DE4326891C2

DE4326891C2 - Probelaufstand für Flugzeuge mit Strahltriebwerken

Info

Publication number: DE4326891C2
Application number: DE19934326891
Authority: DE
Inventors: Walter Ries; Siegmund Kraus
Original assignee: Individual
Current assignee: Riess Walter Prof Dipl-Ing 30880 Laatzen De
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2013-08-12
Also published as: DE4326891A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Probelaufstand für Flugzeuge mit Strahltriebwerken, mit einer das Flugzeug aufnehmenden Schallschutzhalle, aus der die Triebwerksabgase durch einen Schalldämpfer abgeführt werden, und mit einer dem Schalldämpfer vorgeschalteten Einrichtung zur Strömungsverzögerung des Abgasstrahls, wobei die Einrichtung zur Strömungsverzögerung mit einer sich über einen wesentlichen Teil der Hallenbreite erstreckenden Strahleintrittsfläche ausgeführt ist.

Beim Probelauf (Run-up) der Strahltriebwerke von Flugzeugen müssen die Strahltriebwerke u. a. mit Volllast betrieben werden. Außerdem ist es zumindest bei an den Tragflächen angebrachten Strahltriebwerken erforderlich, während des Probelaufs eines der Strahltriebwerke ein weiteres Strahltriebwerk auf der gegenüber liegenden Flugzeugseite mit Teillast laufen zu lassen, um zumindest teilweise einen Ausgleich des um die Hochachse auftretenden Moments zu erreichen. Die bei solchen Probeläufen auftretende Lärmentwicklung ist so groß, dass solche Probeläufe im Freien, d. h. ohne Schallschutzhalle auf den meisten Flugplätzen insbesondere nachts nicht zulässig sind.

Bei der somit erforderlichen Verwendung von Schallschutzhallen muss der Abgasstrahl durch Schalldämpfer aus der Halle heraus geleitet werden, um die Schallemission unter dem vorgegebenen Grenzwert zu halten.

Ein grundlegendes Problem der Schalldämpfung von Abgasstrahlen von Strahltriebwerken besteht darin, dass die für die Schalldämpfer zulässigen Anströmgeschwindigkeiten wesentlich geringer sind als die Strahlgeschwindigkeit des Triebwerks. Der Abgasstrahl muss daher vor Eintritt in den Schalldämpfer verzögert und damit auch auf eine größere Fläche verteilt werden. Beispielsweise beträgt die Strahlgeschwindigkeit am Triebwerk über 100 m/s, während die zulässige Strömungsgeschwindigkeit im Schalldämpfer bei höchstens etwa 30 m/s liegt.

Bekannte Probelaufstände für Flugzeuge mit Strahltriebwerken weisen rohrartige Strömungsführungskanäle mit eingebauten Strömungswiderstandselementen auf. Diese rohrartigen Strömungsführungskanäle fangen den am Triebwerk austretenden Abgasstrahl unmittelbar auf. Wenn die Strömungsführungskanäle fest eingebaut sind, sind sie wegen ihrer Anordnung nur für ein bestimmtes Flugzeugmuster verwendbar. Bei beweglicher Anordnung der Strömungsführungskanäle müssen sie in die für jedes Flugzeugmuster vorgegebene Position gefahren werden, was bei den notwendigerweise großen Abmessungen sehr aufwendig ist.

Eine Ausrichtung des Strömungsführungskanals auf das zu testende Triebwerk und die Führung des Abgasstrahls in einem solchen Strömungsführungskanal wird für erforderlich gehalten, um zu verhindern, dass ein Teil des Abgasstroms ausweicht und als eine in einer geschlossenen Halle nicht zulässige Rückströmung zur Eintrittsseite des Triebwerks strömt.

