DE2117823A1

DE2117823A1 - Vorrichtung zur Dampfung der Ge rausche eines Gasstrahls

Info

Publication number: DE2117823A1
Application number: DE19712117823
Authority: DE
Inventors: Louis Francois Ris Orangis Jumelle (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1971-11-04
Also published as: GB1340745A; DE2117823B2; FR2091911B1; US3682269A; FR2091911A1

Description

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Haudc Dipl. Phys. W. Sdw.ik

8 München 15, Mo«*rtelr.23

Tel. 538C586 .

Societe Nationale d¹Etude et de
Construction de Moteurs d¹Aviation

I50, Boulevard Haussmann, 8. April 1971

75 - Paris, France Anwaltsakte M-I55O

Vorrichtung zur Dämpfung der Geräusche eines Gasstrahls

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung der Geräusche eines aus einem Strömungskanal, insbesondere einer Strahldüse,austretenden Gasstrahls, mit mehreren um den Gasstrahl verteilten, zwischen mindestens einer Betriebsstellung und einer Außerbetriebsstellung verstellbaren Ablenkorganen, die in der Betriebsstellung mit einem stromaufwärtigen Abschnitt jeweils derart in den Gasstrahl hineinragen,daß sie in Art einer Schaufel einen Teil des Gasstrahls mit einer Querkomponente nach außen ablenken, und sich in der Außerbetriebsstellung außerhalb des Gasstrahls befinden.

Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise in Verbindung mit der Strahldüse eines Strahltriebwerks, insbesondere eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die wirksamste Methode, die Geräusche eines aus einer Düse austretenden Gasstrahls zu dämpfen, darin besteht, die Fläche des Mischbereiches, in dem sich der Gasstrahl mit der Umgebungsluft mischt, zu vergrößern. Bei dieser Vorrich-

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tung verändern die Ablenkorgane die Umfangsfläche des Gasstrahls in der Weise, daß das Mischen des Gasstrahls mit der Luft beschleunigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schalldämpfungswirkung einer solchen Vorrichtung zu erhöhen, ohne die Anzahl der Ablenkorgane zu vergrößern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eines der Ablenkorgane an seinem stromaufwärtigen Abschnitt mit einer Hilfszuführeinrichtung versehen ist, durch die ein Strahl aus Hilfsdruckmittel in einer StrÖmungsrichtüng mit einer zur allgemeinen Richtung des Gasstrahls querverlaufenden Komponente in den Gasstrahl einführbar ist.

Auf diese Weise wird gerade in demjenigen Bereich, in dem das Ablenkorgan die Umfangsflache des Gasstrahls nach außen "aufweitet", von dem Hilfsstrahl ein Einschnürungseffekt im entgegengesetzter. Sinne ausgeübt, wodurch die Oberfläche des Mischbereichs zwischen dem Gasstrahl und der Luft noch vergrößert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist die Hilfszuführeinrichtung eine Düse, vorzugsweise in Form eines im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzes, auf, durch den sich der Wirkbereich des Hilfsstrahls vergrößern läßt.

Vorzugsweise ist eine Regeleinrichtung zum Regeln des Durchsatzes des in den Gasstrahl eingeführten Hilfsdruckmittels vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich insbesondere der Durchsatz des Hilfsstrahls an die Eindringtiefe des Ablenkorgans anpassen, beispiels-

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weise derart, daß der Gesamtwirkungsgrad bei veränderlicher Eindringtiefe konstant bleibt.

Die Erfindung läßt sich insbesondere bei der Strahldüse eines Strahltriebwerks, vorzugsweise eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, anwenden. In diesem Fall wird das Hilfsdruckmittel zweckmäßigerweise von Luft gebildet, die von einem Verdichter des Gasturbinentriebwerks herrührt und beispielsweise an der Druckseite dieses Verdichters entnommen wird. In dem Fall, daß das Strahltriebwerk eine Hauptstrahldüse, aus der der zu dämpfende Gasstrahl austritt, und einen die Hauptstrahldüse teilweise umgebenden Mantel aufweist, dessen Querschnitt größer als der der Hauptstr.ahldüse ist und der in Strömungsrichtung hinter den Austrittsquerschnitt der Hauptstrahldüse verlängert ist, sind die Ablenkorgane vorzugsweise derart angeordnet, daß sie in der Außerbetriebsstellung in den Mantel einziehbar sind.

