DE2843507A1

DE2843507A1 - Laermunterdrueckende abgasmischeranordnung fuer mantelstrom-turbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2843507A1
Application number: DE19782843507
Authority: DE
Inventors: Lars Q Andersen; Brian Neal
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1980-04-17

Description

Lärmunterdrückende Abgasmischeranordnung für
Mantelstrom-Turbinenstrahltriebwerke Zusammenfassung der Offenbarung Um den aus einem Mantelstrom-Strahltriebwerk austretenden Strahllärm zu unterdrücken, ist eine verbesserte Abgasmischanordnung offenbart, die zwischen dem Triebwerk und der Düse sitzt und die Strömung sehr schneller Primärgase CTurbinenabstrom) mit der langsameren Luft aus dem Mantelstrom so mischt, daß man eine erhebliche Verringerung des Anteils der lärmverursachenden schnellen Gase erhält, gleichzeitig aber den gleichen Schub aus der Düse wie bei anderen Triebwerken mit Mischern erzielt. Die Mischeranordnung weist ein Innenrohr, einen konzentrisch in der Hülse angeordneten ballonartigen Kegelkörper sowie einen ringförmigen gewellten Mischkanal auf, der koaxial zwischen dem Kegelkörper und dem Innenrohr liegt, wobei diese Konstruktionsteile so angeordnet sind, daß sie SQ die Primär- und die Mantelströmung aufnehmen und sie innerhalb der Anordnung separat so umlenken, daß die Strömung der Primärgase rückwärts divergiert, während die Strömung der Gebläseluft rückwärts konvergiert. Während die Primär- und die Mantelströmung durch eine Mischebene am hinteren Abschluß des Mischerkanals strömen, schneiden sie sich in einem Kreusungsmuster, daß sich aus den divergenten und konvergenten Strömung pfaden ergibt. Auf diese Weise erhält man eine schnelle und vollständigere Durchmischung der Strömungen, bevor sie aus der Düse austreten. Die Gestaltung und Bemessung des Innenrohrs, des Kegelkörpers und des Nischkanals sind derart gewählt, daß man ein optimales Durchmischen sowie eine maximale Lärmunterdrückung erhält, ohne in der Mischeranordnung und der Düse Druckverluste zu verursachen, die den Schub wesentlich verringern würden.
Die Erfindung betrifft allgemein die Unterdrückung von Lärm in Nantelstrom-$trahlüiebwerken und insbesondere die Unterdrückung des Strahllärms, d.h. desjenigen Lärms, der beim Entweichen sehr schneller Gase in die Atmosphäre entsteht. Hierbei wird die Primärströmung, die die höchste Konzentration der schnellen Gase enthält, mit der langsamer.n Gebläseströmung vor dem Austreten aus der Düse vermischt.
Wie in der US-PS 3 710 890 offenbart, läßt der aus einem Strahltriebwerk austretende wahrnehmbare Lärm sich nach seiner Quelle klassifizieren. Eine Lärmart, der sogenannte Strahllärm, wird einer Scherwirkung der Gasmoleküle zugeschrieben, die auftritt, während diese mit hohem Druck und damit hoher Geschwindigkeit an die umgebende Atmosphäre ausgestoßen werden. Die Stärke des resultierenden Lärms ist proportional der Geschwindigkeit der austretenden Gase. Infolge der extrem hohen Geschwindigkeit der Gase in der Primärströmung stellt der Strahllärm aus dieser Quelle eine der unangenehmsten Lärmkomponenten dar. Eine wirkungsvolle Technik zur Unterdrückung des Strahllärms ist dabei, das Mantelstrom-Strahltiebwerk mit einer Mischanordnung zu versehen, in der die hantel- mit der Primärströmung vermischt wird vor dem Austritt in die Atmosphäre, um die sehr schnelle Primärströmung und die langsame Mantelströmung in eine verhältmismäßig homogene Mischströmung mit einer mittleren Geschwindigkeit zu verwandeln. Vernachlässigt man die von der Nlischeranerdnung verursachten Verluste, ist der von der Mischströmung ausgeübte Schub theoretisch sogar größer als der Summenschub der Primär- und der Mantelströmung.
Tatsächlich lassen sich jedoch die Verluste in der Mischanordnung nicht vernachlässigen und sie setzen der Nutzung dieses Verfahrens zur Lärmunterdrückung praktische Grenzen. Insbesondere treten in dem mit einem Mischer versehenen Motor Druckverluste auf zwei Wegen aub. Zunächst vergrößert der Mischkansls der in der Mischeranordnung verwendet wird, die Größe der Oberfläche, auf die die Primär- und die Mantelströmung treffen. Auf diese Weise vergrößert sich auch der Reibungsverlust an der Oberfläche, dem die Primär- und die Mantelströmung ausgesetst sind. Dieser Reibungswiderstand entzieht den Gasmolekülen einen Teil ihres Bewegungsimpulses, bevor sie die Austrittsöffnung der Düse erreichen, und reduziert daher den Schub.
