DE2620676C2

DE2620676C2 - Schalldämpfender Lufteinlauf

Info

Publication number: DE2620676C2
Application number: DE2620676A
Authority: DE
Inventors: Stephen Barry West Chester Ohio Kazin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4049074A; JPS51140012A; DE2620676A1; CA1066517A; FR2311187B1; JPS5911734B2; GB1545921A; IT1060613B; FR2311187A1

Description

a) sich an den Diffusor (56) stromaufwärts von dem Verdichter (20) des Gasturbinentriebwerks (10) ein zylindrischer Abschnitt (58) anschließt, auf dem ein schallabsorbierendes Material (60) angeordnet ist, und

b) der Hals (54) und der Diffusor (56) den Beziehungen

;=,6 M- 1,12

20

und

25

L/D= 1,28- 1,6 M
entsprechen, wobei

D = Durchmesser des zylindrischen Abschnitts (58),

Ld = axiale Länge des Diffusors (56),

Lt = (■ xiale Länge des Halses (54),
M = mittlere Hals-Machzahl zwischen etwa 0,7 und 0,8.

ist und Abweichungen von+/— i0% von den angegebenen Beziehungen möglich sind,

2. Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der axialen Länge (Lc) des zylindrischen Abschnitts (58) zum Durchmesser (D) des zylindrischen Abschnitts nicht größer als 0,2 ist

3. Lufteinlauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schallabsorbierende Material (60) auch auf dem Diffusor (56) angeordnet ist

45

Die Erfindung bezieht sich auf einen schalldämpfenden Lufteinlauf gemäß dem Oberbegriff des Patentansprachs 1. Ein derartiger Lufteinlauf ist aus der US-PS 43 277 bekannt.

Der Lärm bzw. der Schall eines Gasturbinentriebwerkes wird von zwei Hauptquelien erzeugt. Die erste Quelle resultiert aus der viskosen Abscherung von sich schnell bewegenden Gasen, die in die umgebende Atmosphäre ausgestoßen werden. In Turbofan-Flugzeugtriebwerken werden diese Gase von den Fan- und Kerndüsen an der Rückseite des Triebwerks emittiert. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um die- eo sen Scherungslärm zu vermeiden, wobei meistens Mischer eingebaut wurden, um die Gebläse- und Austrittsgase miteinander und mit der Umgebung zu vermischen.

Die zweite Lärmquelle, die hier behandelt werden soll, wird durch die rotierende Turbomaschine selbst erzeugt. Sie resultiert aus der Relativbewegung zwischen den schnell rotierenden Schaufelreihen und der über sie hinwegströmenden Gasströmung. Der Lärm bzw. der Schall wird beeinflußt durch Parameter wie Schaufeldrehgeschwindigkeiten, Abstand von Schaufelzu-Schaufel, Schaufelgeometrie und durch die Nähe der stationären Hardware zu den rotierenden Schaufelreihen, wie im Falle einer Auslaß-Führungsschaufelanordnung. Ein weiteres Beispiel für den letztgenannten Zustand iritt in typische Axialkompressoren mit zahlreichen Stufen auf, wo sich stationäre Schaufelreihen mit rotierenden Schaufelreihen abwechseln. Ein Teil des in dieser Weise erzeugten Schalls kann absorbiert und unterdrückt werden durch eine schalldämpfende Paneele bzw. Verkleidung, die um den Umfang der die rotierende Turbomaschine umschließenden Gondel herum angeordnet ist Ein derartiges schallabsorbierendes Materj>-l ist an sich bekannt (US-PS 35 42 152). Aufgrund der großen Nähe des Gebläses oder Komressors im Verhältnis zur Frontebene des Einlaufens und wegen des Fehlens einer akustischen Abschirmung in Verwärtsrichtung breitet sich jedoch ein erheblicher prozentualer Anteil des Schalls von dem Einlauf der Gasturbine nach vorne aus.