Anhand der Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die obere Hälfte einer Strahldüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schalldämpfung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. I,

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Pig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Strömungskanal 1 gezeigt, aus dem im Betrieb ein Gasstrahl mit großer Geschwindigkeit austritt; die von dem Gasstrahl erzeugten Geräusche sollen gedämpft werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Gasstrahl ein Treibstrahl, und der Strömungskanal bildet Teil einer Strahldüse, die den hinteren Teil eines Strahltriebwerks, beispielsweise eines Gasturbinen-Strahltriebwerks, darstellt.

Die Strahldüse weist vorteilhafterweise eine im Prinzip konvergierende und regelbare Hauptstrahldüse, gebildet vom Strömungskanal 1, auf, die koaxial zu einem Mantel 2 angeordnet ist. Der Mantel 2 hat einen größeren Querschnitt als die Hauptstrahldüse und erstreckt sich in Strömungsrichtung über den Austrittsquerschnitt 3 der Hauptstrahldüse hinaus. Die Innenwand des Mantels besteht aus einem konvergierenden Abschnitt 4, einem vorzugsweise stromabwärts vom Austrittsquerschnitt J der Hauptstrahldüse angeordneten Halsabschnitt 5 und einem divergierenden Abschnitt 6. Die Außenwand des Mantels ist mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet. An seinem stromabwärtsliegenden Abschnitt kann der Mantel 3 mit verstellbaren Klappen 8 versehen werden.

Im Betrieb treten die Heißgase mit großer Geschwindigkeit und noch erhöhtem Druck aus der Hauptstrahldüse 1 in Richtung des Pfeils -f aus; sie bilden somit einen divergierenden Gasstrahl, dessen äuße-• rer Umfang mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet ist. Der Ringraum zwischen der Innenwand des Mantels und der Außenwand der Haupt-"

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strahldüse, die von dem Außenumfang 9 des Gasstrahls verlängert wird, wird von einem Strom F aus Sekundärluft durchströmt.

Dieser Strahldüse ist eine Schalldämpfungsvorrichtung, bestehend aus mehreren Ablenkorganen 10, zugeordnet. Die Ablenkorgane 10 sind um im wesentlichen tangential verlaufende, in dem Mantel 2 befindliche Achsen schwenkbar. Durch Stellmotoren 12 können die Ablenkorgane zwischen einer Betriebsstellung, in der sie jeweils mit einem stJromaufwärtigen Abschnitt IJ in den Gasstrahl f vorstehen, und einer Außerbetriebsstellung,, in der sie in die zu diesem Zweck unterbrochene Innenwand 6 des Mantels 2 eingezogen sind, bewegt werden. In der Außerbetriebsstellung ruhen sie auf Anschlägen 14.

In der Betriebsstellung zweigen die Ablenkorgane 10 einen Teil des Gasstrahls f ab, der mit einer nach außen gerichteten Querkomponente abgelenkt wird, wie durch den Pfeil 15 angedeutet. Um am Gasstrahl besser angreifen zu können und die Ablenkwirkung zu erhöhen, ist der stromaufwärtige Abschnitt Ij5 der Ablenkorgane 10 vorzugsweise mit einer schräg zugeschnittenen Endfläche 16 (gesehen in einem Axialschnitt) versehen.