Zweitens kann die Mischeranordnung zu Sekundärströmungen - beispielsweise Wirbelströmungen - und/oder Strömungsablösungen führen, so daß weiterer Druck und damit Schub verloren geht.
Die Triebwerkskonstrukteure haben weiterhin die Erfahrung gemacht, daß vorhandene Konstruktionen für Mischanordnungen nicht einfach modifiziert werden können, um das Ausmaß der Durchmischung zu verbessern und damit die Lärmunterdrückung zu maximieren, ohne mögliche negative Auswirkungen auf die Schubleistung zu erkennen und in Rechnung zu stellen. Beispielsweise kann man das Durchmischen der Primär- mit der Plantelströmung normalerweise verbessern, indem man die Düse verlängert, so daß die Turbinengase und die Mantelluft sich gründlicher durchmischen können, nachdem sie durch die Nischanordnung strömen und bevor sie aus der Austrittsöffnung der Düse austreten. Eine solche Verlängerung der Düse vergrößert aber auch ihre Innenfläche und erhöht daher die Druckverluste infolge des Reibungswiderstandes. Weiterhin hat man auch versucht, das Durchmischen durch unterschiedlich gestaltete Prallelemente sowie andere interne Mischanordnungen zu verbessern. Es hat sich aber gewöhnlich herausgestellt daß obgleich die Durchmischung sich verbesserte, die rückwärtsgerichtete Gasströmung derart stark gestört wurde, daß die Druckverluste auf unannehmbar hohe Werte anstiegen. Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Ausmaß der Durchmischung der Primäar- mit der Mantelströmung in einem mit einem Mischer versehenen Mantelstrom-2urbostrahltriebwerk zu verbessern, um den Strahllärm zu senken, während gleichzeitig der theoretisch erwartete Schubgewinn aus dem idealisierten Mischvorgang größtenteils erhalten bleibt.
Die vorliegende Erfindung liegt in einer Abgasmischanordnung für ein Mantelstrom-Turbostrahltriebwerk, die ein Innenrohr, einen ballonartigen Kegelkörper, der eine Symmetrieachse aufweist und koaxial im Innenrohr angeordnet ist, sowie einen allgemein ringförmig verlaufenden Mischkanal aufweist, der auf die unten ausführlicher beschriebene Weise gewellt gestaltet ist und koaxial zwischen dem Kegelkörper und dem Innenrohr liegt.
Rohr, Kegelkörper und Mischkanal sind so gestaltet, bemessen und angeordnet, daß, wenn die Mischanordnung an das Austrittsende des rotors und eine Düse auf das hintere Ende der Mischanordnung aufgesetzt werden, die Primärstpmung aus dem ringförmigen Auslaß der Turbine und die Mantelströmung aus dem Mantelkanalauslaß, der den Turbinenauslaß koaxial umgibt, durch die Nischeranordnung geleitet und danach aus der Düse auf folgende Weise ausgestoßen werden. Der größte Teil der Primärströmung strömt rückwärts und wird dann allmählich so umgelenkt, daß er radial auswärts divergiert, so daß, wenn die Primärströmung den hinteren Abschluß des Nischerkanals durchläuft, der größte Teil der Primärströmung nach hinten und radial auswärts mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel zur Achse der Anordnung verläuft.
