DE2538887A1

DE2538887A1 - Akustischer kanal mit einer in umfangsrichtung unterteilten schalldaempfenden verkleidung

Info

Publication number: DE2538887A1
Application number: DE19752538887
Authority: DE
Inventors: Ramani Mani
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-09-03
Filing date: 1975-09-02
Publication date: 1976-03-11
Also published as: IT1042129B; GB1516697A; JPS594523B2; FR2284158A1; FR2284158B1; US3937590A; JPS5152801A

Description

Dr. HorSt Schüler *· September 1975

Patentanwalt Schu/Vo.

6 Frankfurt/Main 1
Niddastr. 52

37o4-Rl)-7432

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCI (KNECTADY, N. Y. /U. S. A-

Akustischer Kanal mit einer in Umfangsrichtung unterteilten schalldämpfenden Verkleidung

Die Erfindung bezieht sich auf schall absorbierende akustische Kanäle und im einzelnen auf solche mit in Umfangsrichtung oder mit in Umfangsrichtung sowie in Längsrichtung unterteilten Verkleidungen zum Absorbieren von akustischer Energie im Drehmodus. Als eine typische Anwendung betrifft die Erfindung Lärmunterdrückungsverkleidungen für den Einlaß eines Flugzeug-Düsentriebwerkgebläses.

oder Pan Das von einem Axialstromkompressor, gewöhnlich als Gebläse^/bezeichnet/ erzeugte Schalldruckfeld enthält Rotationsdruckmuster oder Drehschwingungstypen, die hauptsächlich von der Wechselwirkung des Rotors und des Stators herrühren. In Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotationsdruckmuster können diese Drehschwingungstypen in Dämpfungsmodi und sich ausbreitende Modi bzw. Schwingungstypen unterteilt werden. Die letzteren werden durch den akustisch verkleideten Kanal übertragen und führen zu einer unerwünschten Lärmanstrahlung nach außen. Obwohl oft Schallunterdrückungsverkleidungen benutzt werden, die sich gewöhnlich über die gesamte Innenfläche des Gebläsekanals erstrecken, erfolgt die Anwendung dieser Verkleidungen ganz allgemein und ist nicht auf die Absorption bzw. Dämpfung von Schall vom Drehschwingungstyp zugeschnitten.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines akustischen bzw. Schallkanals mit bezüglich der akustischen Energie vom Drehmodus günstigeren Eigenschaften.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine in Umfangsrichtung unterteilte oder segmentierte akustische bzw. schalldampfende Verkleidung wirksam die Streuung der Schalldruckfelder vom Drehmodus verstärkt, um den Schwingungstypgehalt vom Dämpfungstyp höherer Ordnung für eine verbesserte Schallunterdrückung in einem akustischen Kanal irgendeines Querschnitts zu vergrößern. In bekannter Weise hat der Kanal eine Grenzeigenschaft (cut-off property), was von der Spitzengeschwindigkeit der sich drehenden Druckmuster bzw. -verlaufe abhängt. Schalldruckmuster mit einer Moduszahl oder Keulenzahl höherer Ordnung haben eine Spitzengeschwindigkeit, die kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist, und sie werden gedämpft, während Druckmuster einer niedrigeren Ordnungszahl eine Spitzengeschwindigkeit aufweisen, die größer als die Schallgeschwindigkeit ist, so daß eine Ausbreitung erfolgt. Unter der Annahme eines zylindrischen Kanals besteht die Wirkung des Anbringens eines Satzes von in Umfangsrichtung unter Abstand angeordneten, sich axial urstreckenden Streifen aus schallabsorbierendem Material auf"die innere Kanaloberfläche darin, die Schwingungsverteilung zu ändern und eine zusätzliche Periodizität zu schaffen, an die sich das Schall feld anpassen muß. Die akustische Energie wird gestreut, um das Verhältnis an'Schwingungsdämpfungstypen höherer Ordnung zu vergrößern. Die Anzahl der unter gleichem Abstand angeordneten Streifen des Satzes ist gewöhnlich groß. In jedem Fall werden einige oder mehr Streifen verwendet. Für den Fall, daß die Schallquelle ein Kompressor mit Rotor-und Statorschaufeln ist, übersteigt die Anzahl der Streifen die Zahl der Rotox'schaufeln der ersten Stufe oder stellt ein Mehrfaches hiervon dar. Ein zweiter Satz von in Umfangsrichtung unter Abstand angeordneten, sich axi ..· 1 erstreckenden Streifen aus schallabsorbierendem Material mit einer abweichenden akustischen Impedanz kann zwischen dem ersten Satz von Streifen und mit diesen abwechselnd angeordnet werden, um eine durchgehende schalldämpfende Verkleidung zu bilden. Bei einer anderen Ausführungsform wird die axiale Streifenverkleidung mit

