düsenstrahllärms im Schnitt; Lage für Unterschallflug dar, während die in ge-

F i g. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungs- strichelten Umrissen angedeutete Stellung die Lage

formen der Verteiler; 5 für Uberschallflug angibt.

F i g. 6 zeigt eine Ansicht eines Verteilers mit Im Raum zwischen den beiden Wandungen 12

schwenkbarer Austrittsöffnung; und 20 sind vor der stumpfen Endfläche 28 Mittel

F i g. 7 zeigt einen Schnitt nach der Linie 7-7 in zur Verstärkung der zwischen dem Abgasstrom des

F i g. 6. . Grundtriebswerks und dem Mantelstrom gelegenen

F i g. 1 zeigt die Anwendung der Einrichtung zur io Turbulenzschicht vorgesehen, die sich entlang der als Verminderung des Düsenstrahllärms bei einem Zwei- Abreißquerschnitt für die Strömung wirksamen Endstromtriebwerk. Ein Triebwerk dieser Art hat zwei fläche 28 ausbildet. Die turbulenzerzeugenden Mittel Arbeitsgasströme, einen, der den Hauptstromkanal, umfassen Schlitze oder Löcher 45 und 47, denen Gas, als das Grundtriebwerk, und einen, der den Neben- d. h. Hilfsgas, durch eine Anzahl von Zuleitungen Stromkanal durchströmt. Das Triebwerk besitzt als 15 49 und 51 zugeführt wird. Die Zuleitungen 49 und 51 Nebenstromkanal einen ringförmigen Mantelstrom- liegen an einem Verteilerring 58, der über eine Leikanal 6, der durch ein äußeres Strahlrohr 8 und eine tung 55 mit Druckgas (Hilfsgas) von einer entspreinnere Wandung 12 gebildet wird. Die innere Wan- chenden Quelle beaufschlagt wird,
dung 12 umgibt das Grundtriebwerk, dessen Strö- Turbulenzsteigernde Mittel sind auch zur Erzeumungskanal im Bereich der Schubdüse von einer 20 gung einer Turbulenzzone unterhalb der Lufteinlaß-Wandung 20 mit einem inneren Konus 22 gebildet ist, klappen 37 vorgesehen. Sie umfassen eine ringder durch Streben 24 in seiner Lage gehalten wird. förmige Leitung 57 als Verteiler, der am strom-Das siromabwärtige Ende der Wandung 20 bildet die abwärtigen Ende der Führungsvorrichtung 30 bekonvergent-divergente Schubdüse des Grundtrieb- festigt ist, und die Öffnungen 59 aufweist. Diese Ringwerks. Der stromabwärtige Teil der inneren Wan- 25 leitung 57 wird in der gleichen Weise mit Druckgas dung 12 des Mantelstromkanals endet in einer sich versorgt wie der Verteilerring 58.
trichterartig erweiternden Zone, in der das durch den Die Dämpfung des Abgasstrahllärms geschieht im Kanal 6 strömende Gas expandiert. Die rückwärtigen Zusammenwirken der bisher beschriebenen Mittel Kanten der Wandungen 12 und 20 sind durch eine mit den Steuerklappen 43 und darüber hinaus mit ringförmige stumpfe Endfläche 28 miteinander ver- 30 den Endklappen 41. Das erwähnte nicht gezeigte bunden. Gestänge zwischen den Steuerklappen und Luftein-