Der größte Teil der Mantelströmung strömt nach hinten und wird dann allmählich so umgelenkt, daß er radial einwärts strömt; wenn die Mantelströmung den hinteren Abschluß des Mischerkanals durchtritt, verläuft der größte Teil der Mantelströmung nach hinten und radial einwärts mit einem vorbestimmten Konvergenzwinkel zur Achse der Anordnung. Die Summe des vorbestimmten Divergenz- und des Konvergenzwinkels wird dabei so groß wie möglich gemacht (innerhalb der hier zu erläuternden Grenzen), daß der Schnittwinkel der beiden Strömungen maximal wird. Auf diese Weise erhält man ein optimales Durchmischen der beiden Strömungen. Gleichzeitig sind der Mischkanal und der Kegelkörper relativ zur Achse der Anordnung so konturiert, haß die Primär-und die Mantelströmung ablösungsfrei auf den Oberflächen der Anordnung hinter dem Mischkanal geführt werden. Es hat sich herausgestellt, daß, dem man das Innenrohr, den Kegelkörper und den Mischkanal aug des Weise bzw. so aufbaut, wie im folgenden ausführlich beschrieben ist, sich der Schnittwinkel zwischen der Primär- und der Mantelströmung auf höhere Werte bringen läßt als zunächst eraartet, ohne dabei Strömungsablösungen und den dadurch verursachten Schubverlust hinnehmen zu müssen. Da das Ausmaß des Durchmischens vom Schnittwinkel der beiden Strömungen abhängt, maximiert der erheblich größere Schnittwinkel die Durchmischung der Gase und reduziert daher die Stärke des von der Maschine abgegebenen Strahllärms. Dennoch erhält man den vollen Vorteil der Schubverstärkung infolge des Mischvorgangs.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen unter Bezug auf eine derzeit bevorsugte Ausführungsform ausführlich beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine teilweise vertikal geschnittene isometrische Darstellung einer Ausführungsform der Mischanordnung nach der vorliegenden Erfindung; FigX 2 ist ein vertikaler Längsschnitt der Mischeranordnung der Fig. 1, Fig. 3 ist ein Querschnitt der Mischeranordnung der Fig. 1 auf der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 ist ein weiterer Querschnitt der Mischeranordnung der Fig. 1 auf der Linie 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 ist eine schaubildliche Darstellung der Mischeranordnung mit an deren hinterem Ende angebrachter Düse, wobei die Pfeile den Verlauf der Primär- und der Mantelströmung zeigen.
Die Mischeranordnung 11 nach der vorliegenden Erfindung ist, wie in Fig. 1 gezeigt, eingerichtet für des Anbringen am Ende 12 eines Mantelstrom-Turbostrahltriebswerks. Die Zeichnung zeit nur das Ende 12 der Maschine und diejenigen Teile der Motorkonstruktion, die den Ringauslaß 14 der Turbine und den Ringauslaß 16 für den Mantelkanal bilden. Die Anordnung 11, wenn so am Motor angesetzt, nimmt die heißen und verhältnismäßig schnellen Gase aus der Primärströmung aus dem Turbinenauslaß 14 auf und mischt diese Gase der Primärströmung mit der kälteren, verhältnismäßig langsamen Luft strömung, die aus dem Auslaß 16 des Mantelkanals austritt, der den Kanal 14 umgibt. Die durchmischte Strömung fließt dann aus einer Düse 13 (von der die Fig. 1 nur den vorderen Teil zeigt) und tritt aus deren hinterem Ende 15 aus, wie am besten in Fig. 5 gezeigt. Die Düse 13 ist an der Anordnung 11 am Flansch 30 befestigt.
Die Anordnung 11 weist ein allgemein hohles zylindrisches Innenrohr 20, einen ballonartigen Kegelkörper 22 und einen allgemein ringförmigen gewellten Mischkanal 24 auf. Der Kegelkörper 22 ist konzentrisch im Innenrohr 20, der Mischkanal 24 koaxial zwischen dem Innenrohr 20 und dem Kegelkörper 22 angeordnet, so daß die einander zugewandten Flächen des Kegelkörpers 22 und des Mischkanals 24 eine allgemein nach hinten gerichtete Verlängerung des Turbinenauslasses bilden, während die einander zugewandten Flächen des Innenrohrs 20 und des Mischkanals 24 eine nach hinten verlaufende Verlängerung des Mantelkanalauslasses 16 darstellen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, verläuft der Mischkanal 24 rückwärts zu einem Ende 26, das etwa in der Mitte der Länge der Anordnung 11 liegt. Das Ende 26 des Kanals 24 bildet allgemein eine Mischt ebene, die quer zur Anordnung verläuft, wie mit der gestrichelten Linie 28 angedeutet, wo die Gase der Primärströmung die Luft des Kantelstroms einander schneiden, um den Mischvorgang zu begingen Dieses Durchmischen setzt sich fort während die Primärgase und die Luft nach hinten in die Düse 13 und durch sie hindurch strömen. Treten die Strömungen schließlich durch das Austrittsende 15 der Düse aus (Fig. 5), hat eine gründliche Durchmischung stattgefunden.