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einer in Uinfangsrichtung verlauf enden Streifenverkleidung schachbrettmusterartig kombiniert. Bei einem Axialabstand, der kleiner als eine Wellenlänge bei einer vorgegebenen Frequenz ist, ist das Schallfeld 'gefiltert¹- In den Zwischenräumen können vierseitige Verkleidungsglieder aus einem Material angebracht werden, dessen akustische Impedanz im Vergleich zu derjenigen der sich schneidenden, in Axia1 richtung und in Umfangsrjchtung verlaufenden Streifen eine abweichende Größe hat. Es sind zahlreiche Anwendungen möglich, beispielsweise zur Unterdrückung des Lärms von P lug zeug triebwerken, von Apparaturen und von Maschinen.

Die Erfindung wild nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeiüpielen näher erörtert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer schematischen, teilweise längsgeschnittenen Seitenansicht den vorderen Teil eines mit einem Kanal versehenen Gebläsetyp-Fiugzeugdüsentriebwerke mit einem Gebläsekanal, der nach der vorliegenden Erfindung mit einer in Umfangsrichtung segmentierten bzw. unterteilten schalldämpfenden Verkleidung versehen ist,

Figur 2 - in einem vertikalen Querschnitt längs der Linie 2-2 aus Figur 1 den Gebläsekanaleinlaß,

Figur 3 - eine Figur 2 ähnelnde Ansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform unter Verwendung von sich axial erstreckenden und abwechselnd aus zwei verschiedenen akustischen Materialien bestehenden Streifen,

Figur 4a - in einer schematischen Ansicht einen Stator und einen Kotor,

Figur 4b - ein sich drehendes bzw. rotierendes Keulendruckmuster der durch Schallfelder vom Drehmodus erzeugten Art,

Figur 5a - in einer graphischen Darstellung den Verlauf des Schalldruckpegels in Abhängigkeit von d^r Moduszahl zum Aufzeigen der Schwingungsvertexlung des Schalldrucks bei einem gleichförmig und vollständig verkleideten Gebläsekanal,

Figur bb - eine Figur 5a ähnelnde Ansicht zum Aufzeigen der abgewandelten Schwingungs vertex lung des Schalldrucics, wie sie durch die unterbrochenen Verkleidungen aus Figuren

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2 und 3 zur Erzielung einer verbesserten Schallunterdrückung erreicht wird,

Figur 6 - eine typische, experimenle 1.1 erzielte Richtcharakteristik bei einer bestimmten Frequenz über einen Bogen von o° - llo° in bezug auf die Einlaßachse, und zwar für eine Schallabstrahlung von einem zylindrischen Gebläsekanal· sowie für die zwei Fälle, bei denen der Kanal einerseits vollständig verkleidet ist und andererseits gemäß Figuren 1 und 2 eine Axialstreifenverk leidung aufweist,

Figur 7 - bei der Figur 6 zugrundellegenden experimentellen Anordnung sowie bei einem bestimmten Winkel in bezug auf die Einlaßachse die Schalldruckpegel in Abhängigkeit von einem Schal Ifrequenzbereich, und zwar einerseits für einen vollständig verkleideten Kanal und andererseits für einen Kanal mit einer Axialstreifenverkleidung gemäß Figuren 1 und 2,

Figur 8 - in einem Längsschnitt einen akustischen Kanal mit axial unterteilter Verkleidung unter Verwendung von abwechselnden Streifen aus zwei verschiedenen akustischen Materialien,

Figur 9 - in einem Längsschnitt einen zylindrischen akustischen Kanal nach ei^ier anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei unter Verwendung zweier unterschiedlicher akustischer Materialien in einem 'Schachbrett ' -Muster sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung unterteilte Verkleidungen vorgesehen sind, und

Figuren
u.11

vertikale Querschnitte längs der Linien lo-lo und 11-11 aus Figur 9.

Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf akustische Kanäle anwendbar, die zum Unterdrücken von Geräuschen und Schall benutzt werden, der durch Kompressoren, Gebläse und andere mechanische Drehglieder erzeugt wird, welche sich durch Spinnmuster auszeichnende Schalldruckfelder hervorrufen. Der erörterte An-

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meldungsgegenstand stelJ t im einzelnen eine wirksamere Schall i-ehandlung bzw. eine Schallunterdrückungsverkleidung für den Einlaßkanal eines Flugzeugdüsentriebwerkgebläse\3 dar, um den insbesondere während des Abhebens und Landens am Boden hörbaren Schallpegel zu vermindern. In Figur 1 ist allgemein der vordere Tei1 Io des mit einem Kanal versehenen. Turbodüsentriebwerks vom Gebläsetyp dargestellt, wobei ein stromlinienförmiger Gebläserlngkanal-Luftdurchgang 11 zwischen einer ringförmigen Verkleidung bzw. einem Gebläsegehäuse 12 stromlinienförmigen Querschnitts und einem geeigneten Triebwerkrumpfaufbau 13 ausgebildet ist, der in der Verkleidung 12 vorsteht. Der Rumpf 13 nimmt einen geeigneten Kompressor, ein Verbrennungsglied und einen Turbomechanismus auf, wobei hierdurch im Rahmen einer Teilfunktion ein zwischen dem vorderen Ende der Verkleidung 12 und dem Rumpf 13 im Luftdurchgang 11 angeordneter Axialstromkompressor 14 angetrieben wird. Der Kompressor bzw. das Gebläse besteht gemäß Darstellung aus einem einzigen Rotorglied 15 und einem Statorglied 16, doch können in bekannter Weise zusätzliche Stufen vorhanden sein. Das Gebläse treibt die Einlaßluft axial durch den primären Luftdurchgang 11, um dem Triebwerk einen Antriebsschub zu erteilen und dem Kompressor Luft zuzuführen.

Gemäß Figur 2 ist die innere Oberfläche der Verkleidung 12 erfindungsgemäß zumindest im Einlaßkanalbereich mit einer allgemein mit der Hinweiszahl 2o bezeichneten und in Umfangsrichtung unterteilten akustischen bzw. schalldämpfenden Verkleidung versehen. Dieser Aufbau wird nachfolgend als Schallunterdrückungsgebläsekanal bezeichnet. In ihrer einfachsten Form stellt die akustische Verkleidung in Umfangsrichtung unter Abstand angeordnete Streifen 21 aus einem geeigneten schallabsorbierenden Material dar, wobei diese Streifen relativ dünn ausgebildet sind und sich in Längs- oder Axialrichtung erstrecken. Häufig wird eine große Anzahl von derartigen in umfangsrichtung unter Abstand angeordneten, sich axial erstreckenden Streifen 21 benutzt, die in di^ Kanalwandung eingearbeitet werden, so daß sie mit der glatten Metallverkleidung 22 zwischen den Streifen fluchten. Bei Rotoren mit einer Rotorschaufelspitzengeschwindigkeit im Schallbereich kann die Anzahl der Streifen zwei- oder dreimal so groß wie die Anzahl der Rotorschaufeln

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sein, während bei Rotoren mit einer Spitzengeschwindigkeit im Unterschallbereich die Anzahl der Streifen etwa das Eineinhalbfache der Anzahl der Rotorschaufein ausmacht. Obwohl sich die akustische Axialstreifenverkleidung über die volle Länge des Gebläsekanals erstrecken kann, ist sie gemäß Figur 1 nur im Bereich des Einlaßkanals aufgebracht, wo eine wirksamere Schallunterdrückung am meisten benötigt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 wird ein zweiter Satz von sich in Längsrichtung oder axial erstreckenden schallabsorbierenden Streifen 23 benutzt, die sich zwischen den Streifen 21 befinden und sich mit diesen abwechseln. Die akustischen Materialien, aus denen die zwei Sätze von Streifen 21 und 23 hergestellt sind, haben unterschiedliche akustische Eigenschaf ten oder Impedanzen bei der interessierenden Frequenz bzw. dem interessierenden Frequenzbereich. Die Streifen 21 und 23 können dieselbe Breite haben, was jedoch nicht wesentlich ist. Im allgemeinen kann eine große Vielzahl von akustischen Materialien benutzt werden, doch sollte das für die spezielle Anwendung bei einem Flugzeuggebläsetriebwerk bestimmte Material leicht zu reinigen sein und für ein Ablaufen eingeführte. Flüssigkeiten sorgen. So sind beispielsweise Verkleidungen mit einem Freiheitsgrad oder wabenartige Resonanzkammer-Schallabsorptionsverkleidungen verwendbar, wie sie im US-Patent 3 54o 682 beschrieben sind. Wenn eine Schalldämpfungsverkleidung vom Resonanzkammertyp verwendet wird, können die zwei Materialien für die Streif.η 21 und 2 3 auf eine Resonanz bei unterschiedlichen Frequenzen abgestimmt werden.