Ein bekannter Probelaufstand für Flugzeuge mit Strahltriebwerken der eingangs genannten Gattung wird beschrieben in DE 37 22 112 A1. Hinter dem Flugzeug ist vor einer Schallabsorptionswand ein gitterförmiges Leitelement in Form eines schalltransparenten Streckmetall-Gitters entgegen der Anströmrichtung abgeneigt angeordnet. Dieses gitterförmige Leitelement dient zur Umlenkung des austretenden Abgasstrahls nach oben, während die Schallwellen mehr oder weniger ungehindert auf die Schallabsorptionswand treffen. Nachteilig ist hierbei, dass durch das eine Leitelement keine wesentliche Strömungsverzögerung des umgelenkten Abgasstrahls bewirkt wird und weitere Geräuschentwicklungen des umgelenkten Abgasstrahls mit erheblichem Aufwand notwendig werden, um insgesamt eine Schalldämpfung des Probelaufstands zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, einen Probelaufstand der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass er bei ortsfestem Einbau in einer Schallschutzhalle gleichwohl für unterschiedliche Flugzeugmuster mit unterschiedlichen Triebwerksgeräten und -positionen ohne die Gefahr einer Rückströmung geeignet ist und eine effektive Schalldämpfung mit möglichst einfachen konstruktiven Mitteln erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Strömungsverzögerung mehrere, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Gruppen von im gegenseitigen Abstand angeordneten Widerstandskörpern aufweist, wobei die Widerstandskörper aufeinanderfolgender Gruppen quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind.

Die Strahleintrittsfläche ist hierbei so groß bemessen, dass bei allen aufzunehmenden Flugzeugmustern die Abgasstrahlen aller Triebwerke auf die Strahleintrittsfläche treffen. Die Abgasströmung wird durch die Widerstandskörper auf einen in Strömungsrichtung größer werdenden Strömungsquerschnitt verteilt. Da der Strömungswiderstand nur langsam in Strömungsrichtung zunimmt, bildet sich keine Rückströmung aus, zumal diese auch wieder den Strömungswiderstand der davor angeordneten Widerstandskörper überwinden müsste.

Eine Anpassung an die unterschiedliche Anordnung der Triebwerke bei unterschiedlichen Flugzeugmustern ist daher nicht erforderlich.

Durch die hintereinander angeordneten Widerstandskörper wird die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer kurzen Strecke erheblich reduziert, so dass dahinter angeordnete Schalldämpfungsmaßnahmen mit großer Effizienz die im Betrieb auftretende Geräuschentwicklung auf ein außerhalb des Probelaufstands erträgliches Maß reduzieren können.

Durch die Maßnahme, dass die Widerstandskörper aufeinanderfolgender Gruppen quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind, wird in besonders günstiger Weise eine Verzögerung und Querschnittsvergrößerung des Abgasstrahls erreicht.

Besonders vorteilhaft und konstruktiv einfach ist eine Ausführung der Erfindung, bei der die Widerstandskörper im wesentlichen stabförmig gestaltet sind und sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken.

Eine unerwünschte Rückströmung wird besonders wirksam und zuverlässig verhindert, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen ist, daß die Widerstandskörper in Strömungsrichtung einen geringeren Strömungswiderstand aufweisen als in entgegengesetzter Richtung.

Vorzugsweise sind im Bereich der Widerstandskörper den Strömungsquerschnitt begrenzende seitliche obere und untere Führungswände vorgesehen. Damit wird erreicht, daß die Strahleintrittsfläche auf den durch die möglichen Triebwerksanordnungen vorgegebenen Bereich begrenzt wird, ohne daß eine Querströmung aus dem Feld der Widerstandskörper austreten kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Probelaufstand für Flugzeuge mit Strahltriebwerken in einer Schallschutzhalle,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teil-Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen vereinfachten Schnitt durch die Einrichtung zur Strömungsverzögerung des Abgasstrahls,

Fig. 5 die Einrichtung nach Fig. 4 im Grundriß,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform im Grundriß,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform im Grundriß,

Fig. 8 eine Ausführungsform mit sich kreuzenden Widerstandskörpern in einem vereinfachten senkrechten Schnitt,

Fig. 9 die Einrichtung nach Fig. 8 im Grundriß,

Fig. 10 eine gegenüber der Fig. 6 abgewandelte Ausführung im Grundriß,

Fig. 11 eine gegenüber der Fig. 7 abgewandelte Ausführungsform im Grundriß,

Fig. 12 eine gegenüber der Fig. 4 abgewandelte Ausführung im Längsschnitt,

Fig. 13 eine weitere, gegenüber der Fig. 4 abgewandelte Ausführungsform im Längsschnitt und

Fig. 14 die Einrichtung nach Fig. 13 im Grundriß.

