DE60112856T2

DE60112856T2 - Dämpfungsstruktur und anwendungen

Info

Publication number: DE60112856T2
Application number: DE60112856T
Authority: DE
Inventors: Marc Francis Vincent Dussac; Philippe Vie; Osmin Delverdier
Original assignee: Eurocopter France SA; Ateca; Eurocopter SA
Current assignee: Airbus Helicopters SAS; Ateca
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: FR2807810B1; DE60117060D1; EP1185801A1; DE60117060T2; ES2255693T3; FR2807810A1; EP1447588B1; EP1447588A2; US7104372B2; US6935472B2; US20030098389A1; EP1185801B1; WO2001079725A1; EP1447588A3; BR0106319A; DE60112856D1; US20050199458A1; ES2248305T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfungsstruktur sowie Anwendungen einer solchen Dämpfungsstruktur.
Eine bevorzugte Anwendung betrifft die Verwendung der Dämpfungsstruktur zur Dämpfung der Schwingungen von vibrierenden Teilen, wie zum Beispiel des Hauptgetriebes eines Drehflügel-Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, vor allem mit dem Ziel, den Lärm in der Pilotenkanzel und/oder der Passagierkabine des Luftfahrzeugs zu verringern.
Es ist bekannt, dass bei einem Drehflügel-Flugzeug die im Bereich zwischen 20 Hz und 20 kHz definierten akustischen Spektren ein Produkt der Überlagerung von Geräuschen unterschiedlichen Ursprungs sind, die in zwei gemäß ihren spektralen Eigenschaften unterschiedlichen Gruppen zusammengefasst werden können, nämliche die reinen Töne oder Linienlärm und der Breitbandlärm.
In bekannter Weise treten die reinen Töne oder der Linienlärm insbesondere ggf. auf bei:

– den charakteristischen Frequenzen der kinematischen Kette des Luftfahrzeugs;
– den Umlauffrequenzen der Rotorblätter (Hauptrotor und hinterer Rotor) und bei den Harmonischen dieser Frequenzen;
– den Umlauffrequenzen der Kompressorschaufeln der Turbinentriebwerke; und/oder
– den Umlauffrequenzen der Flügel der Kühlventilatoren des Hauptgetriebes oder der Luftverteilung in der Kabine und/oder den elektrischen Anlagen, sowie bei den Harmonischen dieser Frequenzen,

– den Grenzschichtlärm, der sich auf dem Flugzeugrumpf entwickelt;
– den von den Rotoren erzeugten Lärm;
– den Strömungslärm der Lufteinlässe und der Düsen;
– den Motorenlärm; und/oder
– den Lärm der Klimatisierungs- oder Heizungskreisläufe der Pilotenkanzel oder der Passagierkabine.

Alle diese Geräusche sind natürlich für die Piloten und für die Passagiere unangenehm.
Es gibt verschiedene bekannte Lösungen, um solche Geräusche im Inneren eines Drehflügel-Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, zu reduzieren.
Eine erste bekannte Lösung hat zum Gegenstand, den Schwingungspegel oder das Abstrahlen von Lärmquellen und/oder vom Flugzeugrumpf zu reduzieren. Zu diesem Zweck können verschiedene physikalische Einwirkungen eingesetzt werden, insbesondere:

– eine Reduktion der Schwingungen der Struktur und/oder der mechanischen Organe durch Dämpfung oder Veränderung der Steifheit oder der Masse;
– eine Dämpfung der Schallübertragung durch Dämpfung oder Veränderung der Steifheit oder der Masse;
– eine Wirkung einer doppelten Trennwand durch einen Raum zwischen der abstrahlenden Struktur und schalldämpfenden Wänden, der mit einem absorbierenden Material gefüllt ist oder nicht;
– eine Schallabsorption durch fasrige oder zellenförmige Materialien; und
– eine Schallabsorption durch Helmholtz-Resonatoren.

