DE1917475A1

DE1917475A1 - Verkleidung zur Geraeuschunterdrueckung

Info

Publication number: DE1917475A1
Application number: DE19691917475
Authority: DE
Inventors: Oxx Jun Gordon Dixon; Adamson Arthur Paul; Morgan William Richard
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-04-08
Filing date: 1969-04-05
Publication date: 1969-11-06
Also published as: DE1917475B2; SE343420B; GB1210205A; US3542152A; NO122980B; FR2005792A1; BE731067A; DK124698B; CH500374A; NL6905370A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geräuschabsorbierende Verkleidung und insbesondere auf eine geräuschabsorbierende Verkleidung die dazu dient, Geräusche innerhalb des Luftkanales eines Strahltriebwerkes zu unterdrücken.

Eine Hauptaufgabe besteht bei laufenden Strahltriebwerken für Flugzeugantriebe darin, Geräusche, die innerhalb der verschiedenen Maschinenkanäle erzeugt werden, zu unterdrücken. In einer Maschine, die Gebläsekanäle besitzt, ist es von besonderer Bedeutung, die Geräusche, die innerhalb der Gebläsekanäle erzeugt werden und die ein breites Frequenzband besitzen, zu verringern.

Das hier zur Anwendung gelangende Material oder die Konstruktion zur Unterdrückung solcher Geräusche muß jedoch in der Lage sein,

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den außergewöhnlichen Bedingungen, die innerhalb eines Gebläsekanales eines Strahltriebwerkes vorkommen und die sowohl aerodynamische wie akustische Belastungen betreffen, auszuhalten und dabei wirksam zu funktionieren.

Obwohl z.B. zahlreiche faserartige Materialien bekannt sind, die hohe Geräuschabsorptionscharakteristiken über ein breites Frequenzband besitzen, weisen solche Materialien ein oder mehrere der im folgenden genannten Nachteile auf, so daß sie aus diesen Gründen für die Verwendung in Flugzeugenantrieben ungeeignet erscheinen. So neigen diese Stoffe dazu? aufzuweichen undBrennstoff oder Wasser zu absorbieren, oder sie werden durch schädliche Materialien verstopft, so daß das Gewicht zunimmt und die Leistungsfähigkeit sinkt, und wodurch eine mögliche Feuergefahr geschaffen wird; ferner tendieren diese Stoffe dazu, zerfessen zu werden, sogar wenn sie durch eine perforierte Deckplatte gehalten werden, auch sind sie sehr schwer sauberzuhalten und die konstruktive Festigkeit und die Dauerfestigkeit lassen zu wünschen übrig„

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Verkleidung, mit der eine Breitbandresonanzabsorption erreicht wird und die mit den außergewöhnlichen Bedingungen, die innerhalb eines Flugzeugantriebes herrschen, verträglich ist.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte strukturell aufgebaute Verkleidung zu schaffen, die eine hohe Geräuschabsorptionscharakteristik über ein breites Frequenzband besitzt *

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verkleidung, wie oben beschrieben, zu schaffen, die ein geringes Gewicht ,und eine strukturmäßige Einheit besitzt und die sich leicht säubern läßt. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geräuschabsorbierende Verkleidung zu schaffen, die sich selbst entwässert. Weitere Aufgaben und Vorteile der

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Erfindung lassen sich der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen entnehmen.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht darin, daß eine Verkleidung gemäß der Erfindung, eine Vielzahl einzelner ausgedehnter rohrförmiger Resonanzkammern, besitzt, die entlang eines Luftkanales angeordnet sind und die mit der Geräuschquelle oder dem Luftkanal in verschiedenen in Serie oder parallel angeordneten Kombinationen Über Öffnungen in Verbindung stehen und deren Größe in Relation zum Kammervolumen ausgebildet ist, um eine Breitbandresonanzabsorption der Geräusche zu erreichen. Die Resonanzkammern sind in Beziehung zur Gebläsekanalachse vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig angeordnet, um eine Reinigung und eine freie Entwässerung zu ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert: Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene, Seitenan-■ sieht eines Strahltriebwerkes mit einem Gebläsekanal, das eine Verkleidung zur Geräuschunterdrückung gemäß der Erfindung besitzt;

Figur 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht,.

einer Ausführungsform der Geräuschunterdrtickungsverkleidung gemäß der Erfindung,

und
Figur 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Verkleidung zur Geräuschunterdrückung gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Strahltriebwerk mit einem Gebläsekanal mit 10 bezeichnet, das einen ringförmigen und im allgemeinen stromlinienförmigen Gebläseluftkanal 14 besitzt, der durch eine ringförmige Haubenverkleidung 16 mit einem stroralinienfÖpmigen Querschnitt und durch eine geeignete Flugzeugrumpfstruktur 18, die in die Haubenverkleidung 16 hineinreicht,

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gebildet wird.