Die Schwenkachsen 11 der Ablenkorgane 10 sind hohl und bilden jeweils einen drehbaren Anschluß. Pest angeordnete Rohrstücke verbinden untereinander die aufeinanderfolgenden Anschlüsse, wodurch im Inneren des Mantels 2 ein Ringkanal gebildet wird, der über Leitungen 17 mit einem Sammelraum l8 verbunden ist. Der Sammelraurn l8 steht über eine Leitung 19, in der ein Regelventil 20 an-

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geordnet ist, mit einer Druckquelle (nicht gezeigt), beispielsweise der Druckseite eines Verdichters des* Gasturbinen-Strahltriebwerks, in Verbindung. Mittels einer Regelvorrichtung 21 läßt sich die Öffnung des Regelventils 20 auf einen gewünschten Wert einstellen.

Zumindest einige der Ablenkorgane sind mit einer in Längsrichtung des Ablenkorgans verlaufenden Leitung 22 versehen, wobei das eine Ende der Leitung 22 mit dem Ringkanal verbunden ist und das andere Ende an der schräg verlaufenden Fläche 16 in Form eines im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzes 2J mündet, wie in Fig.. 3 gezeigt.

Wenn die Ablenkorgane im Betrieb ihre Betriebsstellung einnehmen,, strömt die· vom Sammelraum kommende Druckluft durch die Leitungen 17> die drehbaren Anschlüsse 11 undfdie Leitungen 22 und treten in Form von ebenen Strahlen 24 unmittelbar in das Innere des Gasstrahls f ein, und zwar mit großer Sindringtiefe und in einer zur allgemeinen Richtung des Gasstrahls f quer verlaufenden Richtung.

Anhand der Fig. H- sei im folgenden eine summarische und keineswegs erschöpfende Erklärung einiger Phänomene gegeben, die bei der erfindungsgemäßen Scha11dämpfungsvorrichtung eine Rolle spielen.

In Fig. 4 ist mit 9 der äußere Umfang des ungestörten Gasstrahls bezeichnet. Wenn die Ablenkorgane 10 ihre Betriebsstellung einnehmen, lenken sie einen Teil des Gasstrahls nach außen ab, wodurch am äußeren Umfang des Gasstrahls entsprechend viele "Gipfel" 109a erzeugt werden, die durch "Täler" 109b getrennt sind. Die auf diese Weise erhaltene Wellenform bewirkt bekanntlich eine Schalldämpfung des Gasstrahls. 109845/0178 -7-

Wenn die Düse 23 mit Hilfsdruckmittel beaufschlagt wird, üben die Hilfsstrahlen 24 auf den Gasstrahl jeweils eine örüLche pneumatische Einschnürungswirkung aus, die an der stelle des betrachteten Ablenkorgans ein "Tal" 209b zur Folge hat, das an der Stelle des Ablenkorgans von zwei "Gipfeln" 209a eingeschlossen ist, die /_::rü3er und geradliniger als der "Gipfel" 109a ist. Bei gleichem Querschnitt unter einer gleichen Anzahl von Ablenkorganen besitzt der Gasstrahl nunmehr eine wesentlich größere Berührungsfläche mit der Luft, was eine wesentlich verstärkte Schalldämpfungswirkung zur Folge hat.

Das Eindringen der Hilfsstrahlen in den Hauptgasstrahl wird dadurch erleichtert, daß die Hilfsstrahlen den von den Ablenkorganen

zu 10 bereits abgelenkten Teil des Hauptgasstrahls nicht/durchströmen brauchen. Dies hat eine Vertiefung des Wirkbereichs der Hilfsstrahlen zur Folgen derart, daß der Mischvorgang in mittlere Bereiche des Gasstrahls vordringen kann, die gewöhnlicherweise echwer zu erreichen sind.