Die ersten vier oben erwähnten physikalischen Einwirkungen ermöglichen es, den allgemeinen Lärmpegel in einem großen Frequenzbereich zu verringern, sie führen aber zu einer starken und sehr unvorteilhaften Vergrößerung der Masse. Außerdem ist die dann erhaltene Lärmverringerung nicht selektiv genug, um die spezifische Lärmbelästigung beim Austreten von reinen Tönen verschwinden zu lassen.
Dagegen ermöglicht die fünfte und letzte erwähnte physikalische Einwirkung, den Linienlärm wirksam zu reduzieren, jedoch nur in einem schmalen Frequenzband, das bei der Gestaltung definiert wurde.
Diese erste erwähnte und auf einer passiven Behandlung des Lärms basierende Lösung ist also nicht vollständig wirkungsvoll, insbesondere bei Linienlärm, der von Schwingungserregungen erzeugt wird.
Eine zweite bekannte Lösung sieht vor, passive Schalldämpfungen in Form von Verkleidungsplatten zu erzeugen, die in die Pilotenkanzel oder die Passagierkabine eingebaut werden. Diese Platten werden in Abhängigkeit von der zu behandelnden Strukturzone und vom zu dämpfenden Frequenzspektrum entwickelt.
Diese zweite Lösung hat aber ebenfalls viele Nachteile, insbesondere:

– eine vor allem bei niederen Frequenzen begrenzte Lärmreduzierung;
– eine starke Massenvergrößerung, die bei einem großen Hubschrauber mehrere hundert Kilogramm betragen kann;
– einen nicht vernachlässigbaren Verlust an Raumvolumen, insbesondere bei der Verwendung von dicken Platten, um die Wirkung der Schallabsorption zu erhöhen; und
– akustische Lecks, insbesondere in Höhe der Verkabelungslöcher und der Verbindungen zwischen den Platten.

Folglich ist keine dieser beiden bekannten und oben erwähnten Lösungen zufriedenstellend für die Reduzierung der Lärmbelästigungen, insbesondere des Linienlärms.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, die es ermöglicht, einen solchen Lärm zu reduzieren.
Die Druckschrift US-A-2 417 347 beschreibt einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Druckschrift GB-A-1 293 391 beschreibt einen schwingungsdämpfenden Träger, der einen mit Körnern gefüllten und mit einer Öffnung versehenen Behälter sowie einen von den Körnern gestützten und die Öffnung verschließenden Kolben aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft zu diesem Zweck eine Dämpfungsstruktur von einfacher und kostengünstiger Herstellung, die viele Vorteile aufweist und in verschiedenen Anwendungen genutzt werden kann, um Schwingungen zu dämpfen, die durch vibrierende Quellen erzeugt werden, insbesondere mit dem Ziel, den Lärm zu verringern, und dies insbesondere in einem Drehflügel-Flugzeug, wie z.B. einem Hubschrauber.
Zu diesem Zweck ist die Dämpfungsstruktur erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, dass sie die Merkmale des Anspruchs 1 enthält.
Wenn die Struktur Schwingungen ausgesetzt ist, werden diese Schwingungen über die verschiedenen Kontaktpunkte auf die (in Kontakt stehenden) Festkörper des Aggregats übertragen. Beim Durchgang durch jeden dieser Kontaktpunkte wird ein Teil der Schwingungsenergie durch Reibung abgeführt, so dass die Schwingungen in der Struktur schnell und wirksam gedämpft werden.
Vorzugsweise ist die Struktur länglich, zum Beispiel in Form einer Strebe, und die innere Aussparung wird in Längsrichtung innerhalb der länglichen Struktur gebildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zumindest einige der Festkörper, die zum Beispiel aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, vorzugsweise Kugeln, hohl, was es ermöglicht, das Gewicht der Festkörper und somit ebenfalls das Gewicht der Struktur zu reduzieren.
Außerdem können erfindungsgemäß die Festkörper aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden (Kunststoffmaterial, Metall, ...) und/oder unterschiedliche Formen und/oder Größen (Durchmesser) aufweisen.
Man stellt fest, dass:

– ein Trägheitsunterschied der Festkörper, insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Größen oder Dichten; und/oder
– eine unterschiedliche Steifheit der Festkörper, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe (zum Beispiel ein wenig steifer und intrinsisch stark dämpfender Werkstoff oder ein steiferer und intrinsisch weniger dämpfender Werkstoff),

Die Struktur weist außerdem mindestens eine innere, massive oder gelochte Trennwand von beliebiger Form auf, insbesondere rohrförmig, die mit der Wand der Struktur fest verbunden ist oder nicht und die im Inneren der inneren Aussparung ausgebildet ist.
Dies ermöglicht es, die Austauschfläche (Reibung) zwischen der Struktur und dem Aggregat und somit auch die Dämpfung der Schwingungen zu vergrößern.
Vorteilhafterweise:

