DE2715295B2

DE2715295B2 -

Info

Publication number: DE2715295B2
Application number: DE2715295A
Authority: DE
Inventors: Brian Wilfred Allestree Derbyshire Lowrie (Grossbritannien)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2347539A1; DE2715295A1; GB1522558A; DE2715295C3; JPS574814B2; FR2347539B1; US4122672A; IT1075717B; JPS53123714A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Bauart. Ein solches Fan-Triebwerk mit Schallauskleidung ist beispielsweise aus der US-PS 38 21999 bekannt. Derartige .Schallauskleidungen können durch geeignete W^hI der geometrischen Abmessungen auf bestimmte Frequenzer und cWen Harmonische abgeglichen werden. Wegen des großen Durchmessers des Fan (Frontgebläse) ergeben sie¹ bei derartigen Triebwerken Schaufelspitzengeschwindigkeiten von Überschallgeschwindigkeit und infolge herstcllungstechnisch unvermeidbarer Ungenauigkeiten des Läufers entstehen unregelmäßige Stoßwellenverläufe, die einen Mehrfachreinton (Sägezahntöne) erzeugen, auf den die bekannte schallabsorbierende Auskleidung nicht abgestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den unregelmäßigen Stoßwellenverlauf in der Weise zu beeinflussen, daß der Verlauf wieder regelmäßig wird und in Frequenzbereichen hegt, die es der herkömmlichen Auskleidung ermöglichen, den Fanlärm wirksam zu absorbieren.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale. Der Erfindung liegt demgemäß die Erkenntnis zugrunde, daß eine Wiederherstellung einer gleichförmigen .Stoßwellenverteilung einfach dadurch möglich wird, daß in einem Bereich unmittelbar stromauf des umlaufenden Fan die Schallauskleidung durch einen Abschnitt unterbrochen wird, dessen Zellen insofern von den übrigen Absorptionszellen abweichen, als sie auf die Auslegungsdrehzahl bezogen ist, wodurch infolge Reflexion eine Vergleichmäßigung erreicht wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispie:l der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. I eine graphische Darstellung, welche die theoretische Abschwächung sowohl regulärer als auch irregulärer (nicht-gleichförmiger) Stoßwellensysteme innerhalb eines Kanals veranschaulicht,

Fig. 2 eine schematische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer erfindungsgemäßen Auskleidung im Gebläsekanal eines Frontfan eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis,

Fig.3a und 3b Teilansichten des Aufbaues der Kanalauskleidung, wobei die Fig.3 eine Schnittansicht der Auskleidung darstellt und F i g. 3b eine Ansicht in Richtung des Pfeils S gemäß Fig. 3a ist.

Ein theoretischer Vorteil der Aufrechterhaltung eines regulären Stoßwellenmusters stromauf der Gebläseschaufeln ist aus F i g. 1 ersichtlich, wo die Stoßwellenamplitude in Schalldruckpegel-Decibel (SPLdB) gegenüber der nicht dimensionierten Zeitabszissenachse für eine Stoßwelle in dem Muster dargestellt ist, die sich stromauf der Schaufeln im Kanal ausbreitet Die voll ausgezogene Kurve A definiert die maximale Abklingrate für eiü reguläres Stoßwellenmuster, und die strichlierte Kurve B zeigt, daß die Ausklingrate für ein irreguläres Stoßwellenmuster sehr viel kleiner ist.

Wenn eine akustische Auskleidung gemäß der Erfindung benutzt wird, dann wird ein im wesentlichen reguläres Stoßwellenmuster über die Breite der Auskleidung aufrechterhalten und, wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, würde eine natürliche Abschwächung die Stoßenergie um z.B. Δ\ dB am stromaufwärtigen Ende der Auskleidung vermindern. Stromauf der Auskleidung bricht die gleichförmige Stoßwellenverteilung im Kanal zusammen und die Rate der natürlichen Abschwächung wird, wie durch die strichpunktierte Kurve Cdargestellt, vermindert. Wenn jedoch eine Auskleidung gemäß der Erfindung an Stelle der glatten Gebläsewand vorgesehen wird, dann wird die Stoßwellenkraft um J> dB am Einlaß des Kanals vermindert im Vergleich mit Ji dB bei einer Auskleidung, die nicht an dieser Stelle angeordnet ist.