Wie allgemein bekannt ist, ist in der Flugzeugrumpf struktur ein geeigneter Kompressor, ein Verdichter undfc eine nicht dargestellte Turbomaschine zum Antrieb eines Flügelgebläses 20_r die sich innerhalb der Haubenverkleidung 16 befindet, untergebracht. Das Gebläse 20 treibt die Luft axial durch den Luftkanal 14, (die Richtung ist in der Figur 1 durch einen Pfeil angezeigt) so daß auf die Maschine 10 ein Antriebsschubwirkt und wobei ferner der Kompressor Luft durch geeignet geformte Luftkanäle 22 treibt. Beim Durchströmen der Luft durch den Gebläseluftkanal 14 erzeugt das Gebläse 20 erheblich störende Geräusche und zwar insbesondere beim Start und bei der Landung. Die Primärfrequenz der Geräusch^ die durch das Gebläse 20 erzeugt werden, ergibt sich aus der Schaufelumlauffrequenz, die durch die Umdrehungen definiert ist, pro Sekunde,muItX-

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pliziert mit der Zahl der Gebläseschaufeln des Gebläses|. Zusätzlich zur Schaufelumlauffrequenz erzeugt das Gebläse 2O ein breites Geräuschspektrum, wobei die am meisten störenden Geräusche sich innerhalb eines Frequenzbandes befinden, das von etwa 500 Schwingungen pro Sekunde bis etwa 12.000 Schwingungen pro Sekunde reicht. Die Intensität und Drückhöhe solcher Geräusche ist sehr groß. So kann z.B. der Druck bei der Schaufelumlauffrequenz und bei den sich daraus ergebenden verschiedenen Harmonischen eine Höhe von 160 db oder mehr betragen, während er über den verbleibenden Teil des Spektrums eine Höhe von 140 db oder mehr aufweisen kann.

Die Verkleidung zur Gerkuschunterdrückung ist allgemein mit bezeichnet. Sie besteht u.a. aus einer Grundplatte 24, die teilweise den Gebläse luftkanal 14 definiert, aus einer radial zugeordneten Stützfolie 26 und aus Innenschichten 28, die sich dazwischen befinden, und die in Verbindung mit der Grundplatte 24 und der Stützfolie 26 eine Vielzahl einzelner Primärkammern oder Resonanzräume 30 und eine Vielzahl einzelner Sekundärkammern oder Resonanzräume 32 bilden.

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■ Obgleich die Verkleidungskonstruktion 12 gemäß der Erfindung in Verbindung mit dem Gebläseluftkanal 14 beschrieben und dargestellt wird, ist es selbstverständlich, daß eine solche Konstruktion auch vorteilhaft bei anderen Maschinen, die Luftkanäle besitzen, verwendet werden kann. Obgleich die Verkleidungskonstruktion 12 insbesondere für die Verwendung in Flugzeugantrieben vorgesehen ist, kann sie auch bei den verschiedensten Maschinen verwendet werden, die eine Geräuschquelle besitzen.

Wie aus den Figuren 2 und 3 am besten zu entnehmen ist, steht jede Primärkammer 30 mit dem Ge blaset anal 14 und der Geräuschquelle über eine Vielzahl von Öffnungen oder Kanälen 36, die sich in der Grundplatte 24 befinden, in Verbindung. In den Kffrnelementen 28 sind in ähnlicher Weise viele Öffnungen oder Kanäle 38 vorgesehen, um bestimmte Sekundärkammern 32 untereinander oder mit den Primärkammera 30 zu verbinden. Demzufolge können viele in Serie oder parallel geschaltete Kammerkombinationen, die mit dem Gebläseluftkanal 14 und der Geräuschquelle 20 in Verbindung stehen vorgesehen sein. Durch Veränderung der Zahl und Größe der Durchlässe 36, die mit einer jeden Primärkammer 30 verbunden sind und des Volumens einer jeden Primärkammer 30, der Zahl und Größe der Durchlässe 38 und der Sekundärkammern 32, die untereinander und mit den Primärkammern 30 in Verbindung stehen, des Volumens einer jeden Seknndärkammer 32 und der Reihen- oder Parallelschaltung zwischen den Kammern 30,32 und des Luftkante» 14 kann die Verkleidung 12 in Übereinstimmung mit der bekannten Technologie auf dem Gebiet der Akustik so hergestellt werden, daß zwei oder mehr akustische Resonanzfrequenzen zwischen 500 und 12.000 Schwingungen/Sekunde liegen, wodurch sich eine hoch energ!tische akustische Absorption innerhalb dieses Frequenzbandes ergibt.