Der Zweck der akustischen Axialstreifenverkleidung gemäß Figuren 2 oder 3 besteht in der Schaffung einer großen Anzahl von Unterbrechungen in der akustischen Verkleidung, wenn die Schall< ■uckfelder vom Spinntyps sich in Umfangsrichtung längs der Kanalwandung bewegen. Es bestehen eine zusätzliche Periodizität, an die sich das Schallfeld anpassen muß, und eine sich ergebende verstärkte Streuung oder Mehrfachreflexion der Schallfelder zu Drehschwingungstypen großer, sich nicht ausbreitender Lobenz_ahl. Im Vergleich zu .■ em vollständig verkleideten Gebläsekanal ist die vor-

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liegende Axialstreifen-Schal Idämpf unysvi;rklt;idung wirksam, um die Schwingurujstypvertei lung der akustischen Energie zu verändern und das Verhältnis oder den Geha.lt. des sich abschwächenden Schalls sum sich ausbreitenden Schall zu vergrößern sowie hierdurch eine verbesserte Schallunterdrückung zu erzielen. Dies kann durch unmittelbare Erkenntnis sowie mathematisch erläutert werden, und es wird zunächst eine Betrachtung der Grundbegriffe vorausgeschickt.

vtfie es bereits zuvor erwähnt wurde, erzeugt die Rotor-Stator-Wechselwirkung in einein mit einem Kanal versehenen Axialstroinkompressor wirbelnde bzw. sich drehende und mit Keulen ausgebildete Schalldruckmuijter bzw. -feider, die sich auf einem spiralförmig- .i Pfad durch den Kanal ausbreiten. Unter Bezug auf die schemaLiscne Darstellung eines Rotors und eines Stators in Figur 4a ist es vorstellbar, daß sich ein Muster von Schalldruckveränderungen ergibt, wenn die radialen Rotorschaufeln 17 sukzessive an den stationären Statorflügeln 18 vorbeigelangen. In Figur 4b ist ein typisches sich drehendes und mit vier Keulen versehenes Schalldruckschema dargestellt. Es v/erden auch Schwingungstypen anderer höherer und niedrigerer Ordnung mit einer entsprechenden Anzahl von Keulen bzw. Loben im Schalläruckmuster erzeugt. Bei einer vorgegebenen Schall-

schneideeigenschaften frequenz hat der Kanal eine Grenz- oder At/ , die darin besteht, daß sich der Schall nicht aus dem Einlaßende des Kanals ausbreitet, wenn nicht die Umfangsgeschwindigkeit des sich drehenden Schalldruckmusters beim Überstreichen der Kanalwandung die Schallgeschwindigkeit übersteigt. Bei größer werdender Modus- bzw. Schwingungstypzahl oder Keuienzahl nimmt die Spitzengeschwindigkeit des wirbelnden bzw. sich drehenden Keulenmusters ab, so daß die Spitzengeschwindigkeit für höhere Keulenzahlen unter der Schallgeschwindigkeit liegt. Mathematisch ausgedrückt wird die Grenzlinie zwischen den sich ausbreitenden und den gedämpften Schwingungstypen durch den Ausdruck ca a/m = c , wobei to die Kreisfrequenz (oJ~ 2TTf), a der Kanalradius, m die Modus- bzw. Schwingungstypzahl, c. die Schallgeschwindigkeit und das Produkt co a die Spitzengeschwindigkeit sind. Für Schwingungstypen höherer Ordnung, bei denen m eine positive oder negative ganze Zahl ist, hat der Aufdruck U) a/n$ einen kleineren Wert als die Schallgeschwindigkeit,

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und diese Schwingungstypen werden gedämpft. Bezüglich einer weiteren Unterrichtung über die obigen und andere Gesichtspunkte von Wirbel- bzw. Drehmodusschall wird auf den folgenden Artikel verwiesen: 'Axial Flow Compressor Noise Studies' von J.M. Tyler und T.G. Sofrin, SAE Transactions, Band 7o, 1962, Seiten 3o9-332.