Um das stromabwärtige Ende des äußeren Strahl- laßklappen kann so eingestellt werden, daß der in rohrs 8 des Mantelstromkanals herum ist eine Füh- durchgezogenen Linien dargestellten Stellung der rungsvorrichtung 30 für eine Anzahl von Klappen 33 Lufteinlaßklappen eine bestimmte Stellung der fest angeordnet, die in der Führungsvorrichtung glei- 35 Steuerklappen zugeordnet ist, wie Fig. 1 veranten und die querschnittsänderbare Schubdüsen des schaulicht. Diese Teile sind in ihrer Stellung so aux-Mantelstromkanals bilden. Eine nicht gezeichnete einander ausgerichtet, daß der beste Ausgleich zwi-Betätigungsvorrichtung bewegt die Gestänge 31 zur sehen Wirkungsgrad (Schub) und Lärm erhalten wird. Klappenverstellung. Das Triebwerk ist von einem Die genaue Zuordnung der Stellungen der Luft-Mantel oder Gehäuse 35 umgeben, das eine Anzahl 40 einlaßklappen 37, Steuerklappen 43 und Endklappen von Lufteinlaßklappen 37 trägt. Die Lufteinlaß- 41 kann natürlich nur für ein bestimmtes Triebwerk klappen 37 sind aus zwei Teilen zusammengesetzt, angegeben werden und wird jeweils durch Versuche einem Vorderteil 37 a und einem rückwärtigen Teil ermittelt.

37b. Jeder Vorderteil 37a ist an der rückwärtigen Die Fig. 2 bis 7 zeigen abgewandelte Ausfüh-

Kante des Triebwerksmantels oder -gehäuses 35 an- 45 rungsformen der turbulenzerzeugenden Mittel. Die

gelenkt. Darstellungen sind schematisch und beschränken

Rückwärts vom Triebwerksmantel, d. h. unmittel- sich auf die zum Verständnis der Abwandlungen bar stromab des Triebwerks, ist ein feststehender gegenüber F i g. 1 notwendigen Teile.
Ringkörper 39 so angeordnet, daß seine Vorderkante Gemäß F i g, 2 ist die Ringleitung 57 von F i g. 1 in derselben Querschnittsebene wie die Hinterkanten 50 durch einen zusammenhängenden Ringflansch 50 erder Lufteinlaßklappen liegt, wenn diese ausge- setzt, der nach außen vorstehende, im Abstand vonschwenkt sind und so den äußeren Triebwerksmantel einander angeordnete Erhöhungen 52 aufweist. Mit 35 zur Verhinderung des Eintritts von atmosphäri- 48 ist eine feste Schubdüse bezeichnet. Bei Anlage scher Luft in den Ringkörper 39 schließen, wie es in der Lufteinlaßklappen 44 auf der Oberseite der auf F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist. An der Rückkante 55 Abstand gesetzten Erhöhungen 52 entstehen Durchdes Ringkörpers 39 sind Endklappen 41 angebracht, lasse für die Einleitung von Luft oder anderem Gas, die die Austrittsöffnung des Ringkörpers verändern. wobei die Unterseite der Lufteinlaßklappen 44 und Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Vorderteil37a die Außenwand des Strahlrohrs 26 den Zuführungsam stromaufwärtigen Ende des rückwärtigen Teils kanal für die Luft oder das andere Gas begrenzen. 37 b der Lufteinlaßklappen 37 bei 54 schwenkbar 60 F i g. 3 ist eine Abwandlung von F i g. 2. Der rückangelenkt. An der Schwenkachse jeder Lufteinlaß- wärtige Teil der Oberseite der Erhöhungen 52 hat klappe sind beiderseitig Rollen 56 angebracht, die in einen ringförmigen Ansatz 53, der eine stufenartige den Führungsschlitzen der Vorrichtung 30 laufen. Kante bildet, um das Abreißen der Strömung zu

Ein (nicht gezeigtes) Gestänge zwischen den unterstützen und damit die Turbulenz zu verstärken,

beiden Steuerklappen 43 und den Lufteinlaßklappen 65 Um die Außenseite im Bereich des Endes des Strahl-

37 führt die Bewegung der Lufteinlaßklappen und rohrs 26 herum erstreckt sich ein Ringflansch 101

der Steuerklappen 43 von der in F i g. 1 ausgezoge- mit einer Dichtung 103 an seiner radial äußeren

nen Stellung in die gestrichelte Stellung herbei Die Kante. Wenn bei dieser Ausführungsform der Luft-

einlaßklappen 44 eingeschwenkt werden, d. h. atmosphärische Luft in den Bereich innerhalb des Ringkörpers gelangen kann, kommen die Klappen 44 an der Dichtung 103 zur Anlage, während ihre Enden auf den Erhöhungen 52 aufliegen. In die durch das Strahlrohr 26, die Lufteinlaßklappen 44, den Flansch 50 und den Flansch 101 gebildete Kammer wird durch Öffnungen im Flansch 101 Luft oder anderes Gas durch Zuleitungen 18 eingeleitet.