Die Durchlässe 36 und 38 können verschieden geformt sein und können z.B. kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder unrege1-

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mäßig ausgebildet sein. Um jedoch einen freien Durchtritt von Flüssigkeit durch die Durchlässe zu ermöglichen, wird eine solche Größe bevorzugt, daß die gegenüberliegenden Kanalwände etwa mindestens 1,27 mm (0,05 inch) voneinander entfernt sind.

Die Innenschichten 28 bestehen im allgemeinen aus einer Vielzahl verschieden ausgebildeter LaststützglJsder, die eine Strukturwand bilden oder Elemente, die in geeigneter Weise untereinander verbunden sind und aus einer Grundplatte 24 und eine Stützfolie 26, um die einzelnen Kammern 30 und 32 au bilden. Wie z.B. aus Figur 2 zu entnehmen ist, enthalten die Innenschichten 28 eine gewellte Folie 40, die räumlich angeordnete abwechselnde Wulste 42 bildet, welche mit geneigten Seitenwänden 44 verbunden sind, wodurch viele abwechselnd gegenüberliegende Vertiefungen entstehen und viele V-förmige Elemente 46, die geneigte Seitenwände 48 besitzen, welche durch eine Grundfläche oder einen Wulst 50 befestigt sind. Jedes V-förmige Element 46 wird von dem gewellten Element 40 umfaßt und ist daran mit einer gewellten Kinne entlang der oberen Kante einer jeden schrägen Seitenwand 48, wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, befestigt. Die Grundplatte 24 und die Stützfolie 28 sind in geeigneter Weise an die gegenüberliegenden Selten der Innenschleifen 28 entlang eines jeden Wulstes 42 und eines jeden V-fönsigen Wulstes SO befestigt.

Aue der Figur 3 ist eine andere Äusführungsform der Erfindung zu entnehaen, die Innenschichten 28 besitzt, welche zwei ähnlich ausgebildete gewellte Folienelemente 52 aufweisen, die abwechselnden Wulste 54 und 56 besitzen, welche mit schrägliegenden Seitenwänden 58 verbunden sind, so daß viele abwechselnd gegenüberliegende Wulste gebildet werden. Die gewellten Elemente 52 sind in geeigneter Weise mit einer jeden Wulst 54 eines gewellten Elementes verbunden, das gegen eine ausgerichtete Wulst 56 des anderen gewellten Elementes, wie in Figur 3 dargestellt, angrenzt. Die Grundplatte 24 und Stützfolie 26 sind la geeigneter Weise mit den räumlich

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gegenüberliegenden Seiten der Innenseih iahten 28 entlang der entsprechenden Wulste 54 und SS eines jeden gewellten Elementes 52 befestigt.

Wie schon oben ausgeführt, kann die akustische Energie, die innerhalb des Gebläsekanales bei einer Schaufelumlauffrequenz und den verschiedenen dazugehörigen Harmonischen erzeugt werden, sehr hoch sein. Demzufolge wird jedes eine Kammer bildende Wandelement der Größe nach so ausgelegt, daß seine natürliche mechanische Resonanzfrequenz.nicht mit der Schaufelumlauffrequenz zusammenfällt.

Bezogen auf Figur 1 sind die rohrförmigen Kammern 30 und 32 zur Richtung des Luftstromes durch den Gebläsekanal 14 transversal ausgedehnt dargestellt und sind vorzugsweise kreisförmig fortlaufend angeordnet, um einen nahezu freien Abfluß der Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasseybder Brennstoff, die durch die Verkleidung 12 eindringen können, vorzusehen.

Um die Herstellung und den Zusammenbau zu erleichtern, kann die Verkleidung 12 in Form bogenförmiger Segmente, wie etwa die Segmente 60,62,64 und 66 in der Figur 1, in irgendeiner angemessenen axialen Länge hergestellt werden. Die Verkleidung 12 kann derart ausgebildet werden, daß sie in dem Luftkanal durch iigendwelche geeigneten Mittel, wie beispielsweise ein Hontageflansch 68 oder durch Befestigungselemente aufnehmende Kanäle 70, befestigt werden kann.