– enthält das Aggregat außerdem eine viskose Flüssigkeit, die die Zwischenräume zwischen den Festkörpern füllt; und/oder
– weisen die Mittel zum Schließen der inneren Aussparung eine steife Platte auf, die von einem elastischen Element beansprucht wird.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen weist die erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur ebenfalls die folgenden Vorteile auf:

– sie kann einfach hergestellt werden und hat niedrige Herstellungskosten, insbesondere, wenn die innere Aussparung bereits in der Struktur vorhanden ist;
– sie hat eine verringerte Masse (insbesondere, wenn man hohle Festkörper verwendet) im Vergleich mit manchen bekannten Dämpfungsmitteln, wie zum Beispiel das Kleben von gespannten oder nicht gespannten viskoelastischen Werkstoffen auf die Fläche der zu dämpfenden Struktur;
– das Aggregat, das sie enthält, wird von der Struktur selbst vor äußeren Angriffen (Feuer, Feuchtigkeit, korrodierende Wirkstoffe, ...) geschützt;
– sie ist einem großen Frequenzband wirksam, und dies für verschiedene Arten von Verformungen (Biegen, Zug-Druck, Verdrehung, ...) der Struktur;
– sie unterliegt keinen Abrieb-, Korrosions- oder Erosionsphänomenen, wenn man ein geeignetes Paar von Werkstoffen für die Wand der Struktur bzw. das Aggregat wählt; und
– sie führt zu keiner Veränderung der Lebensdauer der Bauteile, denen sie zugeordnet ist.

In einer besonderen Anwendung kann die Struktur in Form eines Hohlritzels (eines Getriebes oder jeder anderen mechanischen Vorrichtung) ausgeführt werden, das mit dem erfindungsgemäßen Aggregat gefüllt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Aufhängungssystem eines Getriebes eines Drehflügel-Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers.
Erfindungsgemäß ist das Aufhängungssystem, das mehrere Tragstreben aufweist, dadurch bemerkenswert, dass mindestens eine der Tragstreben eine wie oben erwähnte Struktur aufweist.
So erhöht man die äquivalente Dämpfung mindestens einer der Streben, was es ermöglicht, in der Pilotenkanzel und/oder in der Passagierkabine des Luftfahrzeugs den von den behandelten Streben kommenden Körperschall wirksam zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch zwei Arten von Dämpfungsvorrichtungen, die die oben erwähnte Struktur verwenden, um die Schwingungen eines beliebigen vibrierenden Bauteils zu dämpfen, zum Beispiel:

– einer Schubstange;
– eines Motors;
– eines Schaltgetriebes; oder
– eines drehenden Organs, wie zum Beispiel eines Kompressors oder eines Ventilators.

Eine erste dieser Dämpfungsvorrichtungen weist eine erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur auf, die zwischen dem vibrierenden Bauteil und einem Träger angeordnet ist.
Man stellt fest, dass die verwendete Struktur steif ist und entweder in einem leeren Raum eingesetzt werden oder direkt ein vorher existierendes Element ersetzen kann, das andere Funktionen gewährleistet, insbesondere mechanische oder strukturelle, wie zum Beispiel eine Schubstange.
Eine zweite Vorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen eines vibrierenden Bauteils, die mindestens ein hohles Element aufweist, zum Beispiel eine Trägerstrebe des vibrierenden Bauteils, wird erhalten, indem das Element in Form der erwähnten Dämpfungsstruktur hergestellt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Aussparung dieses Elements eine vorher existierende Aussparung oder eine Aussparung sein, die spezifisch für die Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Diese zweite Dämpfungsvorrichtung hat den zusätzlichen Vorteil, den Platzbedarf nicht zu erhöhen.
Die Figuren der beiliegenden Zeichnung verdeutlichen, wie die Erfindung durchgeführt werden kann. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur,
die 2 und 3 zeigen erfindungsgemäße Strukturen, die verschiedene Arten von Festkörpern enthalten,
die 4 bis 7 und 8 bis 11 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen von inneren Trennwänden der erfindungsgemäßen Struktur in der Längsansicht bzw. in der Ebene,
12 zeigt schematisch eine mechanische Zerlegung der erfindungsgemäßen Struktur,
13 zeigt eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Struktur bei der Aufhängung des Hauptgetriebes eines Hubschraubers.
Die erfindungsgemäße und schematisch in 1 dargestellte Dämpfungsstruktur 1 ist ein nachfolgend präzisiertes mechanisches Element, das erfindungsgemäß eine innere Aussparung 2 aufweist, die von Wänden 3, 4 umgeben wird, die eine Umhüllung 6 bilden und in einer Öffnung 7 münden.
Erfindungsgemäß weist die Struktur 1 auf:

– ein Aggregat 8, das in Kontakt stehende Festkörper 9 enthält und das die innere Aussparung 2 völlig ausfüllt, obwohl aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung die Festkörper 9 nicht in der ganzen Umhüllung 6 der 1 dargestellt sind; und
– Mittel 10 zum Schließen der inneren Aussparung 2 und zum Pressen des Aggregats 8 in der inneren Aussparung 2 gegen die Wände 3 und 4.

Wenn die Struktur 1 Schwingungen ausgesetzt ist, zum Beispiel Längsschwingungen E oder seitlichen Schwingungen F, werden diese Schwingungen durch die Wände 3 und 4 auf die (in Kontakt befindlichen) Festkörper 9 des Aggregats 8 übertragen, das über verschiedene Kontaktpunkte gepresst wird. Beim Durchgang durch jeden dieser Kontaktpunkte wird ein Teil der Schwingungsenergie durch Reibung abgeleitet, so dass die Schwingungen in der Struktur 1 schnell und wirksam gedämpft werden, wie dies in 1 gezeigt ist, mit Dämpfungen e1 und e2 für die Längsschwingungen E und Dämpfungen f1 und f2 für die seitlichen Schwingungen F.
Natürlich kann die Struktur 1 verschiedene, mehr oder weniger massive Formen aufweisen. Vorzugsweise hat sie allerdings eine längliche Form, zum Beispiel nach Art einer Strebe, und die innere Aussparung 2 ist in Längsrichtung der Struktur 1 im Inneren einer rohrförmigen Umhüllung 6 ausgebildet, wie in 1 dargestellt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Festkörper 9, die zum Beispiel aus Kunststoffmaterial bestehen, vorzugsweise Kugeln:

– entweder massiv sein, wobei ihre ganze Masse dann von Werkstoff ausgefüllt wird;
– oder hohl sein, was es ermöglicht, das Gewicht der Festkörper 9 und somit ebenfalls der Struktur 1 zu verringern.

Außerdem können die Festkörper 9 erfindungsgemäß:

– aus verschiedenen Werkstoffen bestehen (Polymer, Metallkeramik, Elastomermaterial, ...), wie dies in 2 gezeigt ist, die Festkörper 9A und 9B gleicher Form und Größe, aber aus verschiedenen Werkstoffen zeigt; und/oder
– unterschiedliche Formen und/oder Größen (Durchmesser) aufweisen, wie in 3 insbesondere für Körper 9C, 9D, 9E und 9F gezeigt ist.

Man stellt fest, dass:

– ein Trägheitsunterschied der Festkörper 9A bis 9F, insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Größen oder Dichten; und/oder
– eine unterschiedliche Steifheit der Festkörper 9A und 9B, vor allem aufgrund von unterschiedlichen Werkstoffen (zum Beispiel ein wenig steifer und intrinsisch stark dämpfender Werkstoff oder ein steiferer und intrinsisch weniger dämpfender Werkstoff)

1

Zusätzlich zu den massiven oder hohlen Festkörpern 9 kann das Aggregat 8 auch eine viskose Flüssigkeit, zum Beispiel Öl, enthalten, das die Freiräume in der Umhüllung 6 zwischen den Festkörpern 9 füllt. Letztere sind dann in ein Schmiermedium eingetaucht, was es ermöglicht, eine mögliche Erwärmung zu verzögern.
Außerdem weisen in einer in 2 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform die Mittel 10 auf:

– eine steife Platte 11, zum Beispiel eine Metallplatte, die so an die Öffnung 7 angepasst ist, dass sie die Umhüllung 6 vorzugsweise dicht verschließen kann; und
– ein elastisches Mittel 12, vorzugsweise eine Feder, das einen elastischen Druck auf die steife Platte 11 ausübt, um das Aggregat 8 zu beanspruchen, d.h. es in die Umhüllung 6 zu pressen, und es sogar ggf. zusammenzudrücken, wenn es eine reduzierte Menge an Flüssigkeit enthält, oder wenn die Festkörper 9 wenig steif sind.