Bekannte Versuche zur Lösung dieses Problems konzentrierten sich auf die Applikation eines schallabsorbierenden Materials auf die Innenwände des Lufteinlaufs. Dies dämft jedoch nur wenig den unreflektierten Schall, der sich in axialer Richtung nach vorne ausbreitet Zusätzliche Vor sSz wurden erhalten durch koaxiale Umfangsringe aus schallabsorbierenden Material innerhalb des Einlaufes. Derartige Ringe erzeugen jedoch einen verringerten Einlaßgesamtdruck und bringen deshalb Wirkungsverluste mit sich, die über dem gesamten Betriebsbereich des Triebwerkes bestehen, selbst wenn die Lärmausbreitung keine Gefahr oder Belästigung für die Bewohner in den Flugzeugschneisen darstellt Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Maßnahmen gegen die Vereisung ergriffen sein müssen. Eine derartige Struktur vergrößert die mögliche Beschädigung durch Fremdteilchen, vermindert die Zugänglichkeit zum Gebläserotor auf der Fluglinie uniä erhöh.: das Gewicht.

Ein anderer Vorschlag beinhaltet einen axial verschiebbaren Schalldeflektor auf der Unterseite des Einlaufes, um die Lärmtransmission von dem Einlauf nach unten zu vermindern. Diese Konfiguration ist jedoch aus zwei Gründen nachteilig, Erstens hat sich gezeigt, daß ein Einlauf mit einem derartigen Deflektor eine schlechte Druckgewinnungs-Charakteristik (d. h. es ist von Natur aus ein System mit hohen Verlusten) haben kann, was von seiner Form abhängt. Zweitens, und dies steht in einem gewissen Zusammenhang mit den vorgenannten Problemen, kann der gesamte Druckveriauf stark gestört werden, beispielsweise in der Ebene der in dem Kanal angeordneten Gebläsestufe der Gasturbine. Während die schlechte Druckrückgewinnung zu einem verschlechterten Wirkungsgrad des Triebwerkes führt, kann der gestörte Strömungsverlauf unter bestimmten Bedingungen überhöhte Fangebläsebeanspruchungen und möglicherweise eine Zerstörung der rotierenden Turbomaschine bewirken.

Ein weiterer, kürzlich unternommener Versuch besteht darin, die Einlaßströmung zu beschleunigen, so daß die mittlere Machzahl am Hals I beträgt. Das angewendete Prinzip besteht darin, daß eine akustische Welle sich nicht entgegen einer Strömung mit der Machzahl 1 stromaufwärts ausbreiten kann, da die Welle selbst nur mit Mach 1 wandern kann. Dies stellt jedoch gewisse Probleme bezüglich der Leistungsfähigkeit dar. Eine Anwendung dieses Konzeptes auf ein übliches Flugzeug erfordert eine beträchtliche Größe der Änderung des

Einlaufströmungsquerschnities wegen der großen Änderung der Luftströmung bei den verschiedenen Triebwerksleistungen. Weiterhin muß die erforderliche Verzögerung von Mach 1 auf eine angemessene Machzahl an der Gebläserotorebene ohne eine Abtrennung der Grenzschicht im Einlauf. Zusätzlich haben kürzlich Versuche gezeigt, daß ein ernsthafter Verlust an Schalldämpfung besteht, wenn ein gedrosselter bzw. gestauter Einlauf einer Einströmung unter verschiedenen Angriffswinkeln innerhalb des nomalen Start- und Landebereiches unterworfen ist

Bekennte Versuche, die akustischen Vorteile eines gestauten oder nahezu gestauten Einlaufes mit denjenigen des schalldämpfenden Materials zu kombinieren, sind enttäuschend gewesen, da das System nicht wirksamer war als der gestaute Einlauf allein.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten schalldämpfenden Lufteinlauf zu schaffen, der trotzdem einen günstigen thermodynamischen Wirkungsgrad aufweist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil d'rs Patentanspruches 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schall im Einlauf gedämpft wird und daß diese Dämpfung erreicht wird, ohne daß die Leistungsfähigkeit verschlechtert wird, ohne daß sich bewegende Teile benötigt werden und ohne daß die Kosten wesentlich gesteigert werden.