Figur 5a zeigt graphisch die Schwingungsverteilung des Schalldrucks für eine Schallenergie vom Wirbel- bzw. Drehmodus in einem kreisförmigen, vollständig verkleideten Kanal. Der Schalldruckpegel in Dezibel ist in Abhängigkeit von der Modus- bzw. Schwingungstypzahl m aufgetragen. Die Modus- bzw. Schwingungstypzahlen sind positive und negative ganze Zahlen, die vom Zentrum mit dem Nullmodus ausgehend beiderseits ansteigen. Die positive und negative Moduszahl, bei der das Grenzverhalten auftritt, wird durch den Ausdruck Ui a/c bestimmt. Kleinere Moduszahlen als der Grenzwert beinhalten sich ausbreitende Schwingungstypen, während größere Moduszahlen als der Grenzwert die gedämpften Schwingungstypen bedeuten. Es wird angenommen, daß die Moduszahl am Grenzwert von den Parametern des bestimmten untersuchten Kompressors abhängt, und es ist eine Moduszahl von etwa 5 am Grenzwert gemäß Figur 5a typisch. Allgemein gesprochen ist der Schalldruck bei diesem Verteilungsmuster maximal am Nullmodus, verbleibt relativ groß bei den sich ausbreitenden Schwingungstypen und fällt bei Schwingungstypen zunehmend höherer Ordriung schnell ab.

Figur 5b zeigt die veränderte Schalldruck-Schwingungsverteilung, wie sie in einem kreisförmigen Kanal mit einer in Umfangsrichtung in Abschnitte unterteilten Schalldämpfungsverkleidung unter Anwendung von S unter gleichem Abstand angeordneten Axialstreifen erzielt wird, wobei S die Anzahl der Streifen ist. Die in Umfangsrichtung in Abschnitte unterteilte Verkleidung verstärkt wirksam

oder Abspaltung
die Streuungvder SchaXlfelder zu wirbelnden bzw. sich drehenden Schwingungstypen großer, sich nicht ausbreitender Keulenzahl. In diesem Verteilungsmuster ergeben sich für beide positive und negative Schwingungstypen Hilfsmaxima, wobei die Schalldruckpegel für die sich ausbreitenden Schwingungstypen im Vergleich zum vollständig verkleideten Kanal vermindert und die Sehalldruckpegel für die

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gedämpften Schwingungstypen höherer Ordnung im Vergleich zu dem vollständig verkleideten Kanal vergrößert sind. Die Hilfsmaxima haben ihr Zentrum bei den Zahlen S, 2S, -S, -2S, usw., und ihre Amplitude ist im Vergleich aim Maximum des Nullmodus kleiner. Bezüglich der Wirkung der Axialstreifenverkleidung, mittels derer eine Streuung oder eine Erzeugung von Mehrfachreflexionen der sich drehenden Schalldruckmuster erfolgt, gibt es eine Analogie auf dem Gebiet der Optik, und hierbei handelt es sich um das von einem Streu- bzw. Beugungsgitter erzeugte Lichtverteilungsmuster. In beiden Fällen liegt eine zusätzliche Periodizität vor, an die sich die einfallende Energie anpassen muß.

Wie es leicht aus dem obigen Artikel von Tyler und Sofrin verständlich ist, hat der Druck in jeder Kanalschwingungstype beim Fall einer vollständigen Verkleidung die mathematische Form ^exP Γ J (^m^ ~Wt)J/ wobei m irgendeine ganze Zahl, φ der Winkel um den kreisförmigen Kanal und (o = 2 Ttt mit f als der interessierenden Frequenz sind. Durch Anwenden von S Axialstreifen mit einem Abstand von 2 TTa/S in Umfangsrichtung müssen die Schwingungstypen einer Form exp£j (m - kS)jz5 -cot J genügen, wobei k irgendeine nicht negative ganze Zahl ist. So wird ein Schwingungsmuster der in Figur 5a dargestellten Art für einen vollständig verkleideten Kanal zu einer in Figur 5b dargestellten Type für einen Kanal mit S Streifen umgewandelt. Wie ein Vergleich der Figuren 5a und 5b zeigt, dient die Wirkung des Streuens bzw. Verwandeins vonModuszahlen m zu den Moduszahlen (m - kS) dazu, die Druckverteilung von einem sich vornehmlich ausbreitenden Typ zu einem solchen mit einem höheren Gehalt oder Anteil an sich nicht ausbreitenden Schwingungstypen zu verschieben. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß auch dann, wenn kein Verschieben zu sich nicht ausbreitenden Moduszahlen auftritt (wie bei hohen Frequenzen), das Verschieben zu höheren Moduszahlen die Wirksamkeit der Verkleidung an der äußeren Kanalwandung verstärkt, da die radialen Schalldruckverteilungen im Fall größerer Moduszahlen oder Keulenzahlen dazu neigen, näher bis zur· Außenwandung zu reichen. Bei der Ausführungsform aus Figur 2 ist ferner festzustellen, daß die Menge an erforderlichem akustischem Material und daher auch das Gewicht beträchtlich vermindert werden,