Im folgenden wird auf Fig. 2 der Zeichnung Bezug genommen. Hier ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk I mit einem hohen Nebenstromverhältnis dargestellt, welches aus einem Kerntriebwerk 2 und einem Gebläsegehäuse 6 besteht, das einen Gebläsekanal 8 definiert. Das Gebläsegehaiise 6 ist teilweise abgebrochen dargestellt, um den Fron.fan 10 sichtbar zu machen. Die Innenwand 12 des Gebläsekanals, welche einen Teil des Aufbaues des Gebläsegehäuses 6 bildet, ist aus mehreren Ringen 18, 20, 24 und weiteren, nicht mit Bezugszeichen versehenen Ringen zusammengesetzt, die in ihrer axialen Aufeinanderfolge miteinander verschweißt oder verbolzt sind. Die meisten von ihnen sind mit einer akustischen Wabenauskleidung versehen. Die Konstruktion ist derart, daß der Gebläsekanal 8 mit akustischen Auskleidungen an seiner Außenwand 12 über einen beträchtlichen Anteil seiner axialen Länge und über den Umfang versehen ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen akustischen Auskleidungen von zwei verschiedenen Bauarten. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet die herkömmlichen Schallauskleidung mit einer dem Kanal zugewandten Blechschicht 15 mit einer großen Zahl regulär angeordneter kleiner Löcher 16. welche Druckänderung im Gebläsckanal 8 nach den Wabenkernzellen 17 hindurchtreten lassen. Die Aufbauringe 18, 24 bilden starre undurchlässige Deckflachen für den Wabenaufbau. Die Wände der Wabenzellen 17 erstrecken sich zwischen den Flächen 15 und 18 und sind mit ihnen verbunden, und die Tiefe der Zeilen ist derart bemessen, daß die darin befindlichen Luftsäulen in Resonanz stehen, wenn sie durch Frequenzen erregt werden, die im Gebläsekanal 8 auftreten, so daß deren Energie abgeschwächt wird. Um den Lärm der Wellenlängen bei λ oder in der

Nähe hiervon abzuschwächen, kann die Tiefe der Zellen beispielsweise κ sein. Derartige Auskleidungen wirken

äußerst zuverlässig bei Frequenzen, für die sie ausgelegt sind oder in der Nähe dieser Frequenzen oder bei einfachen Harmonischen hiervon, aber sie sind nicht sehr wirksam im Hinblick auf die Abschwächung von Brummlärm, wie dies oben beschrieben wurde.

Das Bezugszeichen 19 kennzeichnet eine akustische Auskleidung gemäß der Erfindung. Die Konstruktion, wie sie im einzelnen aus den F i g. 3a und 3b hervorgeht, ist von herkömmlicher Bauart und der Aufbauring 20 bildet wieder ein starres undurchlässiges Rückblech für die Wabenzellen 21. Das nach innen gerichtete Blech 22 besitzt Löcher 23. Die Tiefe L jeder Zelle 21 ist jedoch derart, daß sie etwa gleich der halben Wellenlänge der das Gebläse durchlaufenden Frequenz bei einer vorbestimmten Drehzahl des Gebläses ist, wenn die Schaufelspitzengeschwindigkeit relativ zur Luft größer als etwa 1,1 Mach ist. Die vorbestimmte Gebläsedrehzahl könnte z. B. jene Drehzahl sein, die beim Start auitriiL Es kann aber auch jede andere Bedingung sein, unter der Brummlärm auftreten kann.