Es wird angenommen, daß ein erster Teil an Schalldämpfung durch die Beschleunigung der Strömung auf eine hohe Unterschallgeschwindigkeit am Hals erreicht wird. Ein zweiter Teil an Schaildämpfung wird dadurch erhalten, daß das strömende Medium in der Nähe des Akustikmaterials lokal beschleunigt wird, so daß den akustischen Wellen eine Geschwindigkeitskomponente gegeben wird, die senkrecht zu dem schalldämpfenden Material verlauft und dadurch die Absorption verstärkt Durch Bemessung der verschiedenen Abschnitte des Lufteinlaufes in einer vorteilhaften, vorbestimmten Relation können sich die Wirkungen der zwei Quellen für die Schalldämpfung addieren.

Weiterhin werden Grenzen angegeben für die Geometrie des Einlaufes, in denen eine maximale Schalldämfung erzielt werden kann und außerhalb derer die Verbesserung bezüglich der Schalldämpfung durch eine erhöhte Länge und vergrößertes Gewicht des Lufteinlaufes ausgeglichen wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 ist ein Seitenschnitt des Gasturbinentriebwerkes mit dem schalldämpfenden Lufteinlauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines bekannten Gasturbinen-Lufteinlaufes mit schalldämpfendem Material.

F i g. 3 ist eine grafische Darstellung der akustischen Effektivität des schalldämpfenden Materials gemäß F i g. 2 als Funktion der mittlerer Machzahl am Hals.

F i g. 4 ist eine vergrößerte Ansicht ähnlich wie F i g. 2 von dem Lufteinlauf des Gasturbinentriebwerkes gemäß F i g. 1 und zeigt verschiedene geometrische Charakteristiken.

F i g. 5 ist eine grafische Darstellung der akustischen Effektivität von verschiedenen Lufteinlaufkonfigurationen.

F i g. 6 ist eine schematische Darstellung des Mechanismus der akustischen Wellendrehung.

F i g. 1 zeigt ein Triebwerk 10, das ein Kerntriebwerk 12, eine Gebläseanordnung 14 mit einer Stufe von Gebläseschaufeln 15 und eine Gebläseturbine 16 aufweist die durch eine Welle 18 mit der Gebläseanordnung 14 verbunden ist Das Kerntriebwerk 12 weist einen Axialströmungskompressor 20 mit einem Rotor 22 auf. Die Luft tritt am Einlaß (Einlauf) 24 ein und wird zunächst

ίο durch die Gebläseanordnung 14 komprimiert Ein erster Teil dieser komprimierten Luft tritt in den Gebläsebypaßkanal 26 ein, der teilweise durch das Kerntriebwerk 12 und eine auf dem Umfang herum führende Gebläsegondel 28 gebildet wird, und tritt dann durch eine Gebläsedüse 30 hindurch aus. Ein zweiter Teil der Komprimierten Luft tritt in einen Einlaß 32 ein und wird durch den Axialströmungsverdichter 20 weiter komprimiert und tritt dann in einen Brenner 34 ein, wo Brennstoff verbrannt wird, um hochenergische Verbrennungsgase zu bilden, die eine Turbine 36 antreiben. Die Turbine 36 treibt ihrerseits über eine Welle 3S 'ro. üblicher Weise den Rotor 22 an. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann in die Gebläseturbine 16 und treiben diese an, die ihrerseits die Gebläseanordnung 14 antreibt Eine Antriebskraft wird somit durch die Wirkung der Gebläseanordnung 14, die Luft aus dem Gebläsebypaßkanal 26 durch die Gebläsedüse 30 hindurch ausstößt, und durch den Ausstoß der Verbrennungsgase aus der Kerntriebwerksdüse 40 erhalten, die teilweise durch einen Strö- mungseinsatz 42 gebildet ist Die vorstehende Beschreibung ist typisch für viele derzeitig bekannte Gasturbinentriebwerke und soll in keiner Weise die Erfindung einschränken, da es aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, daß die Erfindung auf jede Einrichtung angewendet werden kann, durch die eine Strömung hindurchtritt und aus der Lärm austritt

Wie bereits erwähnt wurde, besteht ein Mittel zur Verminderung der Schallausbreitung aus dem P.inlaß nach vorne bei beispeilsweise einem Gasturbinentriebwerk darin, die Einlaßströrnung derart zu beschleunigen daß die mittlere Machzahl am Hals etwa 1 (Schallgeschwindigkeit) beträgt. Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 36 11 724 näher erläutert. Demzufolge ist eine aufblasbare Membrane am Einlaßhals vorgesehen, um die Querschnittsfläche am Hals als eine Funktion der Betriebsart des Triebwerkes zu verändern. Die Hinzufügung der variablen Geometrie zum Triebwerkseinlaß löst zwar einige der eingangs erwähnten Probleme, sorgt aber für erhöhtes Gewicht und erhöhte Kosten und kompliziert den Triebwerkaufbau.