Der ballonartige Kegelkörper 22 hat einen Hals 32, dessen vorderes Ende an einer zylindrischen Umkleidung 34 befestigt ist, die von einer Nabe (nicht gezeigt) in der Turbine absteht. Die Außenfläche der Umkleidung geht glatt und stetig in die Außenfläche des Halses 32 des Kegelkörpers 22 über, so daß die Primärströmung in diesem Bereich auf keine Oberflächenunstetigkeit trifft. Der Querschnitt des Kegelkörpers 22 variiert nach hinten vom Hals 32 aus nach hinten; er weitet sich zunächst zu einem maximum am Umfang 36, so daß sich ein aufgeweiteter Teil 37 am vorderen Ende des Kegelkörpers bildet, und nimmt dann im wesentlichen in Längsrichtung konstant ab und bildet dabei einen hinteren verjüngten Teil 38, der in ein stumpfes hinteres Ende 40 ausläuft.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Zunahme a h in der Radialabmessung des Teils 37 über die axiale Distanz L so gewählt, daß die Oberfläche des Kegelkörpers 22 in diesem Bereich radial aus-und rückwärts mit einem Winkel (a) relativ zur Mittellinie des Kegelkörpers divergiert. Die Oberfläche des Kegelkörpers im Bereich des verjüngten Teils 38 konvergiert radial einwärts und rückwärts unter einem Winkel b1 Die maximale Querschnittsfläche am Umfang 36 des Stopfens 22 befindet sich nahe der Mitte der Längsabmessung des Innenrohrs 20 und etwas vor dem Ende 26 des Kanals 24.
Wie in Fig. 1 bis 4 gezeigt, ist der Mischkanal 24 mit axial gerichteten Wellungen 46 (Fig. 4) versehen1 die an einem vorderen Ende 44 (sie. 2) beginnen, an dem der Kanal 24 noch zylindrisch ist, und nehmen in ihrer Radialabmessung mit zunehmender rückwärtiger Lage zu. Wie an sich bekannt, verstärken die Wellungen 46 das Durchmischen der Primär- und der Gebläseströmung, indem sie die Strömungen in in Umrangsrichtung miteinander abwechselnde Kanäle kanalisieren, die die Verbindung zwischen den beiden Strömungen verstärken, wenn sie sich in der Mischebene 28 treffen. Unter besonderem Hinweis auf Fig. 2 und 4 bilden die radial inneren Flächen der Wellungen 46 gemeinsam mit dem Kegelkörper 22 eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Primärströmungskanäle 48, die so angeordnet sind, daß sie die Primärströmung aus dem Turbinenauslaß 14 aufnehmen können. Wie ebenfalls in Fig. 2 und 4 gezeigt, bilden die anderen, d.h. radial äußeren Flächen des Kanals 24 zusammen mit dem Innenrohr 24 eine Vielzahl in Umfangarichtung beabstandeter Strömungskanäle 50, die sich mit den Kanälen 48 abwechseln. Die Kanäle 50 sind so angeordnet, daß sie die Mantelströmung aus dem Mantelauslaßksual 20 aufnehmen können, wie in Fig. 2 gezeigte Die Wellungen 46 des Kanals 24 sind so geformt, daß die Wandteile 52 (Fig. 2 und 4), die die radial am weitesten außenliegenden Grenzen der Primärströmungskanäle 48 bilden, so konturiert sind, daß von einem vorderen Ende des Kanals 24 ausgehend die Wandteile 52 anfänglich nach hinten und radial auswärts geneigt sind, um sich der Divergenz des Teils 37 des Kegelkörpers 22 anzupassen, und kommen sich dann stetig nach hinten und einwärts am Ende 26. Die resultierende Gestalt des Kanals 24 bewirkt, daß der größte Teil der Primärströmung am Ende 26 des Kanals nach hinten auseinanderstrebt, sie aber ihren rückwärts gerichteten Bewegungsimpuls beibehält, da die rück-und einwärts gekrümmten Wandteile 52 am Ende 26 die radial am weitesten außen liegenden Teile dieser Strömung so umlenken, daß die strömung wieder in eine im wesentlichen rückwärtige Richtung zurückgelenkt wird. Mit zunehmend weiter rückwärts liegenden Querschnitten bleibt dann die Fläche der Primärströmungskanäle 48 zwischen den Wandteilen 52 und dem Kegelkörper 22 allgemein konstant.
Entsprechend sind die wandteile 54 (Fig. 2 und 4) der Wellungen 46, die die radial am weitesten innen liegenden Grenzen der Mantelströmunskanäle 50 (Fig. 4) bilden, so geneigt, daß sie nach hinten und radial einwärts konvergieren und daher relativ zu denjenigem Teil der Wandteile 52, die in Radialrichtung dem Teil 37 gegenüberliegen, eine entgegengesetzt ger chtete Neigung aufweien.
