DE4026112C1

DE4026112C1 - Exhaust for propeller aircraft - has mouth of exhaust located at small distance from propeller blade plane

Info

Publication number: DE4026112C1
Application number: DE19904026112
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Kallergis; Jan Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig De Delfs
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1991-09-12
Anticipated expiration: 2010-08-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Minderung des Überfluggeräusches von Flugzeugen mit von einem Kolbenmotor angetriebenem Propeller nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Mit einer derartigen Anordnung ist eine Geräuschminderung, insbesondere eine Minderung des A-bewerteten Pegels möglich, die in der Größenordnung von 4 bis 6 dBA liegt (DE-OS 37 35 421). Dabei ist es bekannt, daß der der Geräuschminderung zugrundeliegende Effekt nicht symmetrisch zur Flugzeugachse auftritt, sich jedoch dadurch in die gewünschte Richtung unterhalb des Flugzeuges steuern läßt, daß der Propeller so auf der Motorwelle angeordnet wird, daß eine Überlagerung der positiven Anteile des Motorschalldrucks und der negativen Anteile des Propellerschalldrucks insbesondere hinsichtlich der nach unten gerichteten Schallwellen auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, mit dem die Schallminderung nach unten vom Flugzeug aus gesehen optimiert werden kann, und zwar sowohl für die Grundharmonische als auch für die für den A-bewerteten Schallpegel wesentlichen höheren Harmonischen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches herausgestellten Merkmale.

Durch eine Anordnung gemäß der Erfindung wird insbesondere die Erzeugung unerwünschter Abstrahlkeulen zum Boden hin vermieden durch die Erzielung eines hinreichend großen Öffnungswinkels zwischen den der Vertikalen benachbarten Maxima.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im Nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein einmotoriges Flugzeug mit der Lage der Auspufföffnung des Motors bezogen auf die Propellerebene und die Propellerachse.

Fig. 2 zeigt die Intensitätsmaxima der Schallabstrahlung der Grundharmonischen für einen Dreiblattpropeller.

Fig. 3 zeigt die Schallabstrahlung mit den Abstrahlkeulen der 5. Harmonischen.

Fig. 4 zeigt die Schallabstrahlung mit den Abstrahlkeulen der 10. Harmonischen.

Das in Fig. 1 dargestellte Flugzeug 2 weist einen durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kolbenmotor angetriebenen Propeller 4 auf, der hier als Dreiblattpropeller dargestellt ist. Die Propellerachse 6 liegt in üblicher Weise in der Längsachse des Flugzeuges. Der Propeller ist in der aus der DE-OS 37 35 421 bekannten Weise derart angeordnet, daß positive Anteile des Motorschalldrucks auf negative Anteile des Propellerschalldrucks fallen.

Der Motor weist ein Abgasrohr mit einer Mündung 8 auf. Diese Abgasrohrmündung liegt in unmittelbarer Nähe der Propellerblattebene 10. Aus naheliegenden Gründen kann dieser Abstand a nicht = 0 sein, er sollte jedoch ein Minimum sein.

Die Abgasrohrmündung 8 liegt weiter in der horizontalen Ebene durch die Propellerachse 6, also quer zur Vertikalen X des Flugzeuges über Grund, und zwar auf der Seite des Flugzeuges, auf der sich die Propellerblätter abwärts bewegen.

Die Abgasrohrmündung 8 hat weiter einen optimierten seitlichen Abstand e von der Propellerachse 6 entsprechend der Formel

mit C₀ = Schallgeschwindigkeit (m/sec) und N = Drehzahl des Propellers (1/min).

In einer Ausführungsform waren folgende Abmessungen gegeben:

Blattzahl: 3,
Propellerdrehzahl = 2.500 bis 2.600 U/min,
Motor: 6 Zylinder/4 Takt,
e = seitlicher Abstand der Abgasrohrmündung von der Propellerachse = 1,25 m,
a = Abstand der Abgasrohrmündung zur Propellerblattebene ≈ 0 m.