Durch Regelung des Durchsatzes der Hilfsluft (mit Hilfe des Ventil? 20) kann die pneumatische Einschnürung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Hierdurch läßt sich insbesondere der Durchsatz des Hilfsdruckmittels auf die Eindringtiefe der Ablenkorgane abstimmen, beispielsweise derart, daß der Gesamtwirkungsgrad unabhängig von der Eindringtiefe konstant gehalten wird. Änderungen der Eindringtiefe der Ablenkorgane können entweder von einer Verstellung der Ablenkorgane (falls die Ablenkorgane zwischen verschiedenen Anstellungen veränderbar sind) oder einer Verschie-

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"bung der Grenzlinie 9des Gasstrahls, bedingt durch eine Änderung des Sntspannungsverhältnisses des Gasstrahls, herrühren. Daher kann man beispielsweise eine Regelung für zwei Eindringtiefen vorsehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat im übrigen den zusätzlichen Vorteil, daß mit ihrer Hilfe die Ablenkorgane 10 gekühlt werden können. Der stromaufwartige Abschnitt 13 der Ablenkorgane, der in den Gasstrahl f hineinragt, nimmt sehr hohe Temperaturen an, und zwar insbesondere in dem Fall eines Gasturbinen-Strahltriebwerks mit einem Nachbrenner. Die Leitungen 22 spielen in dieser Hinsicht die Rolle von Kühlkanälen, entsprechend den Kühlkanälen,wie sie zur Kühlung von Turbinenschaufeln verwendet werden. Um die Kühlwirkung der Ablenkorgane 10 zu verbessern, können im übrigen die bekannten Verfahren zur Kühlung von Turbinenschaufeln angewendet werden, beispielsweise die Verwendung von porösen Bauteilen, Kühlung durch Transpiration, Aufbringen eines Schutzfilms, Einspritzen in der Nähe der Vorderkante usw.

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Claims

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

CHpK Ing- H. Hauck

DI?!· Phys. W. Schmitz

iMinehw 15, MotarWr.23

W. 5380586

Societe Nationale d^!Etude et de
Construction de Moteurs d'Aviation

150, Boulevard Haussmann, 8. April 1971

- Paris, France Anwaltsakte M-I55O

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Dämpfung der Geräusche eines aus einem Strömungskanal, insbesondere einer Strahldüse, austretenden Gasstrahls, mit mehreren um den Gasstrahl verteilten, zwischen mindestens einer Betriebsstellung und einer Außerbetriebsstellung verstellbaren Ablenkorganen, die in der Betriebsstellung mit einem stromaufwärtigen Abschnitt jeweils derart in den Gasstrahl hineinragen,daß sie in Art einer Schaufel einen Teil des Gasstrahls mit einer Querkomponente nach außen ablenken, und sich in der Außerbetriebsstellung außerhalb des Gasstrahls befinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Ablenkorgane (10) an seinem stromaufwärtigen Abschnitt (lj5) mit einer Hilfszuführeinrichtung versehen ist, durch die ein Strahl (24) aus Hilfsdruckmittel in einer Strömungsrichtung mit einer zur allgemeinen Richtung (f) des Gasstrahls quer verlaufenden Komponente in den Gasstrahl (9) einführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

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HiIfszuführeinrichtung eine Düse (23) aufweist, die über eine in dem Ablenkorgan (10) gebildete Leitung (22) mit einer Druckquelle verbunden ist.

j5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Ablenkorgan eine der Achse des Strömungskanals zugewandte Endfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (23) an der Endfläche (16) " des Ablenkorgans in dem Gasstrahl mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,daß

die Düse (23) die Form eines Schlitzes hat, der im wesentlichen " in Umfangsrichtung verläuft.

5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (20,21) zum Regeln des Durchsatzes des in den Gasstrahl eingeführten Hilfsdruckmittels.

6. Anwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Strahltriebwerk, insbesondere einem Gasturbinen-Strahltriebwerk.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsdruckmittel von aus einem Verdichter des Strahltriebwerks entnommener Luft gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch β oder "J, mit einer Hauptstrahldüse, aus der der zu dämpfende Gasstrahl austritt, und einem die Hauptstrahldüse teilweise umgebenden Mantel, der einen größeren

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Querschnitt als die Hauptstrahldüse hat und sich in Strömungsricht mg über den Austrittsquerschnitt der Hauptstrahldüse hinaus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkorgane (10) in ihrer Außerbetriebsstellung in den Mantel (2) eingebogen sind.

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