Wie in Fig. 5 gezeigt, erfolgt die Konvergenz der Wandteile 54 unter einem Winkel b2 bezüglich der Mittellinie der Anordnung 11, und der Winkel b2 wird im wesentlichen gleich dem Winkel b1 des verjüngten Teiles 38 des Kegelkörpers 22 gemacht. Indem man die Winkel b1, b2 im wesentlichen gleich hält und das hintere Ende 26 des Kanals 24 nur geringfügig hinter den maximalen Umfang 36 des Kegelkörpers 22 legt, ist der verjüngte Teil 38 des Kegelkörpers mit den radial am weitesten innen liegenden Grenzen der von den Kanalwandteilen 54 gebildeten Mantelströmungskanäle 50 ausgerichtet und bildet eine Fortsetzung derselben.
Der Kanal 24 ist aus Blech hergestellt; um seine verhältnismäßig dunne Wandung abzustützen, sind verkleidete Streben 56 vorgesehen, die jeweils allgemein radial zwischen dem Kegelkörper 22 und einem Wandteil 54 der Wellungen 46 an Orten vorgesehen sind, die in Axialrichtung in der Mitte zwischen dem Kanal 24 und dem Teil 37 liegen.
Um die Anordnung 11 am Ende 12 des Motors zu befestigen, wird der Hals 32 des Kegelkörpers 22 an einen Flansch (nicht gezeigt) der von der Turbinennabe her vorstehenden zylindrischen Verkleidung 34 angeschraubt. Das Innenrohr 20 ist mit einem radial auswärts vorstehenden und in Umfangarichtung verlaufenden Befestigungsflansch 60 versehen, der zu einem entsprechenden Flansch 62 passend ausgeführt ist, der am Ende 12 des Motorengehäuses 64 sitzt. Der Kanal 24 ist mit einem radial auswärts vorstehenden Befestigungsflansch 66 versehen, der mit dem Ende 68 des Turbinengehäuses 70 verschraubt ist. Da eine ringförmige Trennung zwischen dem Turbinenauslaß 14 und dem Mantelkanalauslaß 20 infolge des zwischenliegenden Gehäuses 70 vorliegt, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, einen Übergangskanal 72 vorzusehen, der allgemein ringförmig ist und einen Flansch 74 aufweist, der mit dem Flansch 66 des Kanals 24 auf das Ende 68 des Turbinengehäuses 70 aufgeschraubt ist. Der Kanal 70 sorgt für einen steigen Übergang der Luftströmung zwischen dem Mantelkanalauslaß 20 und der Vielzahl von Mantelstromkanälen 50 im Kanal 24. Zu diesem Zweck ist der Kanal 72 bereits mit flachen Wellungen 73 ausgeführt, die dicht in den Vorderteil der Wellungen 46 des Kanals 24 einliegen.
Die Funktionsweise der Anordnung 11 läßt sich am besten unter Bezug auf die schaubildliche Darstellung der Fig. 5 erläutern.
Wie dort gezeigt, nimmt die Anordnung 11 die rückwärts verlaufende Frimärströmung (Pfeile 80) auf, während der Teil 37 des Kegelkörpers 22 und die passend konturierten Wandteile 52 der Kanäle 48 den größten Teil dieser Strömung so führen, daß, wenn sie aus dem Ende 26 des Kanals 24 austritt, sie rückwärts auseinanderstrebt und daher eine radial auswärts gerichtete Komponente des Bewegungsimpulses aufweist.
Andererseits nimmt die Anordnung 11 auch die mit den Pfeilen 82 gezeigte rückwärts gerichtete Mantelströmung auf, und führt diese mit den Kanälen 50 so, daß sie, wenn sie aus dem Ende 26 austritt, größtenteils nach hinten konvergiert und daher eine radial einwärts gerichtete Komponente des Bewegungsimpulses aufweist. Wenn diese beiden Strömungen nun am hinteren Ende des Kanals 24 austreten, schneiden sie sich und beginnt der Durchmischungsvorgang. Infolge dieses Schneidens der Primär- mit der Mantelströmung erfahren die Gase und die Luft eine Wirbelbildung, die den hischvorgang verstärkt. Diese Wirbelbewegung nimmt die Form von Wirbelmustern an, die um die Mittellinie der Anordnung 11 und der Düse 13 herumdrehen. Die Größe des Schnittwinkels zwischen der rückwärts divergenten Primärströmung und der rückwärts konvergenten Mantelströmung bestimmt dabei teilweise das Ausmaß der Durchmischung der Gase und der Luft, die auftritt, bevor sie aus der Düse 13 an deren hinteren Abschluß 15 austreten.
Bei der Konstruktion der Düse 11 nach der vorliegenden tXrfindung hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, diesen ochnittwinkel wesentlich größer anzulegen, als man (für eine optimale Durchmischung) für möglich gehalten hätte, bevor eine Uekundärströmung entsteht und zu den den Schub senkenden Druckverlusten führt. Der verhältnismäßig große Schnittwinkel zwischen den Strömungen 80, 82 wird erreicht durch den kombinierten Effekt der Umlenkung der Primärströmung derart, daß dieser eine auswarts gerichtete Komponente des Bewegunssimpulses erteilt wird, und einer Umlenkung der ,antelströmung derart, daß sie eine radial einwärts gerichtete Komponente des Bewegungsimpulses erhält.