Bei dieser Ausführungsform wurde eine Verteilung der Intensitätsmaxima der Schallabstrahlung festgestellt, wie sie in Fig. 2 bis 4 für die Grundharmonische und die 5. bzw. 10. Harmonische dargestellt ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Grundharmonische weist drei keulenartige Intensitätsmaxima 12, 14, 16 auf, wobei die Intensitätskeulen 12 und 14 einen Spreizungswinkel Δϕ_max größer 180°, hier 225,6° symmetrisch zur Vertikalen X zum Grund einschließen. Die Intensitätskeulen sind also alle nach oben, also vom Grund weg gerichtet. Damit liegt für die Grundharmonische bei der beschriebenen Ausführung praktisch keine Schallabstrahlung unterhalb der Ebene durch die Propellerachse, also zum Grund vor.

Für die weiteren Harmonischen, bei denen sich jeweils die Zahl der Schallintensitätskeulen entsprechend vergrößert, verkleinert sich der maximal erreichbare Spreizungswinkel Δϕ_max. Wie in Fig. 2 dargestellt, beträgt Δϕ_max für die 5. Harmonische noch etwa 126° und bei der 10. Harmonischen, die in Fig. 3 dargestellt ist, noch ungefähr 100°.

Wie aus Fig. 2 bis 4 hervorgeht, findet wie bereits erwähnt bei der Grundharmonischen keine Abstrahlung von Schallmaxima in Richtung zum Grund statt. Für die in Fig. 3 und 4 dargestellte 5. und 10. Harmonische erfolgt durch die Spreizung Δϕ_max ein erheblich verlängerter Weg zum Grund, der zu einer entsprechenden Schalldämpfung führt. Diese Wegverlängerung entspricht bei einem Winkel α gegen die Vertikale der Formel

H′ = H / cos α,

wobei H′ der Weg ist, den die der Vertikalen nächstliegenden Schallabstrahlungskeulen bis zum Grund zurücklegen und α der Winkel dieser Schallabstrahlungskeulen gegen die Vertikale ist.

Auf die beschriebene Weise wird für alle Harmonische eine wesentliche Minderung der Schallabstrahlung senkrecht zum Grund erreicht. Während für die Grundharmonische praktisch keine Abstrahlung zum Grund hin erfolgt, beträgt die Minderung der Schallintensität ΔL_p für die 5. Harmonische noch -6,9 dB und für die 10. Harmonische -3,8 dB.

Die vorstehend beschriebene Lärmminderung der Schallabstrahlung in Richtung auf den Grund wird mit Hilfe geringer konstruktiver Änderungen am Flugzeug vorhandener Komponenten erreicht. Die gegenüber der bekannten Anordnung nach der DE-PS 37 35 421 erreichte weitere Minderung de A-bewerteten Pegels wird im vorliegenden Fall ausschließlich durch die hier beanspruchte Lage der Mündung des Abgasrohres relativ zur Propellerebene und zur Ebene der Propellerachse sowie zur nach unten gerichteten Vertikalen durch die Propellerachse erzielt.

Claims

Anordnung zur Minderung des Überfluggeräusches von Flugzeugen mit von einem Kolbenmotor angetriebenem Propeller, bei denen der Propeller derart auf der Motorwelle angeordnet ist, daß positive Anteile des Motorschalldrucks auf negative Anteile des Propellerschalldrucks fallen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündung (8) des Abgasrohres mit geringem Abstand (a) von der Propellerblattebene (10) und in der horizontalen Ebene durch die Propellerachse (6) auf der Seite des Flugzeuges angeordnet ist, auf der sich die Propellerblätter abwärts bewegen,
und daß der seitliche Abstand (e) der Mündung (8) des Abgasrohres von der Propellerachse entsprechend der Formel mit
C₀ = Schallgeschwindigkeit (m/sec),
N = Drehzahl des Propellers (1/min)
optimiert ist.