Außerdem enthält die erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur 1 zusätzlich mindestens eine innere Trennwand 13, die fest mit einer Wand 3 oder 4 der Umhüllung 6 der Struktur 1 verbunden und im Inneren der Aussparung 2 angeordnet ist.
Es wurden verschiedene Bespiele von Trennwänden 13 dargestellt:

– in einer schematischen Längsansicht in den 4 bis 7; und
– in der Ebene in den 8 bis 11.

Wie man in diesen 4 bis 11 sehen kann, können die Trennwände 13:

– massiv (4, 5, 6, 7, 8, 10 und 11) oder gelocht sein (5, 9 und 11); und
– beliebige Formen aufweisen, zum Beispiel eben (4 bis 9) oder rohrförmig (10 und 11). In letzterem Fall können die Trennwände 13 jede Art von Querschnitt aufweisen: kreisförmig, elliptisch oder einfach beliebig.

Diese inneren Trennwände 13 ermöglichen es, die Austauschfläche und somit die Reibungsfläche zwischen einerseits den Innenflächen der Wände 3, 4 der Umhüllung 6 und andererseits dem Aggregat 8 zu vergrößern, was es ermöglicht, die Dämpfung der Schwingungen der Struktur 1 zu verstärken.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen hat die erfindungsgemäße Struktur 1 die folgenden Vorteile:

– sie kann einfach hergestellt werden, und ihre Herstellungskosten sind niedrig, insbesondere, wenn die innere Aussparung 2 bereits in der Struktur 1 vorhanden ist;
– sie hat eine verringerte Masse (insbesondere, wenn man hohle Festkörper 9 verwendet) im Vergleich mit manchen bekannten Dämpfungsmitteln, wie zum Beispiel dämpfenden Werkstoffen, die direkt auf die Fläche der zu dämpfenden Struktur geklebt werden;
– das Aggregat 8, das sie aufweist, ist durch die Umhüllung 6 vor äußeren Angriffen (Feuer, Feuchtigkeit, korrodierende Wirkstoffe, ...) geschützt;
– sie ist in einem großen Frequenzband wirksam, und dies für verschiedene Arten von Verformungen (Biegung, Zug-Druck, Verdrehung, ...) der Struktur 1;
– sie ist keinen Abrieb-, Korrosions- oder Erosionsphänomenen ausgesetzt, wenn man ein geeignetes Paar von Werkstoffen für die Wand 3, 4 der Struktur 1 und für das Aggregat 8 wählt; und
– sie führt zu keinerlei Veränderung der Lebensdauer der Bauteile, denen sie zugeordnet ist.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 12 die physikalische Wirkung des Füllens (der Aussparung 2 durch das Aggregat 8) auf das Schwingungsverhalten einer ursprünglich hohlen Struktur 1 (vorhandene, aber leere Aussparung 2) näher erläutert.
Drei verschiedene Arten von Beanspruchungen von hohlen Strukturen 1 können durch das Füllen mit einem Aggregat 8 behandelt werden, nämlich:

– Biegung;
– Zug-Druck; und
– Verdrehung.

Die Schwingungsreaktion einer hohlen Struktur 1 wird als die lineare Überlagerung von Reaktionen von Systemen der zweiten Ordnung betrachtet, die je durch eine Eigenfrequenz, eine modale Dämpfung, eine modale Masse und eine modale Steifheit gekennzeichnet sind.
Bei einer gegebenen Frequenz kann man die Struktur 1 und die Gesamtheit des Aggregats 8 durch die beiden in 12 dargestellten, gekoppelten Systeme ersetzen, bei denen:

– MA und KA die modale Masse bzw. die reale modale Steifheit der nicht behandelten, in Biegung, Längsrichtung oder Verdrehung beanspruchten Struktur 1 darstellen;
– MB die äquivalente Masse des Aggregats 8 darstellt, die durch die Kopplung mit der in Biegung, Längsrichtung oder Verdrehung beanspruchten hohlen Struktur 1 in Bewegung versetzt wird; und
– CB die durch das Aggregat 8 hinzugefügte innere Reibung ausdrückt.