Die Ideen der Beschleunigung der Einlaufströmung auf Schall- oder nahezu Schallgeschwindigkeit und die Behandlung des Einlaufes mit schallabsorbierendem Material sind zwar bisher einzeln für wirksam befunden worden, aber die Kombinierung der zwei Effekte hat eine Schalldämpfung mit einem Wert erzeugt, der wesentlich kleiner als die Summe der Anteile ist Mit anderen Worten wurden die zwei Effekte nicht akustisch addiert F i g. 2 zeig ι schema tisch eine typischen bekannten Gasturbineneinlaufkanal 44 mit einem Hals 46, der an einem Punkt minimaler Querscbnittsfläche gebildet wird, wobei der Querschnitt der Strömungsbahn 47 zu der durch die Vorderkante der Gebläseschaufeln 15 gebildeten Ebene sich ausbreitet oder vergrößert. Schallabsorbierendes Material 48 bekannter Art ist auf der Innenwand 50 des Strömungskanales angeordnet. Dieser Aufbau führt jedoch zu einer wesentlichen Verschlechterung der Dämpfungswirkung des Materials.

F i g. 3 ist typisch für die Ergebnisse der Strömungen, die durch einen derartigen Einlaß beschleunigt werden, und sie stellt grafisch die Verminderung des wahrgenommenen Schallpegels (Δ PNL) als eine Funktion der mittleren Machzahl am Hals dar. Die schraffierte Fläche 52 stellt die Verkleinerung der Wirksamkeit des Systems dar, wenn die mittlere Machzahl am Hals über einen Wert von etwa 0,45 erhöht wird.

Dieser Nachteil wird Vermieden, wenn ein Einlaßkanal 24 verwendet wird, wie er in Fig.4 gezeigt ist. In diesem Einlaß ist der Hals 54 verlängert. Mit anderen Worten behält die Gehäusewand 55 einen konstanten Durchmesser für eine vorbestimmte axiale Länge L₁ bei, die, wie im folgenden noch näher erläutert werden wird, vorteilhafterweise eine Funktion der mittleren Machzahl am Hals ist. Die Diffusion wird so schnell wie möglich durch einen Diffusor 56 mit einer axialen Länge Ld erreicht, die ebenfalls eine Funktion der mittleren Machzahl am Hals ist, und ein zylindrischer Abschnitt 58 mit der axialen Länge U schließt sich vor den Gebläseblättern 15 an.

Die Einfügung von schallabsorbierendem Material 60 in diesem Einlauf in Verbindung mit den hohen mittleren Machzahlen bewirkt einen nützlichen und hervorragenden hybriden Einlauf, die eine Eigenschaft von beiden Bestandteilen und bestimmte eigene Charakteristiken hat

F i g. 5 stellt grafisch die Verminderung des wahrnehmbaren Schallpegels dar als eine Funktion der mittleren Machzahl am Hals für einen beschleunigenden Einlaß, wie er in F i g. 4 gezeigt ist. Ohne schallabsorbierendes Material 60 auf den Innenwänden des Kanals (Kurve A) ist die Schalldämpfung klein aufgrund der Beschleunigung der Einlaßströmung auf Werte unterhalb von Machzahlen von etwa 0,6, während bei Machzahlen oberhalb 0,6 Kurve A die Schalldämpfung aufgrund der Beschieunigungswirkungen aiieine zeigt. Die Streuung der Versuchsergebnisse ist durch die schraffierte Fläche um die Kurve A herum dargestellt