Neben den untersten Teilen der Geräusch unterdrückenden Verkleidung 12 der Haubenverkleidung können geeignete Mittel 72 angeordnet sein, um einen freien Ablauf der Flüssigkeit, die durch die Yerkleddungskonstruktion über die Haubenverkleidung eindringen kann, zu ermöglichen. So kann z.B. die Stützfolie 26 mit vielen Kanälen 74 versehen sein, welche jede benachbarte Sekundärkammer 32 mit einer Flussigkeitssammelabflußrinne 76 verbindet, welche wiederum mit der Atmosphäre über ein oder mehrere Entwässerungsausflußöffnungen 78 verbunden ist,

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die sieh in der Haubenverkieidüng 16 befinden. Demzufolge kann ein Säubern der Geräüschußterdfüökungsverkleidung 12 entweder durch Waschen mit einer geeigneten flüssigkeit oder durch Entfernung der Verkleidungssegmente 60,62,64 und 66 erfolgen, und es kann ein Draht oder eine andere geeignete Bürste in eine jede rohrförmige Kammer 30 und 32 eingeführt werden.

Da die Kammern 30 und 32 transversal zum Luftstrom, der durch den Luftkanal 14 des Gebläses strömt, angeordnet 1st, ist der Luftstrom durch die Verkleidung 12 aufgrund der axialen

P Druckabweichung entlang des Luftkanales 14 sehr gering. Um

jedoch einen solchen Luftstrom durch die Verkleidung 12 wesentlich einzuschränken, ist es vorteilhaft, bestimmte Teile der Innenschichten 28 nicht zu perforieren, so daß sich dadurch viele räumlich axial ausgerichtete und im wesentlichen kreisförmig angeordnete fortlaufende Luftdämme 80 ergeben, die sich.zwischen der Grundplatte 24 und der Sttitzfolie 26 erstrecken. So können z.B. gemäß der Ausführungsform nach Figur 2 die Luftdämme 80 dadurch gebildet werden, daß bestimmte Teile der gewellten Elemente 40 und der V-förmigen Elemente 46 nicht perforiert werden, während in der Ausführungsform nach Figur 3 die Luftdämme 80 dadurch gebildet werden, daß

k bestimmte gewellte Elemente der schrägverlaufenden Wandteile

58 nicht perforiert werden.

Die Grundplatte 24, die Stützfolie 26 und die Innenschichten 28 können gebildet werden, intern geeignete Materialien, wie Metalle, Kunststoffe, Keramik usw. verwendet werden, welche 4m stabil sind und entsprechende mechanische Eigenschaften aufweisen.

Die die Innenschichten bildenden Elemente, wie beispielsweise die gewellten Elemente 40 und V-förmigen Teile 46 oder die gewellten Elemente 52 können miteinander verbunden sein. Die Grundplatte 24 und die Stützfolie 26 sind durch geeignete

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Maßnahmen, wie Schweißen, Löten, oder durch Verwendung anderer geeigneter Befestigungsmittel untereinander verbunden.

Obwohl hier nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausgewählt und beschrieben wurde, können viele Erweiterungen, Änderungen und Variationen vorgenommen werden, ohne das Wesen der Erfindung zu verändern. Darüber hinaus ist die beschriebene Erfindung, die hier als ein Anwendungsbeispiel für Strahltriebwerke beschrieben wurde, auch für andere spezifische Maschinen geeignet und die Verkleidung gemäß der Erfindung kann bei vielen anderen Geräuschquellen Anwendung finden.

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Claims

Ansprüche

-ΙΟΙ. !Anordnung zur Geräuschunterdrückung in einem Luftkanal, adurch gekennzeichnet, daß diese aus mehreren Primär- und mehreren Sekundärkammern mit festen Seitenwänden bestehen, welche viele Öffnungen besitzen, die jede Primärkammer direkt mit der Geräuschquelle und die jede Sekundärkammer indirekt mit der Geräuschquelle über mindestens eine Primärkammer verbinden, und "wobei die Primär- und die Sekundärkammern und deren Öffnungen so groß ausgelegt sind, daß eine Breitbandresonanzgeräuschabsorption bewirkt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn ^ zeichne t, daß jede Öffnung kreisförmig gestaltet ist und einen Durchmesser von mindestens 1,27 mm (0,05 inch) aufweist, um ein freies Durchströmen von Flüssigkeiten zu ermöglichen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i ch η e t, daß die Primär- undSekundärkammern und die Öffnungen hinsichtlich ihrer Größe derart ausgelegt sind, daß sie mindestens zwei akustische Resonanzfrequenzen zwischen etwa 500 und etwa 12.000 Schwingungeo'Sekunde besitzen.
4. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u rc h gekennzeichnet, daß die Wände der Primär- und Sekundärkammern

" aus?