In den Fig. 1-3 ist eine Schallschutzhalle 1 dargestellt, die zur Aufnahme eines Flugzeugs 2 mit Strahltriebwerken 3 für den Probelauf (Run-up) dient. Die aus den Strahltriebwerken 3 austretenden Abgasstrahlen treten durch eine Einrichtung 4 zur Strömungsverzögerung über Umlenkschaufeln 5 in einen als Schalldämpferkamin ausgeführten Schalldämpfer 6 ein und gelangen von dort in die Umgebung. Der Schalldämpfer 6 kann auch in Strömungsrichtung anschließend an die Einrichtung 4 oder seitlich angeordnet sein.

Die Einrichtung 4 zur Strömungsverzögerung weist eine sich über den größten Teil der Hallenbreite erstreckende Strahleintrittsfläche 7 auf (Fig. 2). Die Strahleintrittsfläche 7 ist in ihrer Breite und Höhe so bemessen, daß die Abgasstrahlen der Strahltriebwerke 3 aller aufzunehmenden Flugzeugmuster auf die Strahleintrittsfläche 7 gerichtet sind.

In der Einrichtung 4 zur Strömungsverzögerung sind in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend mehrere Gruppen von Widerstandskörpern 8 angeordnet, die im wesentlichen stabförmig sind, in gegenseitigem Abstand angeordnet sind und sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken.

Stattdessen könnten auch andere, nicht-stabförmige Widerstandskörper in regelmäßiger Anordnung verwendet werden, beispielsweise Kugeln, Kegel oder Pyramiden.

Im Bereich der Widerstandskörper 8 sind den Strömungsquerschnitt begrenzende seitliche Führungswände 9 und eine obere Führungswand 10 angeordnet. In den Fig. 1 und 2 erkennt man, daß die obere Führungswand 10 in ihrem quer zur Strömungsrichtung gesehen mittleren Bereich einen abgesenkten Bereich 10a aufweist, über dem mindestens ein Teil des Flugzeug- Leitwerks 2a aufgenommen ist, wenn sich das Flugzeug 2 in der Schallschutzhalle 1 befindet.

Die Höhe der oberen Führungswand 10 über dem Hallenboden 11 wird zweckmäßigerweise angenähert doppelt so hoch gewählt wie die mittlere Höhe der Flugzeugtriebwerke 3 über dem Hallenboden 11.

In den Fig. 4-14 sind mögliche Anordnungen und Querschnittsformen der Widerstandskörper 8 dargestellt, wobei diese Zusammenstellung jedoch nicht abschließend ist.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die in aufeinanderfolgenden Gruppen 8.1, 8.2, 8.3 und 8.4 angeordneten Widerstandskörper 8 in jeder Gruppe parallel zueinander und in gegenseitigem Abstand angeordnet und erstrecken sich quer zur Strömungsrichtung, die in den Fig. 4 und 5 mit einer Schar von Pfeilen 12 angedeutet ist. Wie man aus Fig. 5 erkennt, sind die Widerstandskörper 8 als zylindrische Stäbe ausgeführt und die Widerstandskörper 8 jeder Gruppe sind parallel zu den Widerstandskörpern der benachbarten Gruppen angeordnet. Man erkennt aus Fig. 5 außerdem, daß die Widerstandskörper 8 aufeinanderfolgender Gruppen 8.1, 8.2 . . . 8.4 quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte Aufteilung des Abgasstrahls an jeder gitterartigen Gruppe 8.1 . . . 8.4 von Widerstandskörpern 8.