Gemäß Fi g. 4 ist eine Ringleitung 32 als Verteiler vorgesehen, die eine Anzahl von Öffnungen 38 aufweist, durch die Luft oder anderes Gas zur Erzeugung einer Turbulenzzone abgegeben werden kann. Die Ringleitung 32 steht nach außen vor, und die Lufteinlaßklappen 44 schwenken einwärts, bis ihre hinteren Enden an der Oberseite der Ringleitung 32 nahe der Außenwandung der Schubdüse 48 zur Anlage kommen, so daß zur Einleitung des Abreißens der Strömung an der Stelle, an der die Lufteinlaßklappen 44 enden und die Schubdüse 48 beginnt, eine ao Stufe gebildet ist. An der Außenwand der Schubdüse 48 ist ein erhabener Flächenbereich 110 als zweite Anlagefläche für die über die Lufteinlaßklappen 44 in den in den Ringkörper 40 einmündende Strömung vorgesehen, welche Strömung sich zuerst am stromabwärtigen Ende der Lufteinlaßklappen von diesen ablöst, dann auf dem Flächenbereich 110 zur Anlage kommt und sich schließlich erneut ablöst. Dieser Vorgang erhöht die Turbulenz, wie es zur Förderung eines schnellen Wachstums der den expandierenden Abgasstrahl umgebenden Trennschicht erwünscht ist.

In Fig. 5 ist der stromabwärts gelegene Teil der Außenfläche jeder Lufteinlaßklappe 44, wie bei 45 dargestellt, aufgerauht. Die Aufrauhung braucht nicht allzu stark zu sein. Sie bietet ein zusätzliches Mittel zur Turbulenzbildung.

Als Abwandlung der Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5, bei denen der zur Turbulenzbildung dienende Luft- oder andere Gasstrahl gegenüber dem Triebswerkskanal einen festen Winkel einhält, zeigen die F i g. 6 und 7 eine Vorrichtung zur Änderung des Winkels, unter dem der genannte Luft- oder Gasstrahl eingeleitet wird.

In dieser abgewandelten Ausführungsform ist das Auslaßende des Strahlrohres 26 als Polygon ausgebildet, von dem jede Seite eine Lagerhülse 60 trägt, in der ein Rohrabschnitt drehbar ist. Benachbarte Enden der Lagerhülsen 60 sind durch keilförmige Leitungsstücke 61 miteinander verbunden, die fest angebracht und gegeneinander abgedichtet sind, so daß Druckmittel zwischen den Rohrabschnitten 62 übertreten kann. Eine Anzahl der Leitungsstücke 61 besitzt eine Öffnung 63, die an eine Gasquelle z. B. über ein Rohr 18 angeschlossen sein kann. Jede Lagerhülse weist einen breiten Längsschlitz 64 auf, der von einer Linie parallel zur Oberfläche der Lufteinlaßklappe 44 nach oben einen Winkelbereich von etwa 50° um die Achse der Hülse einnimmt. Jeder bewegliche Rohrabschnitt hat einen langen schmalen Schlitz 66 oder eine Reihe von Löchern, um den Gasstrom vom Inneren dieses Abschnitts durch den Schlitz 64 zu lenken. In der Mitte jedes Rohrabschnitts 62 ist ein Arm 70 angebracht, der sich durch eine Öffnung 72 in jeder Lagerhülse 60 in der F i g. 6 nach links erstreckt.