1. einer Grundplatte, die mindestens einen Teil des Luftkanals bildet, .

2. einer Stützfolie, die der Grundplatte räumlich zugeordnet ist, und

3. Innenschichten bestehen, die sich zwischen der Grundplatte und'der Stützfolie erstrecken und mit diesen befestigt sind, so daß die Primär- und Sekundärkammern gebildet werden, wobei die Öffnungen sich in der Grundplatte und den Innenschichten befinden.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innenschichten aus folgen/ Teilen

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bestehen:

1. aus gewellten Folienelementen, die mehrere geneigte Seitenwände besitzen, welche räumlich angeordnete Wulste verbinden und die mehrere abwechselnd gerichtete langerstreckte Rillen bilden;

2. aus einem V-förmigen Konstruktionselement, das schrägliegende Seitenwände besitzt und durch eine Grundplatte verbunden ist, welche sich ihnerhalb einer jeden gewellten Rille befindet und an die V-förmigen Seitenwände angrenzt und welche mit den gewellten Seitenwänden, die die Rille bilden verbunden sind, wobei die Grundplatte und die Stützfolie an die Innenschichten entlang der genannten gewellten Wulst und der Grundfläche des V-förmigen Elementes befestigt sind, wodurch die Primär- und Sekundärkamraern gebildet werden.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

z e i c h η e t, daß die Innenschichten aus eine rarsten gewellten und einer zweiten gewellten Folie bestehen und jedes gewellte Element mehrere räumlich angeordnete abwechselnde erste und zweite Wulste besitzt, die mit schrägliegenden Seitenwänden verbunden sind, wobei die ersten und zweiten gewellten Elemente mit jeder genannten ersten Wulst des ersten gewellten Elementes, das zu einem der genannten zweiten Wulste des zweiten gewellten Elementes ausgerichtet und angrenzend ist, befestigt sind, wobei die Grundplatte mit dem ersten gewellten Element entlang eines jeden zweiten Wulstes befestigt ist, und die Stützfolie zum zweiten gewellten Element entlang eines jeden ersten Wulstes befestigt ist, um so Primär- und Sekundärkammern zu bilden.
7. Verkleidung innerhalb eines Strahltriebwerkes in einem ringförmigen Gebläseluftkanal zur Geräuschabsorption, dadurch gekenn ze ichne t, daß eine Grundplatte vorhanden ist, die so ausgebildet ist, daß ein Teil des

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ringförmigen Gebläsekanales gebildet wird, daß eine Stützfolie zur Grundplatte radial entfernt vorhanden ISt^ daß sich zwischen der Grundplatte und der Stützfolie Innenschichten erstrecken und mit diesen befestigt sind, so daß viele einzelne im wesentlichen kreisförmig sich erstreckende langausgedehnte rohrförmige Kammern gebildet werden, die im wesentlichen feste Seitenwände besitzen, daß die Grundplatte mit vielen Öffnungen versehen ist, die den Gebläseluftkanal mit der ersten Gruppe der Kammern verbinden, daß die Innenschichten mit vie^· len Öffnungen versehen sind, die die anderen Kammern mit dem Gebläseluftkanal über mindestens eine Kammer der ersten Gruppe verbinden, und daß die Kammern und Öffnungen hinsichtlich ihrer Größe so ausgebildet sind, daß eine GeräuBchabsorption über ein breites Frequenzband erzielt wird.
8. Verkleidung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η ze ichne t, daß das Frequenzband von etwa 500 bis etwa 12.000 Schwingungen pro Sekunde reicht.
9. Verkleidung nach Anspruch 7, dadurch geke η η zeichnet, daß sich eine jede Kammer im wesentlichen kreisförmig zusammenhängend um die Achse des Gebläsekanals erstreckt, derart, daß eine eingedrungene Flüssigkeit in die unterste Kammer der Verkleidung und von dort aus der Verkleidung ausströmen kann.
10. Verkleidung nach Anspruch 9, dadurch gek en η zeichnet, daß neben der untersten Kammer der Verkleidung Mittel vorhanden sind, die es einer Flüssigkeit erlauben, durch die Stützfolie zur Atmosphäre zu strömen.
11. Verkleidung nach Anspruch 7, dadurch gekennz ei c h η e t, daß bestimmte Seitenwände der Kammern unperforiert sind, so daß mehrere kreisförmig sich erstreckende, axial ausgerichtete Luftdämme gebildet werden, die sich zwischen: der Grundplatte und der Stützfolie erstrecken, die den Luftstrom durch die Verkleidung einschränken.

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