Man erhält auf diese Weise einen großen Schnittwinkel, ohne überflüssige Druckverluste in den beiden Strömungskanälen zu verursachen - was geschehen wurde, wollte man versuchen, den gleichen schnittwinkel mit der entsprechenden Führung nur einer der Strömungen zu erreichen. Weiterhin ist der Winkel b1 des Teils 38 des Kegelkörpers 22 auf den Winkel b2 der Wandteile 54 der Mantelströmungskanäle 50 so abgestimmt, daß die Mantelströmung 82, wenn sie aus dem Ende 26 des Kanals 24 austritt, sofort die Unterdruckräume ausfüllt, die an der Oberfläche des Teils 38 des Kegelkörpers auftreten können. Derartige Unterdruckräume erzeugen Sekundärströmungen und bilden sich beim Fehlen der umgelenkten Mantelströmung infolge einer Tendenz der radial auswärts gerichteten Primärströmung 80, sich von der Oberfläche des Kegelkörpers 22 abzulösen, wenn sie den Umfang 36 überstreicht und den verjüngten Teil 38 erreicht.
Die wellungen 46 des Kanals 24 laufen am Ende 26 in Kanalkanten aus, die radial auswärts und rückwärts divergieren, Insbesondere wird das runde 26 vom Schnitt der Wellungen 46 des kanals 24 mit einem gedachten Kegel gebildet, der koaxial zur Mittellinie der Anordnung liegt und unter einem Winkel bezüglich einer Querebene geneigt ist. Je größer dieser winkel γ , desto wirkungsvoller lenken die einwärts gekrümmten Wandteile 54 des Kanals 24 am Ende 26 die Primärströmung nach rußen; um so weniger wirkungsvoll ist aber auch der Mischvorgang.
Die angegebenen Vorteile der Anordnung 11 sind beispielsweise mit einer Ausführungsform erreicht worden, in der der Mischkanal 24 mit insgesamt 12 Wellungen 46 ausgebildet war; der Winkel = = 180 (Winkel, der aufgespannt wird von den Primärströmungskanälen 50 der Wellungen 46, wie in Fig. 4 gezeigt); #c = 120 (von den Gebläseströmungskanälen 50 der Wellungen 46 aufgespannter Winkel, wie in Fig. 4 gezeigt); Winkel b1 = b2 = 22°; Winkel a = 20° (h/L x 100 = 36 %); X/W x 100 = 80 bis 90 %; und γ = 16°. Die Wellungen 46 werden zuweilen auch als "Keulen" ('lobes') bezeichnet. Das Verhältnis X/W wird auch als "Durchgriffmaß" ('measure of penetration') bezeichnet und gibt das Ausmaß wieder, zu dem die Frimär- und die liiantelströmung zu einer gegenseitigen Durchdringung gezwungen werden, während sie aus dem Ende 26 des Kanals 24 austreten.
Offensichtlich lassen sich die obengenannten Abmessungen auch anders wählen, während man dennoch die mit der Erfindung möglichen Vorteile erhält. Es wird jedoch dafür gehalten, daß man, will man beste Ergebnisse erzielen, bestimmte der genannten Parameter innerhalb bestimmter Grenzen halten sollte. Insbesondere sollte der Winkel t im Bereich von 12 bis 220 incl.
liegen, die Winkel b1 und b2 im Bereich von 18 bis 260 incl.