Das Füllen der Aussparung 2 verändert die Schwingungsreaktion der Struktur 1, verändert aber nicht die Erregungskraft F0, die von der stromaufwärts vorne liegenden Erregung kommt (zum Beispiel Gehäuse für das Hauptgetriebe eines Hubschraubers).
Im harmonischen Bereich bestätigen die jeweiligen Verschiebungen während der Zeit x1(t) bzw. x2(t) die Geschwindigkeiten v1(t) bzw. v2(t) und die Beschleunigungen γ1(t) bzw. γ2(t) für eine beliebige Winkelfrequenz ω der Erregungskraft mit der Amplitude F mit F0(t) = F(ω).sin(ωt): v1(t) = jω x1(t) und v(2t) = jω x2(t) γ1(t) = –ω2 x1(t) und γ2 = -ω2 x2(t).
Da die Summe der an jede Masse angelegten Kräfte (Rückstellkräfte, Reibungskraft aufgrund der Kopplung mit der anderen Masse, und ggf. externe Kraft F0) gleich ihrer Trägheitskraft ist, liest sie sich also für jede Masse:

– in Abhängigkeit von der Zeit t:
– in Abhängigkeit von der Winkelfrequenz ω:

²

Davon ausgehend ist es einfach (indem die Frequenz in Hz angenommen wird), das Spektrum der Beschleunigung/Kraft-Amplitude und das Spektrum der Phasenverschiebung der Beschleunigung bezüglich der Kraft zu bestimmen, die durch die Messung (mit f = ω/2π und fA = ωA/2π, wobei fA und ωA die Eigenfrequenz bzw. der Eigenimpuls der Struktur A (nicht gefüllte Struktur 1) sind) zugänglich sind.
Daraus wird abgeleitet, dass die Wirkung des Füllens (Aggregat 8) der Umhüllung 6 auf das Schwingungsverhalten der Struktur 1 ausgedrückt wird durch:

– eine starke Verringerung des Maximums des Amplitudengangs (der die Resonanzfrequenz des gedämpften Systems definiert);
– ein relativ starkes Gleiten des Maximums des Amplitudengangs zu den niederen Frequenzen hin;
– eine starke Verbreiterung des Spektrums des Amplitudengangs; und
– eine starke Verflachung der Kurve des Phasengangs.

Außerdem kann der Koeffizient CB theoretisch in der Nähe der Eigenschwingungsform ωA ausgedrückt werden durch: CB = αB 2ΠfA mB tg(δB) wobei bedeuten:

αB:: ein Koeffizient ohne Dimension, der die reale Wirksamkeit des Füllens ausdrückt;
δB:: ein vorher bekannter intrinsischer Verlustwinkel des Füllwerkstoffs; und
mB:: die physikalische Masse, die durch das Füllen (Aggregat 8) hinzugefügt wird.

Man überprüft also, dass:

– die äquivalente Dämpfung umso größer ist, je höher der Verlustwinkel des Werkstoffs ist;
– die äquivalente Dämpfung proportional zu mB ist; und
– die Wirksamkeit der Dämpfung des Füllens (Aggregat 8) umso besser ist, je höher die Qualität des Kontakts ist.

Die Optimierung der Dämpfung besteht darin, CB zu erhöhen, d.h. die dämpfende Masse des Aggregats 8, die durch αB mB tg(δB) definiert wird.
Die technologischen Parameter, die es ermöglichen, diese dämpfende Masse zu erhöhen, sind:

– für den Verlustwinkel δB: • die Anzahl von Typen von verwendeten Festkörpern 9 (ein einziger Typ oder eine Mischung mehrerer Typen); • die Beschaffenheit der Bestandteile: Polymer, Metallkeramik oder Elastomermaterial; • die Viskosität der ggf. verwendeten Füllflüssigkeit,
– für den Wirksamkeitskoeffizienten αB: • der Oberflächenzustand der das Aggregat 8 bildenden Festkörper 9; • der statische Verdichtungsdruck, der durch die Mittel 10 erzeugt wird;
– für die Füllmasse mB: • die mittlere Volumenmasse der das Aggregat 8 bildenden Festkörper; • der mittlere Durchmesser der das Aggregat 8 bildenden Festkörper 9; • die Wanddicke der das Aggregat 8 bildenden Festkörper 9, wenn diese hohl sind.