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während dennoch eine wirksame Schal1Verminderung bzw. -unterdrükkung erzielt wird.

Eine experimentelle Bestätigung der bei einem akustischen Kanal mit einer in Uinfangsrichtung in Abschnitte unterteilten schalldämpfenden Verkleidung erzielten Schallunterdrückung ist in Figuren 6 und 7 dargestellt. Figur 6 zeigt eine repräsentative Richtcharakteristik für den vom Einlaß eines zylindrischen Kanals 2 4 abgestrahlten Schall, und zwar für die zwei Fälle einer durchgehenden Verkleidung des Kanals und einer Axialstreifenverkleidung gemäß Figuren 1 und 2. In einer schalltoten Kammer wurden Messungen unter Verwendung eines Düsentriebwerkrotors im Maßstab 1:3

mit 44 Rotorschaufeln in einem Kanal 2 4 mit einem

Durchmesser von 5o8 mm (2ο¹¹) durchgeführt. Der nach vorne abgestrahlte Schall bei der Schaufeldurchgangsfrequenz (blade passing frequency) bei 7o Prozent der Gebläsedrehzahl wurde längs eines sich in bezug auf die Einlaßachse horizontal erstreckenden Bogens von o° bis lio° gemessen. Das für die vollständige bzw. durchgehende Verkleidung benutzte akustische Material ist das Resonanzkammermaterial mit einem Freiheitsgrad, während für die Axialverkleidung 144 unter gleichem Abstand angeordnete Streifen mit einer Breite von jeweils 3,o5 mm (1/8¹¹) benutzt wurden, uiese Ergebnisse zeigen, daß bei verschiedenen Winkeln einschließlich denjenigen unter dem Triebwerk die Axialstreifenverkleidung zu einer wirksameren Schal!verminderung als die durchgehende Verkleidung führt einige Messungen ergaben eine Verminderung von 5dB - während die Axialstreifenverkleidung bei den Spitzenstrahlungswinkeln (peak radiation angles) nur einen kleinen Einfluß hat. Bei jedem Winkel ist die Wirkung der Axialstreifenverkleidung zumindest genauso gut wie diejenige der durchgehenden Verkleidung. Die Axialstreifenverkleidung ist ebenfalls wirksam in Fällen, wo der durchgehend verkleidete Einlaßkanal zu einer größeren Schallentwicklung als der unbehandelte Einlaß führt, und zwar möglicherweise aufgrund eines Eigenschallproblems der Verkleidung. Die Ergebnisse sind allgemein auf verschiedene Gebläsedrehzahlen und verschiedene Frequenzen im Hörbereich anwendbar.

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Figur 7 zeigt für die experimentelle Ausbildung nach Figur 6 bei .einem bestimmten Winkel (6o ) in bezug auf die Einlaßachse die Schalldruckpegel über einen großen Bereich von Schallfrequenzen, und zwar für einen vollständig bzw. durchgehend verkleideten Kanal und einen Kanal mit einer Axialstreifenverkleidung. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Axialstreifenverkleidung für eine wirksame Unterdrückung von breitbandigem Schall sorgt, wie er von einem Düsentriebwerkgebläse erzeugt wird. Beim Darstellen der Kurven sind gemeinsame Punkte innerhalb des experimentellen Fehlerbereichs unter gegenseitiger Überlappung bzw. Überlagerung aufgetragen. Wiederum kann festgestellt werden, daß vielfach eine Schallunterdrükkungsverbesserung erzielt wird, was insbesondere bei oder nahe an der Schaufeldurchgangsfrequenz (blade passing frequency) zutrifft. In jedem Fall führt die Axialstreifenverkleidung niemals zu einer größeren Schallentwicklung als der vollständig bzw. durchgehend verkleidete Kanal.