und der Winkel (a) im Bereich von 16 bis 240 incl.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Mischeranordnung zum Unterdrücken des Lärms sn der Austrittsöffnung eines Mantelstrom-Turbinenstrahltriebwerks mit einem Innenrohr, einem im Innenrohr konzentrisch angeordneten Kegelkörper und einem allgemein ringförmig angeordneten gewellten Mischkanal, der koaxial zwischen dem Kegelkörper und dem Innenrohr liegt, wobei die Anordnung so mit dem Triebwerk verbunden ist, daß sie die Primärströmung aus einem Turbinenauslaß undden Mantelstrom aus einem Mantelkanalauslaß aufnimmt und miteinander mischt, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr, der Kegelkörper und der Mischkanal so gestaltet und angeordnet sind, daß sie die rückwärts gerichtete Primärströmung aus dem gurbinenauslaß aufnehmen und den größten Teil dieser Primärströmung so umlenken, daß sie radial auswärts und rückwärts divergiert, und den Mantelstrom aus dem Mantelkanalauslaß aufnehmen und ihn größtenteils so umlenken, daß er radial einwärts und rückwärts konvergiert und die radial auswärts und rückwärts divergierende Primär strömung unter einem Winkel schneidet, der im wesentlichen gleich der Summe desjenigen Winkels, unter dem die Primärströmung von der Achse der Anordnung divergiert, und demjenigen Winkel ist, unter den der Mantelstrom zur Achse der Anordnung konvergiert, so daß die I)urchmischung der Primär- mit der Mantelströmung bei minimaler Störung des rückwärts gerichteten Bewegungsimpulses dieser Strömungen maximiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelkörper ballonförmig und koaxial in der Hülse angeordnet und bezüglich seiner Achse so konturiert ist, daß er an seinem vorderen Ende einen Hals aufweist, auf den ein nach hinten sich radial aufweitender Teil folgt, der allgemein in der Mitte des Kegelkörpers sn einem Querschnitt maximalen Durchmossers endet und auf den seinerseits ein sich verjüngender Teil folgt, der am hinteren Ende des Kegelkörpers ausläuft, daß weiterhin der Mischkanal so angeordnet ist, daß er radial auswärts von dem radial weggeführten Teil des Kegelkörpers beabstandet liegt, und so gestaltet ist, daß er zusammen mit diesem Teil des Kegelkörpers eine Vielzahl von Pflmärströmungskanälen bildet, die den größten Teil der Primärströmung so umlenken, daß sie radial auswärts und rückwärts divergiert, und daß der Mischkanal radial einwärts beabstandet vom Innenrohr liegt und so gestaltet und angeordnet ist, daß er zusammen mit dem Innenrohr eine Anzahl Mantelstromkanäle bildet, die den größten Teil des Mentelstrones so; lumlenken, daß er radial einwärts und rückwärts konvergiert, daß die Mantelstromkanäle relativ zum verjüngen Teil des Kegelkörpers so gerichtet sind, daß der größte Teil des Mantelstroms beim Austreten aus dem Mischkanal entlang der Oberfläche des verjüngten Teils des Kegelkörpers strömt, um die Bildung von Unterdruckbereichen auf dieser infolge einer Ablösung der Primärströmung von der Kegeloberfläche zu verhindern, wenn die Primärströmung über den Querschnitt maximalen Durchmessers des Kegelkörpers läuft und sich von dessen verjüngtem Teil abheben will.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkanal Wellungen aufweist, die parallel zur Achse der Anordnung angeordnet sind und deren radiale Abmessungen vom vorderen zum hinteren Ende des Mischkanals allgemein zunehmen, daß die Wellungen gemeinsam mit dem sich aufweitenden Teil des Kegelkörpers die Vielzahl von Primärströmungskanälen und zusammen mit dem Innenrohr die Vielzahl von Mantelstromkanälen bilden, daß diejenigen Teile der Wellungen des Mischkanals, die die radial am weitesten innen liegenden Grenzen der Mantelstromkanäle bilden, unter einem Winkel b2 radial einwärts und rückwärts zur Achse der Anordnung verlaufen, der im wesentlichen gleich dem Winkel b1 ist, den der verjüngte Teil des Kegelkörpers zur Achse der Anordnung einnimmt, und daß der Mischkanal so angeordnet ist, daß diejenigen Teile der Wellungen, die die radial am weitesten innenliegenden Grenzen der Mantelstromkanäle bilden, mit dem verjüngten Teil des Kegelkörpers ausgerichtet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel b1, b2 im Bereich von 18 bis 260 incl. liegen und der aufgeweitete Teil des Kegelkörpers zur Achse der Anordnung einen Winkel (a) im Bereich von 16 bis 240 einnimmt.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkanal Wellungen aufweist, die parallel zur Achse der Anordnung verlaufen, die Radialabmessungen der Wellungen vom vorderen zum hinteren Ende des Mischkanals zunehmen, die Wellungen gemeinsam mit dem sich aufweitenden Teil des Kegelkörpers die Vielzahl von Primärströmungskanälen und gemeinsam mit dem Innenrohr die Vielzahl von Mantelstromkanälen bilden, der Mischkanal einen hinteren Abschluß entlang den Hinterkanten der Wellungen hat und die radial am weitesten außen liegenden Teile der Wellungen an diesen Hinterkanten rück- und einwärts gekrümmt sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Abschluß des Mischkanals hinter dem Querschnitt größten Durchmessers des Kegelkörpers liegt.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkanten der Wellungen des Mischkanals allgemein auf den Schnittlinien der Wellungen mit einem gedachten Kegel liegen, der koaxial mit der Anordnung und nach hinten divergierend so liegt, daß er einen Winkel bezüglich einer quer zur Anordnung verlaufenden Ebene aufspannt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel im Bereich von 12 bis 220 incl. liegt.