Selbstverständlich sind viele Anwendungen für die erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur 1 möglich.
Insbesondere kann die Struktur 1 verwendet werden, um die Schwingungen verschiedener Arten von vibrierenden Bauteilen zu dämpfen. Sie kann somit insbesondere verwendet werden als Teil:

– einer Verbindungsstrebe zwischen einem bezüglich von Schwingungen zu isolierenden Träger und einem Gehäuse, das drehende Elemente umschließt, die diese Schwingungen erzeugen, wie man nachfolgend im Einzelnen anhand von 13 sehen wird; oder
– einer Aufhängung eines Motors, eines Getriebes oder einen drehenden Organs, wie zum Beispiel eines Kompressors oder eines Ventilators.

Um die Aufhängung eines vibrierenden Bauteils bezüglich eines Trägers derart herzustellen, dass letzterer von den Schwingungen des vibrierenden Bauteils isoliert ist, können erfindungsgemäß eine oder mehrere Strukturen 1, insbesondere in Form einer Strebe:

– an freien Stellen zwischen dem vibrierenden Bauteil und dem Träger angesetzt und angeordnet sein; oder
– Elemente, zum Beispiel Schubstangen, ersetzen, die bereits auf dem Bauteil oder dem Träger vorhanden sind; oder
– in bereits vorhandenen (hohlen oder nicht hohlen) Elementen ausgebildet werden.

Die beiden letzten Lösungen haben außerdem den Vorteil, den Platzbedarf nicht zu erhöhen.
Bevorzugte Anwendungen der Dämpfungsstruktur 1 betreffen die Verringerung von lärmerzeugenden Schwingungen bei einem Drehflügel-Flugzeug, insbesondere einem Hubschrauber, und insbesondere die Verringerung:

– des Zahneingriffs- oder Rolllärms, der von den Getrieben kommt; und/oder
– des Zahneingriffs- oder Rolllärms von Hilfsgehäusen (Schmierpumpen, Antrieb von Ventilationssätzen, Klimaanlage, ...), ein Lärm, der in der Kabine sowohl für die Piloten als auch für die Passagiere sehr unangenehm ist.

Die in 13 dargestellte, besondere Anwendung der Erfindung hat zum Ziel, die Dämpfung von Tragstreben 15 eines Aufhängungssystems des Hauptgetriebes BTP (das mit dem Mast 16 des Vorschub- und Auftriebrotors verbunden ist) eines Hubschraubers He zu verstärken, wobei die Tragstreben 15 am Rumpf 17 des Hubschraubers He angeordnet sind.
Hierzu weisen diese Tragstreben 15 je eine erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur 1 auf, wie man es für eine diese Streben 15 sehen kann, die in 13 teilweise im Aufriss gezeigt ist.
Dies wird mit dem Ziel durchgeführt, in der Kabine den von den Streben 15 übertragenen Körperschall, d.h. die von den Streben 15 übertragene Schwingungsenergie, zu reduzieren, die in einem nachfolgend präzisierten Ausdruck |H(f)||γStrebe|²(f) ausgedrückt wird:
Allgemein kann man annehmen, dass das akustische Druckspektrum in der Kabine des Hubschraubers He, das mit Pcab(f) bezeichnet ist, die folgende quadratische Beziehung erfüllt: Pcab2(f) = |T(f)||Pdirekt|2(f) + |H(f)||γStrebe|2(f) + |Q(f)||γStruktur|2(f)
Diese Summierung von Amplituden im Quadrat drückt nämlich die Bilanz der energetischen Übertragungen für den Zahneingriffslärm bei Frequenzen von mehr als 500 Hz aus. Es ist nicht notwendig, die Phasenbeziehungen zwischen Druck in der Kabine und direktem Druck oder Beschleunigungen der Struktur (Rumpf) des Hubschraubers He zu berücksichtigen, aufgrund der großen Anzahl von in der Kabine bei diesen Frequenzen vorliegenden akustischen Schwingungsformen.
Es wird festgestellt, dass:

– der Begriff |T(f)||Pdirekt|²(f) den quadratischen akustischen Druck in der Kabine darstellt, der nur vom direkt vom Hauptgetriebe BTP des Hubschraubers He abgestrahlten Lärm verursacht wird. |T(f)| stellt den Modul des akustischen Übertragungsmoduls (ohne Abmessung) des Lärms dar, der durch die Luft mit einer Amplitude Pdirekt bis zur Kabine abgestrahlt wird;
– der Begriff |H(f)||γStrebe|²(f) den akustischen Druck in der Kabine darstellt, der nur von dem in der Kabine durch die Struktur (Teil des Rumpfes 17) abgestrahlten Lärm verursacht wird, die von den Schwingungen der Befestigungen der Streben 15 erregt wird. |H(f)| stellt die Wirksamkeit der akustischen Strahlung der Schwingungen dieses Teils des Rumpfes in der Kabine dar;
– der Begriff |Q(f)||γStruktur|²(f) den quadratischen akustischen Druck in der Kabine darstellt, der nur vom in der Kabine durch den Rest des Rumpfs abgestrahlten Lärm verursacht wird, der nicht von den Schwingungen der Befestigungen der Streben 15 erregt wird, sondern zum Beispiel vom Boden des Getriebes BTP. |Q(f)| stellt den Modul des Koeffizienten der akustischen Strahlung dieses letzteren Teils des Rumpfes in der Kabine dar.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass die Reduzierung des Lärms in der Kabine signifikant ist bei den Zahneingriffsfrequenzen, bei denen die folgende Beziehung in Abwesenheit einer Behandlung erfüllt wird: |H(f)|γStrebe|2(f) >> |T(f)||Pdirekt|2(f) + |Q(f)||γStruktur|2(f).

Claims

Dämpfungsstruktur (1) mit einer von Wänden (3, 4), die eine Umhüllung (6) bilden und in einer Öffnung (7) münden, umgebenen inneren Aussparung (2) und mit einem Aggregat (8), das mindestens in Kontakt stehende Festkörper (9) enthält, wobei die Struktur außerdem an die Öffnung (7) angepasste Mittel (10, 11), um die innere Aussparung (2) zu verschließen, und mindestens eine innere Trennwand (13) aufweist, die innerhalb der inneren Aussparung (2) angeordnet ist, wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass das Aggregat (8) die innere Aussparung (2) füllt, und dass mindestens einige der Festkörper (9) hohl sind.
Dämpfungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem ein elastisches Mittel (12) aufweist, das einen Druck auf das Aggregat (8) ausübt, um es zu pressen.
Dämpfungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Trennwand (13) zumindest zum Teil durchlöchert ist.
Dämpfungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schließen der Aussparung eine steife Platte (11) aufweisen.
Dämpfungsstruktur nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (12) einen elastischen Druck auf die steife Platte (11) ausübt, um das Aggregat (8) zu pressen.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie länglich ist, und dass die innere Aussparung (2) im Inneren der Struktur (1) in Längsrichtung ausgebildet ist.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass manche der Festkörper (9) massiv sind.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (8) Festkörper (9A, 9B) aufweist, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (8) Festkörper (9C, 9D, 9E, 9F) mit unterschiedlichen Formen aufweist.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (8) Festkörper (9C, 9D, 9E, 9F) mit unterschiedlichen Größen aufweist.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Trennwand (13) rohrförmig ist.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (8) die Aussparung (2) vollständig ausfüllt, und dass die Umhüllung (6) steif ist.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (8) außerdem eine viskose Flüssigkeit enthält, die die Zwischenräume zwischen den Festkörpern (8) füllt.
Dämpfungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form eines Ritzels hergestellt ist.
Aufhängungssystem eines Getriebegehäuses eines Drehflügel-Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, wobei das Aufhängungssystem mehrere Tragstreben (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Tragstreben (15) eine Dämpfungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Vorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen eines auf einen Träger montierten vibrierenden Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dämpfungsstruktur (1) wie diejenige aufweist, die in einem der Ansprüche 1 bis 14 spezifiziert ist, die zwischen dem vibrierenden Bauteil (BTP) und dem Träger (17) angeordnet ist.
Vorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen eines vibrierenden Bauteils, das mindestens ein hohles Element aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Element (15) in Form einer Dämpfungsstruktur (1) wie diejenige ausgebildet ist, die in einem der Ansprüche 1 bis 14 spezifiziert ist.