Abweichend von der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführung von zylindrischen Widerstandskörpern 8 sind die Widerstandskörper beim Beispiel nach Fig. 6 ebenso wie bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung im Querschnitt dreieckförmig gestaltet, wobei eine Spitze des Dreiecks entgegen der Strömungsrichtung gerichtet ist. Hierbei weisen die Widerstandskörper 8 eine sich entgegen der Strömungsrichtung zu einer Spitze verjüngende Querschnittsform auf und haben daher in Strömungsrichtung einen geringeren Strömungswiderstand als in entgegengesetzter Richtung.

Während die Widerstandskörper 8 mit dreieckförmigem Querschnitt an ihrer der Strömung abgekehrten Rückseite stumpf sind, was zu der in Fig. 6 angedeuteten Wirbelbildung an der Rückseite der Widerstandskörper 4 führt, sind die Widerstandskörper nach Fig. 7, die ebenfalls eine entgegen der Strömungsrichtung gerichtete Spitze aufweisen, an ihrer der Strömung abgekehrten Rückseite hohl ausgeführt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform der Einrichtung 4, bei der die - hier beispielsweise zylindrisch ausgeführten - Widerstandskörper 8 ebenfalls in jeder Gruppe 8.5 . . . 8.9 ein Gitter mit parallelen Gitterstäben bilden; jedoch sind die Widerstandskörper jeder Gruppe im rechten Winkel gekreuzt zu den Widerstandskörpern der benachbarten Gruppen angeordnet.

Um den Strömungswiderstand in Strömungsrichtung zu erhöhen, sind bei der Anordnung nach Fig. 10 die Abstände der Gruppen 8.1 . . . 8.4 in Strömungsrichtung verringert. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß der Strömungswiderstand der einzelnen Widerstandskörper 8 in den aufeinanderfolgenden Gruppen 8.1 . . . 8.3 in Strömungsrichtung erhöht wird, wie dies am Beispiel nach Fig. 11 gezeigt ist. Dort sind die Widerstandskörper nach Fig. 8 der ersten Gruppe 8.1 verhältnismäßig schlank ausgeführt; die Widerstandskörper 8 der nachfolgenden Gruppen 8.2 und 8.3 sind zunehmend breiter ausgeführt, so daß der Strömungswiderstand beim Passieren dieser nachfolgenden Gruppen zunimmt. Die Oberfläche der Widerstandskörper 8 kann ganz oder teilweise schalldämmend ausgeführt sein, ebenso die Oberfläche der seitlichen Führungswände 9 und der oberen Führerwand 10.

Da der Abgasstrahl sich überwiegend in Bodennähe konzentriert, sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 die von der Bodenfläche 11 der Halle ausgehenden Widerstandskörper 8 der beiden ersten Gruppen 8.1 und 8.2 in Strömungsrichtung geneigt. Dadurch wird eine bessere vertikale Verteilung des Abgasstrahls in der Einrichtung 4 erreicht. Der Neigungswinkel kann verstellbar sein.

In der Zeichnung sind die stabförmigen Widerstandskörper 8 mit gleichbleibenden Querschnitt dargestellt. Es ist aber auch möglich, die stabförmigen Widerstandskörper mit längs der Stabachse verändertem Querschnitt auszuführen. Wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt, sind die seitlichen Führungswände 9, die obere Führungswand 10 und der Hallenboden 11 mit im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Widerstandselementen 13 bestückt, die entgegen der Strahlströmungsrichtung einen größeren Strömungswiderstand aufweisen als in Strahlströmungsrichtung. Beispielsweise handelt es sich dabei um (in den Fig. 13 und 14 jeweils im Querschnitt gezeigte) schräg von den Wandflächen abstehende Streifen. Diese Widerstandselemente 13 verhindern eine Rückströmung entlang der Wandflächen.