Am freien Ende jedes Arms 70 ist ein länglicher Schlitz 74 angebracht. An einer am Strahlrohr 26 befestigten Lagerstütze 78 ist ein Winkelhebel 76 drehbar gelagert, dessen einer Arm 80 mit einem in dem Schlitz 74 verschieblichen Stift 82 versehen ist. Der andere Arm 86 des Winkelhebels 76 ist an einer Lasche eines Synchronisierringes 88 angelenkt. Der Ring 88 wird gemäß den Bewegungen einer Anzahl von Verbindungsgestängen 90 vor- und zurückbewegt. Wenn die Verbindungsgestänge 90 dieses Systems nach rückwärts, d.h. also in Fig. 6 nach rechts, bewegt werden, so folgen die unteren Enden sämtlicher Arme 86 dieser Bewegung. Die Arme 80 bewegen sich nach oben, wobei die Stifte 82 zusammen mit den Armen 70 sich ebenfalls nach oben bewegen und den Strahl aus dem Schlitz 66 nach unten leiten. Der gleiche Vorgang vollzieht sich umgekehrt, wenn der Gasstrahl aus dem Längsschlitz 66 nach oben gelenkt werden soll.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verminderung des Düsenstrahllärms bei einem Strahltriebwerk, dessen Strahlrohr von einem Triebwerksmantel umgeben ist, mit einem stromab hinter dem Strahlrohr zu Λ diesem koaxial angeordneten Ringkörper und mit ™ am stromabwärtigen Ende des Triebwerksmantels schwenkbar angelenkten, sich nach rückwärts erstreckenden und nach innen öffnenden Lufteinlaßklappen, dadurchgekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der Nähe des stromabwärtigen Endes des Strahlrohrs (8, 26) als Mittel zur Erzeugung einer den Abgasstrahl umgebenden Turbulenzzone ringförmigen Querschnitts radial nach außen unter Bildung einer Stufe vorstehende Erhöhungen (32, 50, 57, 60) vorgesehen sind, daß auf diesen die Enden der Lufteinlaßklappen (37, 44) in nach innen geschwenktem Zustand zur Anlage kommen und daß innerhalb des Ringkörpers (39, 40) zur Beeinflussung der Turbulenzzone in ihrer Stellung veränderbare Steuerklappen (43) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (32, 50, 57, 60) als Verteiler mit Austrittsöffnungen (38, 52, 59, 64, 66) ausgebildet sind, durch die ein strom- * abwärts gerichteter Luft- oder anderer Gasstrahl t abgegeben wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler als um das Ende des Strahlrohrs (8, 26) herum unterhalb der Lufteinlaßklappen (37, 44) angeordnete Ringleitung (57, 32) mit stromabwärts weisenden Öffnungen (59, 38) ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (50) als Verteiler in Form eines Flansches mit äußeren Einschnitten ausgebildet sind, die bei anliegenden Lufteinlaßklappen (44) mit diesen Kanäle als Austrittsöffnungen (52) bilden, durch die der Luft- oder andere Gasstrahl aus dem Bereich unterhalb der Lufteinlaßklappen (44) in den atmosphärischen Luftstrom gerichtet wird, der durch den durch die Lufteinlaßklappen (44) geöffneten Einlaß in den Bereich des Ringkörpers (40) einströmt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Verteiler ein erhabener Flächenbereich (110) vorgesehen ist, an dem die turbulente Strömung zur Anlage kommt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem stromabwärtigen Teil der Außenseite der Lufteinlaßklappen (44) eine Oberflächenaufrauhung (45) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die AustrittsöSnungen (64) der Verteiler in ihrer Austrittsrichtung veränderbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- ίο

kennzeichnet, daß die Ringleitung polygon ausgebildet ist und die die Polygonseiten bildenden, mit als Längsschlitz (66) ausgebildeten Austrittsöffnungen versehenen Rohrabschnitte (62) über von Steuerorganen betätigte Hebel (70) in Lagerhülsen (60) drehbar sind, die entsprechend der polygonen Ausbildung der Ringleitung auch im Polygon angeordnet sind und die einen Längsschlitz (64) aufweisen, der breiter ist als der Längsschlitz (66) in den Rohrabschnitten (62).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109519/184