Wenn jedoch das schallabsorbierende Material 60 hinzugefügt ist, besteht eine zusätzliche akustische Dämpfungswirkung bei allen Machzahlen (Kurve ZS^ bis zu einer Machzahl von etwa 0,8, wo sich die Streuungsbereiche der Kurven A und B zu überlappen scheinen. Die Differenz der Schalldämpfung zwischen den Kurven A und B stellt die Unterdrückungswirkung des absorbierenden Materials dar und hat im Kurvenbild einen ähnlichen Trend, wie er in F i g. 3 dargestellt ist. Mit anderen Worten gehen bei höheren Machzahlen die Kurven A und B ineinander über aufgrund des Verlustes an Wirksamkeit des schallabsorbierenden Materials, und die akustische Leistungsfähigkeit des Einlaufes nähert sich derjenigen eines überhaupt nicht behandelten beschleunigenden Einlaufes. Bei kleineren Machzahlen hat jedoch der Einlauf gemäß F i g. 4 als hauptsächliche Dämpfungswirkungen diejenigen eines beschleunigenden Einlaufes mit der zusätzlichen Wirkung der mit schallabsorbierendem Material behandelten Wände.

Der Grund für das besondere Leistungsvermögen des Einlaufes gemäß F i g. 4 ist eine sorgfältige Kombination der vergrößerten Resonanzzeit der akustischen Welle in dem Einlaßkanal mit der Beugung der akustischen Energie an dem schallabsorbierenden Material.

Die Resonanzzeit besteht in Zusammenhang mit der erhöhten Zahl von Wellenlängen, über die die akustische Energie wandern muß, bevor der Schall aus dem Einlauf austritt Es entstehen verkürzte Wellenlängen, da die Einströmung gegen die akustische Ausbreitung das Fortschreiten der akustischen Wellen verzögert. Wenn, mit anderen Worten, die durch den Vektor 62 in Fig.4 dargestellte Strömung gegen die Richtung der Ausbreitung der akustischen Welle, die durch den Vektor 64 dargestellt ist, beschleunigt wird, nimmt die effektive Wellenlänge um den Faktor

ab, wobei c die

Schallgeschwindigkeit und u die Strömungsgeschwindigkeit ist. Somit hat das schallabsorbierende Material

ίο eine längere Zeit, um auf die akustische Energie einzuwirken. Weiterhin ist es wichtig, die axiale und radiale Ausdehnung des beschleunigten Strömungsbereiches im Einlauf zu betrachten, wobei die Aufrechterhaltung der internen aerodynamischen Stabilität besonders zu

is berücksichtigen ist. Bei kleineren Machzahlen ist es also vorteilhaft, die axiale Ausdehnung des beschleunigten Strömungsbereiches zu vergrößern, während bei höheren Machzahlen die axiaie Ausdehnung des Halses noch vermindert werden kann.

Die zweite zu betrachtende Erscheinung ist die Beugung der akustischen Wellen im Einlauf aufgrund der radialen Geschwindigkeitsgradienten der Strömung. Wenn die Geometrie der Einlaufwand sorgfältig gewählt ist, ist die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der Wand (etwa Schallgeschwindigkeit) größer als diejenige an der Mittellinie des Einlaufes. Somit wandern die akustischen Wellen in der Mitte des Einlaufkanales schneller (d. h. e—u ist ein größerer Wert) als.arrder Wand entlang. Die Wirkung ist dann eint-Oreliung der akustisehen Wellen in RichtungjmHlie Gehäusewand 55, was einen senkrechten Aufprall der Welle auf die Wand zur Folge hat. Der senkrechte Absorptionskoeffizient für die meisten schallabsorbierenden Materialien ist größer als der Koeffizient für eine entlangstreichende Strömung. Deshalb wird eine größere akustische Absorption erreicht. Die Wirkung der Drehung der akustischen Welle kann durch das folgende Beispiel in Verbindung mit den F i g. 6a und 6b verdeutlicht werden. Es seien die vier Punktquellen Si, S2. S3 und 54 gemäß F i g. 6a betrachtet die in stromaufwärtiger Richtung in einen Kanal entgegen einer konstanten Einströmung mit der Geschwindigkeit u abstrahlen. Jede Quelle strahlt relativ zum Kanal mit einer Geschwindigkeit (c—u). Somit führt der jede Welle (gestrichelt dargestellt) verbindende geometrische Ort zu einer geraden Linie senkrecht zur Einströmung. Das bedeutet, daß sich die Wellenfront entlang dem Kanal mit einer Geschwindigkeit (c—uj ausbreitet
In Fig.6b strahlen die gleichen vier Quellen entgegen einer nicht gleichförmigen Strömung ab, die *ür dieses Beispiel eine Funktion der Kanalhöhe y ist. Mit anderen Worten ist also u = f(y). Die Quelle Si strahlt langsamer ab als die übrigen Quellen, da (c—u) eine kleinere Größe ist. Somit ist der geometrische Ort der Wellenfronten eine Linie, die relativ zur Wellenfront gemäß F i g. 6a geneigt ist Wenn im Grenzfall die Geschwindigkeit an der Wand (y = b) gleich der Schallgeschwindigkeit c ist, würde die Wellenfront herumgeschwenkt und direkt in diese Wand gedreht werden. Im allgemeinen ist die Drehung jedoch graduell, wenn sich die Welle im Kanal entlang nach unten ausbreitet Dies wird durch eine radiale Geschwindigkeitskomponente festgelegt, die einen senkrechten Aufprall und eine Absorption an der behandelten Wand bewirkt.