Wenn das Triebwerk mit der vorbestimmten Gebläsedrehzahl arbeitet, breiten sich Stoßwellen ungleichen Abstands und ungleicher Amplitude stromauf des Gebläses 10 aus und gelangen über die Auskleidung 19. Wenn man die Situation in bezug auf eine Wabenzelle 21 betrachtet, dann wird ein Teil der Energie einer Stoßwelle durch das nach innen weisende Blech 22 bzw. durch dessen Perforation nach innen geleitet und schreitet in der Wabenzelle 21 fort und wird von der undurchlässigen Deckschicht 20 reflektiert und nach dem inneren Perforationsblech 22 geleitet, das heißt nach der Oberfläche 12 des Kanals 8, und es tritt eine zeitliche und räumliche Versetzung gegenüber der erzeugenden Stoßwelle auf. wobei die Versetzung einer halben Wellenlänge der die Gebläseschaufeln durchlaufenden Frequenz entspricht. Diese Lage fällt mit der Lage der nächstfolgenden Stoßwelle bei einem regulären Stoljvvellenmuster zusammen. Die Auskleidung 19 trachtet demgemäß danach. Energie in das Stoßwellenmuster rückzuführen, entweder bevor die nächstfolgende Stoßwelle über der Zelle erscheint, oder danach. Demgemäß wird das irreguläre Stoßwellenmuster an jenem Punkt modifiziert, und eine vielfache Wiederholung dieses Prozesses tritt an jeder Zelle 21 über die Breite und über den Umfang der Auskleidung 19 auf, und dadurch wird die gleichförmigere Stoßwellenverteilung erreicht, die auf Kosten des irregulären Stoßwelienmusters erzeugt wird. Das reguläre Stoßwellenmuster klingt schneller ab, als dies bei einem irregulären Muster der Fall wäre. Da dieses vorherrschend von einer Frequenz gebildet wird, ist man in der Lage, eine weitere Abschwächung durch eine Resonanzauskleidung zu erhalten.

Indem man ein Stoßwellensystem herstellt, bei dem die meisten Stoßwellen im Kanal stromoberseitig der Auskleidung 19 eine Frequenz besitzen, die der die Gebläseschaufeln durchlaufenden Frequenz entspricht oder in der Nähe hiervon liegt, kann eine konventionelle Kanalauskleidung 14 stromoberseitig der Auskleidung 19 benutzt werden, um die S'^ßwellen mit der die Schaufeln durchlaufenden Frequenz oder in der Nähe hiervon durch Resonanzeffekte abzuschwächen, wie dies bekannt ist.

2-, Im Hinblick auf die Konstruktion der Auskleidung 19 ist festzuhalten, daß die Löcher 23 in der nach innen weisenden Blechschicht 22 wenigstens 50% der Oberfläche einnehmen, damit eine ausreichende Energieüberführung von der Stoßwelle nach der Zelle 21 und

κι aus dieser heraus gewährleistet bl;ibt. Wenn das nach innen weisende Blech 22 weggelassen wird, dann hat der offene Wabenaufbau sogar noch eine größere Wirksamkeit im Hinblick auf die Erzeugung eines regulären Stoßwellenmusters im Kanal, aber diese Konstruktion

j-, ist in der Praxis nicht zu verwirklichen, weil solche offenen Zellen dazu neigen würden, in unerwünschter Resonanz erregt zu werden durch Randeffekte, die ähnlich jenen sind, die in Orgelpfeifen auftreten. Ein solches Deckblech 22 dämpft diese ResDnanr-en und hat

4(i den weiteren Vorteil einer Stabilisierung der Luftströmung über die Auskleidung 19.

Hierzu J> Hlalt

Claims

Patentanspruch:

Strahltriebwerk mit einem Fan, dessen Schaufelspitzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ι wenigstens Mach 1,1 umlaufen, und dessen Gehäuseinneres wenigstens teilweise mit einer akustischen Auskleidung versehen ist, die aus einer perforierten, nach dem Strömungskanal weisenden Haul, einer undurchlässigen äußeren Deckschicht und eimer die κ beiden Schichten im Abstand zueinander haltenden Wabenschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Fan (10) im Gehäuse ein Auskleidungsabschnitt (19) vorhanden ist, dessen Zellen (21) eine Tiefe (L) aufweisen, die im r wesentlichen gleich ist der halben Wellenlänge der sich bei Auslegungsdrehzahl ergebenden Frequenz derart, daß die in den Auskleidungsabschnitt (19) eintretenden Stoßwellen ins Gehäuseinnere reflektiert werden und dabei ein regelmäßiger gegenseiti- n gen Abstind und eine einheitliche Amplitude wieder hergestellt werden.