Allen gezeigten Ausführungsformen ist eine großflächige Anordnung aerodynamischer Widerstandskörper 8 gemeinsam, die quer zur Abgasstrahlachse auf der ganzen möglichen Auftrefffläche des Abgasstrahls in regelmäßigen Abständen und in Strömungsrichtung in mehreren hintereinanderliegenden Gruppen, vorzugsweise versetzt, angeordnet sind. Die Abgasströmung wird durch diese Widerstandskörper 8 auf einen immer größeren Querschnitt verteilt (wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt). Da der Strömungswiderstand nur langsam mit der Tiefe des Widerstandskörperfeldes zunimmt, ist die Tendenz zur Rückströmung gering.

Claims

1. Probelaufstand für Flugzeuge mit Strahltriebwerken, mit einer das Flugzeug aufnehmenden Schallschutzhalle, aus der die Triebwerksabgase durch einen Schalldämpfer abgeführt werden, und mit einer dem Schalldämpfer vorgeschalteten Einrichtung zur Strömungsverzögerung des Abgasstrahls, wobei die Einrichtung zur Strömungsverzögerung mit einer sich über einen wesentlichen Teil der Hallenbreite erstreckenden Strahleintrittsfläche ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Strömungsverzögerung mehrere, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Gruppen (8.1, . . ., 8.4) von im gegenseitigen Abstand angeordneten Widerstandskörpern (8) aufweist, und die Widerstandskörper (8) aufeinanderfolgender Gruppen (8.1, . . ., 8.4) quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind.

2. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskörper (8) im wesentlichen stabförmig gestaltet sind und sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken.

3. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) jeder Gruppe (8.1 . . . 8.4) ein Gitter mit parallelen Gitterstäben bilden.

4. Probelaufstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) jeder Gruppe (8.1 . . . 8.4) parallel zu den Widerstandskörpern (8) der benachbarten Gruppen angeordnet sind.

5. Probelaufstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) jeder Gruppe (8.5 . . . 8.9) im rechten Winkel zu den Widerstandskörpern (8) der benachbarten Gruppen angeordnet sind.

6. Probelaufstand nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Strömungswiderstandes in Strömungsrichtung die Abstände der Gruppen (8.1 . . . 8.4) von Widerstandskörpern (8) verringert und/oder der Strömungswiderstand der einzelnen Widerstandskörper (8) erhöht wird.

7. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Bodenfläche (11) der Halle (1) ausgehenden Widerstandskörper (8) in Strömungsrichtung geneigt sind.

8. Probelaufstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Widerstandskörper (8) verstellbar ist.

9. Probelaufstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der stabförmigen Widerstandskörper (8) längs der Stabachse verändert.

10. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Widerstandskörper (8) mindestens teilweise schalldämmend ausgeführt ist.

11. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Widerstandskörper (8) den Strömungsquerschnitt begrenzende seitliche und obere Führungswände (9, 10) vorgesehen sind.

12. Probelaufstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Führungswand (10) in ihrem quer zur Strömungsrichtung gesehen mittleren Bereich einen abgesenkten Bereich (10a) aufweist, über dem mindestens ein Teil des Flugzeug-Leitwerks (2a) aufnehmbar ist.

13. Probelaufstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der oberen Führungswand (10) über dem Hallenboden (11) angenähert doppelt so hoch ist wie die mittlere Höhe der Flugzeugtriebwerke (3) über dem Hallenboden (11).

14. Probelaufstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen und oberen Führungswände (9, 10) und der Hallenboden (11) mit im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Widerstandselementen (13) bestückt sind, die entgegen der Strahlströmungsrichtung einen größeren Strömungswiderstand aufweisen als in Strahlströmungsrichtung.

15. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) im wesentlichen zylindrisch sind.

16. Probelaufstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) in Strömungsrichtung einen geringeren Strömungswiderstand aufweisen als in entgegengesetzter Richtung.

17. Probelaufstand nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) eine sich entgegen der Strömungsrichtung zu einer Spitze verjüngende Querschnittsform aufweisen.

18. Probelaufstand nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) im Querschnitt dreieckförmig mit entgegen der Strömungsrichtung gerichteter Spitze ausgeführt sind.

19. Probelaufstand nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (8) an ihrer der Strömung abgekehrten Rückseite stumpf oder hohl ausgeführt sind.