Figur 8 zeigt eine abweichende Art eineu zylindrischen akustischen Kanals, der mit in Längs- oder Axialrichtung in Abschnitte unterteiltem, schallabsorbierendem, akustischem Material verkleidet ist. Im Vergleich zu der zuvor beschriebenen, in Umfangsrichtung unterteilten Verkleidung verstärkt die axial unterteilte Verkleidung die Schalldämpfung, indem wiederholte Reflexionen sichergestellt und ein periodischer Aufbau gebildet werden, der den Schall 'filtert¹. Es können entweder eine einzige akustische Verkleidung oder zwei akustische Verkleidungen mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen wie zuvor in einer sich abwechselnden Anordnung benutzt werden. Gemäß der Darstellung ist an der inneren Oberfläche eines zylindrischen Kanals 26, wie er für die Schallverminderung von Geräten oder Maschinen verwendet wird, ein Satz von unter Axialabstand angeordneten sowie in Umfangsrichtung durchlaufenden Streifen oder Ringen 27 aus einem geeigneten schallabsorbierenden Material befestigt. Beispielsweise können die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Streifen 27 aus einer akustischen Materialmasse oder einem akustischen Fasermaterial hergestellt sein, die oder das bei einer ausgewählten Frequenz wirksam ist. Der Axialabstand der Umfangsstreifen 27 steht in einer Beziehung zur Wellenlänge des

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Schalls und 4st kleiner als eine Wellenlänge. In typischer Weise beträgt der Abstand der Streifen 27 eine halbe Wellenlänge. Für eine verbesserte Schallverminderung kann ein zweiter Satz von Umfangsstreifen 28 zwischen dem ersten Satz von Umfangsstreifen 27 und mit diesen abwechselnd angeordnet werden, wobei der zweite Satz eine im Vergleich zu den Umfangsstreifen 27 abweichende akustische Impedanz hat. Wie es erläutert wurde, führt die periodische, axial unterteilte schalldämpfende Verkleidung durch den Schallfilterungsmechanismus zu einer Schallunterdrückung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß den Figuren 9-11 können beide bereits beschriebenen in Umfangsrichtung und in Längsrichtung bzw. axial unterteilten akustischen Verkleidungen zur Verbesserung der Schallunterdrückung kombiniert werden. Eine solche zusammengefaßte bzw. kombinierte Verkleidung hat ein schachbrettmusterartiges Aussehen, wenn der Abstand der rechtwinklig zueinander angeordneten Streifen gleich groß ist. Die sich schneidenden Axialstreifen und Umfangsstreifen sind vorzugsweise aus demselben akustischen Material hergestellt. Sie können, wenn es erwünscht ist, mit einer zweiten akustischen Verkleidung kombiniert werden, die eine abweichende Schallimpedanz hat und die Zwischenräume zwischen den sich schneidenden Streifen ausfüllt. Auf diese Weise ist an der inneren Oberfläche des zylindrischen akustischen Kanals 26' ein raster- bzw. gitterähnliches Muster von sich schneidenden Axialstreifen 21' und Umfangsstreifen 27' befestigt. Es ist möglich, die Zwischenräume zwischen den sich schneidenden Streifen mit einem Satz vierseitiger Verkleidungsglieder 2 9 zu füllen, die aus einem akustischen Material mit abweichenden akustischen Eigenschaften hergestellt sind. Bei der Herstellung dieser Ausführungsform können verschiedene akustische Materialiuassen oder akustische Faserina terialien angewendet werden. Selbstverständlich kann ein Düsentriebwerkgebläsekanal für eine verstärkte Schallunterdrückung unter Verwendung der sich schneidenden Streifenverkleidung akustisch verkleidet und mit akustischem Material vom Resonanζkammertyp ausgebildet sein.

Während zwar ein akustischer Kanal mit einem kreisförmigen Quer-

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schnitt zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung benutzt wurde, ist darauf hinzuweisen, daß sich die Erfindung in ihrer breiteren Bedeutung auf akustische Kanäle mit einem rechteckigen, quadratischen oder anderen Querschnitt anwenden läßt. Über die speziell angegebenen Anwendungen hinaus gibt es ferner zahlreiche andere Anwendungen für akustische Kanäle zum Vermindern und Absorbieren von Schalldruckfeldern vom Spinn- bzw. Drehmodus. Abgesehen von den verschiedenen bevorzugten Ausfuhrungsformen der dargestellten und beschriebenen Art sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche weitere Änderungen bezüglich der Form und der Einzelheiten möglich.