9. Mischeranordnung zur Unterdrückung des aus dem Auslaß eines Mantelstrom-Turbinenstrahltriebwerkes austretenden Lärms, das ein Ausströmende zur Aufnahme der Anordnung aufweist, in dem sich ein ringförmiger Turbinenauslaß und ein ringförmiger Mantelstromauslaß befinden, der den Turbinenauslaß koaxial umgibt, gekennzeichnet durch ein Innenrohr, einen ballonförmigen Kegelkörper mit einer Symmetrieachse, der koaxial im Innenrohr so angeordnet ist, daß seine Außenfläche radial einwärts von der Innenfläche des Innenrohrs beabstandet liegt, durch einen Mischkanal in allgemein ringförmiger Gestalt, der koaxial zwischen dem Kegelkörper und dem Innenrohr verläuft, wobei das Innenrohr, der Kegelkörper und der Mischkanal konzentrische und radial beabstandete Vorderenden aufweisen, mit denen sie am Ausströmende des Motors so befestigt werden können, daß der Kegelkörper und der Mischkanal zwischen sich eine rückwärtige Verlängerung des Turbinenauslasses und der Mischkanal und die Hülse zwischen sich eine rückwärtige Verlängerung des Mantelstromauslasses bilden, wobei weiterhin der Kegelkörper einen Halsteil an seinem vorderen Ende und einen kreisrunden Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser entlang der Kegelachse zwischen dem Hals und einem hinteren Ende des Kegelkörpers unterschiedlich ist, zum rückwärtigen Teil des Halses zunächst zunimmt, um einen radial auswärts und rückwärts aufgeweiteten Teil zu bilden, der mit dem Querschnitt maximalen Durchmessers endet, und danach abnimmt und einen hinteren verjüngten Teil bildet, der radial einwärts und rückwärts konvergiert und am hinteren Ende des Kegelkörpers endet, wobei weiterhin der Mischkanal mit Wellungen ausgebildet ist, die parallel zur Knainhse gerichtet sind un am vorderen Ende des Mischkanals beginnen, deren Radialabmessung allgemein zum hinteren Ende des Mischkanals zunimmt und die dabei eine erste und eine zweite Gruppe von Kanälen bilden, von denen die erste zwischen einsnder zugewandten Blächen des Mischkanals und des Innenrohrs und die zweite zwischen einander zugewandten Flächen des Mischkanals und des Kegelkörpers gebildet sind, die Kanäle der ersten Gruppe in Umfangsrichtung mit Kanälen der zweiten Gruppe abwechselnd liegen und der Mischkanal relativ zum Kegelkörper so bemessen und angeordnet ist, daß die erste Gruppe von Kanälen radial mit dem aufgeweiteten Teil des Kegelkörpers ausgerichtet ist, und die radial am weitesten außenliegenden Grenzen der Kanäle der ersten Gruppe rückwärts und radial auswärts divergieren derart, daß sie gemeinsam mit dem aufgeweiteten Teil des Kegelkörpers die Primärströmung aus dem Turbinenauslaß derart umlenken, daß diese rückwärts und radial auswärts divergiert, wobei weiterhin der Mischkanal so bemessen und relativ zum Innenrohr angeordnet ist, daß die radial am weitesten innen liegenden Grenzen des Mischkanals, die die Kanäle der zweiten Gruppe bilden, unter einem Winkel radial einwärts und rückwärts geführt sind, der allgemein dem Konvergenzwinkel des sich verjüngenden Teils des Kegelkörpers entspricht, wobei die Kanäle der zweiten Gruppe die Mantelströmung so umlenken, daß sie radial einwärts und rückwärts konvergiert und die Primärströmung unter einem Winkel schneidet, der im wesentlichen gleich der Summe des Divergenzwinkels der Primärströmung und des Konvergenewinkels des Mantelstroms ist, und wobei die radial am weitesten innen liegenden Grenzen des Mischkanals, die die Kanäle der zweiten Gruppen bilden, allgemein ausgerichtet sind mit dem verjüngten Teil des Kegelkörpers derart, daß der aus den Kanälen der zweiten Gruppe austretende Mantelstrom auf dem verjüngten Teil des Kegelkörpers entlangströmt und dadurch die Ausbildung von Unterdruckbereichen entlang dieses Teils infolge einer Neigung der Primärströmung unterbindet, sich von der Kegeloberfläche abzuheben, wenn sie über den Querschnitt maximalen Durchmessers strömt.