Um jedoch die vorgenannten Vorteile zu erhalten, muß die Strömungsleitung so schnell wie möglich aufhören, um einen Verlust der Wirksamkeit des schallabsorbierenden Materials zu vermeiden, wie er durch die

Fig.3 dargestellt ist. Deshalb muß die Diffusion so schnell wie möglich erreicht werden, ohne eine Abtrennung der Einlaßströmung zu bewirken. Wenn also die mittlere Machzahl ?m Auslegungspunkt des Halses zunimmt, muß die Diffusorlänge L, ebenfalls zunehmen, um eine Strömungsablösung für eine gegebene Machzahl an der Ebene der Vorderkante des Gebläseblattes 15 zu vermeiden.

Durch Versuche wurde gefunden, daß die optimalen axialen Längen L, und Ld für den Halsabschnitt 54 bzw. den Diffusorabschnitt56 als eine Funktion d^r: Schaufelspitzendurchmessers oder des Durchmessers des zylindrischen Abschnittes D und die mittlere Machzahl M des Halses wie folgt ausgedrückt werden können:

15

LJD = 2,6 M - 1,12
und

L₁ID= 1.28- 1,6 M

wobei 0,7 M 0,8.

Obwohl diese Gleichungen optimale Konfigurationen darstellen, würden Abweichungen von etwa +/— 10% von diesen Werten die akustische Leistungsfähigkeit nicht wesentlich beeinflussen.

Die Begrenzung der mittleren Machzahlen am Hals auf Werte im wesentlichen zwischen 0,7 und 0,8 basiert auf mehreren Faktoren. Wie in F i g. 5 gezeigt ist, hat bei Machzahlen oberhalb etwa 0,8 die akustische Behandlung einen Großteil ihrer Wirksamkeit verloren und das System nähert sich einem lediglich beschleunigenden Einlaß. 3ei Machzahlen unterhalb etwa 0,7 ist die Wirkung der Beschleunigung nicht besonders signifikant und es können auch andere Methoden verwendet werden, um den Lärmpegel zu senken. Deshalb ist der am stärksten interessierende Bereich für die Anwendung der Erfindung der Machzahlenbereich im wesentlichen zwischen 0,7 und 0,8. Der allgemeine Gedanke ist auch auf kleine Machzahlen (Machzahlen von 0,6) anwendbar. Bei diesen kleinen Machzahlen würde jedoch die axiale Ausdehnung des Halses sehr klein sein. In der Tat könnte der Hals als ein einzelner Punkt minimaler Querschnittsfläche definiert sein und würde mehr auf der obigen Gleichung (1) basieren.

Der zylindrische Abschnitt 58 vor den Gebläseschaufeln 15 ist mit schallabsorbierendem Material ausgekleidet, da dies derjenige Bereich ist, der die gebeugten akustischen Wellen absorbiert. Die Länge Lc dieses Abschnittes wird vom Standpunkt des Wirkungsgrades im Verhältnis zum Gewicht optimiert. Praktische Überlegungen diktieren, daß ein Einlaufkanal von einem am Flugzeug montierten Gasturbinentriebwerk ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser hat. das nicht größer als 1 ist. Nach Ableitung dieser axialen Ausdehnung der Hals- und Diffusorabschnitte ist das verbleibende Verhältnis von Länge zu Durchmesser des zylindrischen Abschnittes nicht größer als 0,2. Wo jedoch das Gewicht keine Beschränkung darstellt, kann dieser Wert überschritten werden, da bekanntlich die Schalldämpfung desto besser ist, je langer der akustisch behandelte Abschnitt ist.