- Patentansprüche -

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Claims

!Patentansprüche

.j Akustischer Kanal zum übertragen und Absorbieren von akustischen Druckfeldern des Spinntyps mit sich ausbreitenden und mit abschwächenden Schwingungstypen, gekennzeichnet durch einen sich in Längsrichtung erstreckenden festen Kanal (12, 26, 26') mit einem an seiner inneren Oberfläche befestigten Satz von zumindest mehreren, in Umfangsrichtung unter Abstand angeordneten und sich in Längsrichtung erstreckenden Streifen (21, 21') aus schallabsorbierendem Material, wobei dieser Satz von Streifen die Schalldruckfelder des Spinntyps zur Erzielung einer verbesserten Schallunterdrückung aufspaltet.
2. Kanal nach Anspruch 1, cj. kennzeichnet durch einen zweiten Satz von zumindest mehreren, in Umfangsrichtung unter Abstand angeordneten sowie sich in Längsrichtung erstreckenden Streifen (23, 29, 29') aus schallabsorbierendem Material, wobei diese Streifen an der inneren Oberfläche des Kanals (12, 26, 2^') zwischen dem erstgenannten Satz von Streifen (21, 21') sowie mit diesen Streifen abwechselnd befestigt sind und wobei die ersten sowie zweiten Streifensätze aus schallabsorbierenden Materialien mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen hergestellt sind.
3. Kanal nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Satz von in Längsrichtung unter Abstand angeordneten sowie sich in Umfangsrichtung erstreckenden Streifen (27, 27') aus schallabsorbierendem Material, wobei diese Streifen an der inneren Oberfläche des Kanals (26, 26") befestigt sind und den erstgenannten Satz von Streifen (21, 21') schneiden.
4. Kanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (21, 21') des erstgenannten Satzes in Umfangsrichtung gleiche Abstände und die Streifen (27, 27') des weiteren Satzes in Längsrichtung gleiche Abstände aufweisen, wobei beide Streifensätze aus demselben schallabsorbierenden Material hergestellt sind.

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dritten
5- Kanal nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Satz von vierseitigen Verkleidungsgliedern (29, 29') aus schallabsorbierendem Material, wobei diese Glieder ebenfalls an der inneren Oberfläche des Kanals (26, 26') befestigt sind, und zwar in den Zwischenräumen zwischen den erstgenannten und weiteren Streifensätzen (21, 21'; 27, 27'), wobei dieser Satz von Verkleidungsgliedern und die erstgenannten und weiteren Streifensätze aus schallabsorbierenden Materialien mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen hergestellt sind.
6. Kanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Streifensätze (21, 21', 23, 29, 29') zusammt gefaßt eine in Omfangsrichtung durchgehende akustische Verkleidung bilden und wirksam für eine Streuung der Drehmodus-Schalldruckfelder sorgen, um den Gehalt an gedämpften Schwingungstypen zu vergrößern und die Schallünterdrückung zu verbessern.
7. Kanal nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen

(21, 21') des erstgenannten Satzes in Umfangsrichtung und die Streifen (23, 29, 29") des zweiten Satzes ebenfalls in Umfangsrichtung gleiche Abstände aufweisen.
8. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (21, 21') des Satzes in Umfangsrichtung relativ nahe angeordnet sind und daß ihre Gesamtzahl zumindest die Zahl der Rotorschaufeln der ersten Stufe übersteigt.
9. Kanal nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch eine Kombination einer axial unterteilten bzw. segmentierten.akustischen Verkleidung mit einem Satz von in Axialrichtung unter Abstand angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Streifen (27, 27') aus dem ersten schallabsorbierenden Material, wobei diese Streifen an der inneren Oberfläche des Kanals (26, 26') befestigt sind und den ersten Satz von Streifen (21, 21') schneiden.

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lo. Kanal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (21, 21') des ersten Satzes in Umfangsrichtung und die Streifen (27, 27') der axial unterteilten Verkleidung in Axialrichtung gleiche Abstände aufweisen, wobei der Axialabstand kleiner als eine Wellenlänge bei einer vorgewählten Frequenz ist.

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