Wie bereits erwähnt wurde, sind bekannte Versuche, die akustischen Vorteile von schallabsorbierenden Materialien und einem beschleunigenden Einlauf zu kombinieren, nicht erfolgreich gewesen. Die Kurve Cin F i g. 5 stellt Versuchsergebnisse von bekannten beschleunigenden Einlassen verschiedener Arten mit schallabsorbierendem Material auf der Innenkanalwand dar. Es wird deutlich, daß bei kleinen Machzahlen wie beispielsweise 0,6 die Einlasse sich im wesentlichen wie Einlasse mit akustischen Material ohne die Vorteile der Beschleunigung verhalten. In dem Machzahlenbereich von etwa 0,7 bis 0,8 verhalten sich die Einlasse jedoch wie rein beschleunigende Einlasse mit einem nahezu vollständigen Verlust der Wirksamkeit des schallabsorbierenden Materials. Somit ist also die Einlaufkonfiguration gemäß F i g. 4, die gemäß den hier gegebenen Lehren bemessen ist und deren Ergebnisse durch die Kurve B in F i g. 5 grafisch dargestellt sind, deutlich überlegen gegenüber der alleinigen Hinzufügung von schallabsorbierenden Material zu einem bekannten beschleunigenden Einlauf.

Der Einlaufkanal gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat einen weiteren Vorteil, da er das gleiche Schalldämpfungsprinzip beim Start- und Landebetrieb des Triebwerkes ermöglicht. Beim Landeanflugbetrieb, wenn die Einlaufgeschwindigkeiten klein sind im Vergleich zum Startberieb. ist keine Strömungrbeschleunigung erforderlich, da die schallabsorbierenden Materialien enthalten sind. In der Tat würde bei diesen Geschwindigkeiten des Landeanfluges die Dämpfung verstärkt werden durch Einfügung von schallabsorbierenden Materialien im Diffusorabschnitt 56 und desgleichen in dem zylindrischen Abschnitt 58, ohne die akustischen Eigenschaften bei höheren Machzahlen zu beeinträchtigen. Wenn keine schallabsorbierende Behandlung verwendet werden würde, würde zur Erzielung irgendeiner akustischen Dämpfung beim Anflug eine Flächenveränderung des Halses erforderlich sein, um die Strömung bei der geringen Strömungsgeschwindigkeit zu beschleunigen, und dies würde zu erhöhten Kosten und einer größeren Komplexität führen.

Schließlich vermindert die kleinere Machzahl beim Einlauf gemäß der Erfindung (wesentlich weniger als 1) die Empfindlichkeit des Einlasses gegenüber einer Vernichtung der akustischen Dämpfung, die durch eine Verformung des Einlaufes hervorgerufen wird. Da ein Teil der Dämpfung von der erhöhten Wirksamkeit der schallabsorbierenden Behandlung kommt, dämpft in der Tat die Behandlung die verzerrenden Wirkungen einer Angriffswinkeländerung.

Es sind selbstverständlich noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf Gasturbinentriebwerke begrenzt, sondern kann bei jeder schallerzeugenden Strömungsmaschine verwendet werden. Weiterhin kann es bei gewissen Applikationen von Gasturbinentriebwerken in Flugzeugen erforderlich sein, den Einlaufkanal gemäß der Erfindung mit variablen Abgas- bzw. Schubdüsen und sogar mit einem zusätzlichen, eine variable Strömungsfläche aufweisenden Einiaufkanal zu kombinieren, um den gewünschten Pegel der Schalldämpfung zu erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schalldämpfer Lufteinlauf für ein Gasturbinentriebwerk, der an seinem Einlaß einen Hals mit konstanter Querschnittsfläche über eine bestimmte axiale Länge (L₁) aufweist, durch den das Strömungsmittel auf eine hohe Unterschallmachzahl beschleunigbar ist, und an den sich ein Diffusor anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß