DE60309556T2

DE60309556T2 - Schallgedämpfte Triebwerksgondel eines Flugzeugs

Info

Publication number: DE60309556T2
Application number: DE60309556T
Authority: DE
Inventors: Alain Porte; Herve Batard
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: ES2275070T3; US20040094359A1; US6896099B2; EP1426587B1; ATE344876T1; CA2441058C; DE60309556D1; FR2847304B1; EP1426587A1; FR2847304A1; CA2441058A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Triebwerksgondel eines Flugzeugs mit optimierter Schalldämpfung.
Es ist bekannt, dass die Triebwerke von Flugzeugen Quellen eines sehr starken Geräusches sind. Dieses wird insbesondere dann erzeugt, wenn sich das mit diesen Triebwerken ausgestattete Flugzeug in der Nähe einer bewohnten Gegend befindet, zum Beispiel bei dem Start oder der Landung. Die Umweltgesetze, die immer restriktiver werden, verlangen, den Geräuschpegel eines Flugzeugs und folglich den Geräuschpegel der Triebwerke auf einen vorschriftsmäßigen Schwellenwert zu begrenzen, um die von den Bewohnern der Gegend wahrgenommenen Lärmbelästigungen zu begrenzen. Dieser vorschriftsmäßige Schwellenwert ist manchmal in der Nacht sogar noch niedriger, so dass die lärmstärksten Flugzeuge dann weder landen noch starten können, was eine Beschränkung und sogar eine Gewinneinbuße für die solche Flugzeuge nutzenden Fluggesellschaften darstellt. Folglich ist es wünschenswert, den Lärmpegel eines solchen Triebwerks unter die vorschriftsmäßigen Schwellenwerte zu verringern, um diese in rentabler Weise nutzen zu können.
Es ist ferner bekannt, dass ein großer Teil des durch ein Flugzeugtriebwerk erzeugten Lärms von dessen Gebläse herrührt, das im Innenkanal der Triebwerksgondel angeordnet ist, und dass dieser Innenkanal durch ein verlängertes Lufteinlassrohr gebildet wird, einerseits durch einen Umfangsrand des trichterförmig erweiterten Lufteinlasses und andererseits durch einen rohrförmigen Übergangsbereich, der diesen mit dem Gehäuse des Gebläses verbindet und als Hauptaufgaben hat, eine leichtere Montage und Demontage des Lufteinlasses zu ermöglichen und diesen gegenüber Verschleiß und Abnutzungen zu schützen, die sich aufgrund von durch das Gebläse angesaugten Gegenständen ergeben könnten.
Wie die Druckschrift FR-A-2 347 539 zeigt, ist es bekannt, auf der Innenfläche des Lufteinlasses eine rohrförmige Innenverkleidung zur Schalldämpfung in der Art eines Resonators vorzusehen, deren Innenfläche sich in aerodynamischer Kontinuität zu der Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs befindet und der ermöglicht, einen Bereich von aus dem Gebläse kommenden Schallwellen abzufangen und somit den vom Triebwerk nach außen abgegebenen Lärmpegel zu reduzieren.
Eine solche innere Rohrverkleidung zur Schalldämpfung weist eine Sandwichstruktur mit ein oder mehreren wabenförmigen Kernen auf und wird in dieser Druckschrift FR-A-2 347 539 aus zwei rohrförmigen Schallverkleidungen mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften gebildet, die in Kontinuität zueinander angeordnet sind.
Jede dieser beiden Verkleidungen, wie auch andere bekannte akustische Verkleidungen, könnten aus einem einzigen Stück hergestellt sein. Zur Vereinfachung der Konstruktion und Montage sind solche akustischen Verkleidungen jedoch meistens aus mehreren Schalen hergestellt, von denen jede einen Längsbereich der Verkleidung bildet und die mit Hilfe von längs verlaufenden Laschen zusammengesetzt sind, welche die Seitenränder mit benachbarten Schalen verbinden.
Solche Laschen umfassen im Allgemeinen ein längs verlaufendes Laschenband, das am Außenrand der Rohrverkleidung angeordnet ist, und ein längs verlaufendes Laschenband, das am Innenrand derselben angeordnet ist. Das längs verlaufende Innenlaschenband bildet Bereiche der Innenfläche des Lufteinlasses, in welchen einerseits der Lärm nicht absorbiert wird und andererseits die Schallwellen gebrochen werden, was bewirkt, dass die Schallenergie von der Nähe der Wand in Richtung der Triebwerksachse nachlässt und somit, in Verbindung mit einer Reduktion des Lärmpegels, die Leistungsfähigkeit einer solchen Verkleidung gegenüber einem monolithischen Stück stark verschlechtert wird.
Um zu versuchen, diesen Nachteil zu vermeiden, werden insbesondere die Seitenränder der zu verbindenden, benachbarten Schalen beispielsweise angebracht, indem sie in bekannter Weise abgeschrägt werden oder indem dort ein vergüteter Wabenkern eingefügt wird, etc. ... (siehe zum Beispiel die Druckschriften des Standes der Technik US-4,850,093, US-4,969,535 , US-5,014,815, US-5,025,888 und EP-1 167 185). In all den Fällen sind diese Anordnungen langwierig, schwierig und teuer.
Ebenfalls zeigt die Erfahrung, dass selbst mit einer einstückigen Rohrverkleidung zur Schalldämpfung die so erhaltene Dämpfung nicht optimal ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diesen Nachteil zu beseitigen, die Dämpfungsfähigkeiten der Innenverkleidung des Lufteinlasses zu vergrößern und den vom Gebläse des Triebswerks abgegebenen Lärm praktisch vollständig zu eliminieren.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung die Triebwerksgondel eines Flugzeugs, deren In nenkanal ein Gebläse enthält und aufweist:

– einen rohrförmigen Lufteinlass mit einer inneren Rohrverkleidung zur akustischen in der Art eines Resonators;
– ein rohrförmiges Gebläsegehäuse; und
– einen rohrförmigen Übergangsbereich, der den Lufteinlass mit dem Gebläsegehäuse verbindet und deren Innenfläche aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche der inneren rohrförmigen Verkleidung des Lufteinlasses ist, wobei der rohrförmige Übergangsbereich die prinzipielle Aufgabe hat, eine vereinfachte Montage und Demontage des Lufteinlasses zu ermöglichen und diesen gegenüber einer Beschädigung und Abnutzungen zu schützen, die sich von durch das Gebläse angesaugten Gegenständen ergeben könnten,
– wobei der rohrförmige Übergangsbereich eine Innenfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass:
– die rohrförmige Innenverkleidung durch ein einziges rohrförmiges erstes Teil gebildet wird, das keine innere Montagelasche aufweist, und dass die Innenfläche und das rohrförmige erste Teil akustisch homogen sind.

Für die Verfasser bezeichnen die Ausdrücke "akustisch homogen" und "akustisch inhomogen" jeweils "mit" oder "ohne" "einer perfekt gleichförmigen Zusammensetzung bezüglich der Aufnahme und der Ausbreitung von Schallwellen".
Es sei dazu angemerkt, dass die rohrförmige Innenverkleidung zur Schalldämpfung, die im Lufteinlass der Gondel vorgesehen ist, wie dies in der Druckschrift FR-A-2 347 539 beschrieben ist, nicht akustisch homogen sein kann, da sie aus zwei Verkleidungen mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften gebildet wird.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung rührt von der Feststellung, dass eine akustische Inhomogenität auf der Strecke durch das Gebläse erzeugten Lärms zwischen dem Gebläse und dem rohrförmigen ersten Schalldämpfungsteil dessen Wirkungsgrad verringert. So ist der rohrförmige Übergangsbereich, der unentbehrlich ist, der aber nur einen sehr kleinen Bereich der Oberfläche des Innenkanals der Gondel darstellt, in Wirklichkeit der Ursprung für die Beschränkung der Leistungsfähigkeiten der inneren Verkleidung zur Schalldämpfung des Lufteinlasses, was bis heute der Aufmerksamkeit des Fachmanns wegen der Winzigkeit dieses rohrförmigen Übergangsbereichs entgangen ist.
Die Anmelderin hat festgestellt und überprüft, dass der rohrförmige Übergangsbereich, wenn dieser nicht akustisch homogen ist – die Schallentwicklung des Gebläses insbesondere durch die Fraktion unsauber macht und dadurch die Kennwerte durch Hinzufügung von parasitären Wellentypen modifiziert, derart, dass die innere Rohrverkleidung zur Schalldämpfung am Lufteinlass sehr unterschiedlich destrukturierte Wellen erhält, die vom Gebläse abgegeben werden, während sie dazu vorgesehen ist, diese ganz speziell zu dämpfen. Die schalldämpfenden Leistungen dieser Verkleidung kann daher nicht gut sein.
Dagegen sind in der Triebwerksgondel gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der akustischen Homogenität des rohrförmigen Übergangsbereichs die von dem Gebläse abgegebenen Schallwellen wesentlich weniger diffraktioniert, derart, dass das erste Innenteil zur akustischen Dämpfung am Lufteinlass die Wellen (die von dem Gebläse abgegeben werden) ohne Deformationen erhält, die es dämpfen kann. Das Dämpfungsvermögen dieses ersten Teils ist besonders optimal.
Der rohrförmige Übergangsbereich an der akustischen homogenen Innenfläche kann aus mehreren Teilen oder aus einem einzigen Teil bestehen und kann ein Metall, ein Verbundstoff, etc. ... sein. Vorzugsweise ist dieser durch einen Kranz gebildet, dessen Innenfläche die Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs bildet. In vorteilhafter Weise ist dieser Kranz ein einstückiges Teil mit dem Gebläsegehäuse.
In einer Variante kann dieser röhrenförmige Übergangsbereich ein zweites rohrförmiges Innenteil für die akustische Dämpfung in der Art eines Resonators haben (ähnlich dem ersten rohrförmigen Innenteil zur Schalldämpfung des Lufteinlasses), wobei das zweite rohrförmige Teil keine innere Montagelasche aufweist und die Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs durch die Innenfläche des zweiten Rohrteils gebildet wird.
Es sei angemerkt, dass das zweite Innenteil nicht nur ermöglicht, die Leistungsfähigkeit des ersten Innenteils zu verbessern, sondern auch selbst an der Schalldämpfung der von dem Gebläse abgegebenen Schallwellen teil hat.
In vorteilhafter Weise umfasst das rohrförmige Gebläsegehäuse einen Außenkranz, der dieses auf der Seite des rohrförmigen Lufteinlasses verlängert, und der Außenkranz umgibt das zweite rohrförmige Innenteil zur Schalldämpfung des rohrförmigen Übergangsbereichs.
In diesem Fall kann der Außenkranz in abnehmbarer Weise mit dem Lufteinlass verbunden sein oder mit dem ersten rohrförmigen Innenteil fest verbunden sein. Das zweite innere Rohrfeil kann ein integrierter Bereich des ersten inneren Rohrteils sein.
In dem allgemeinen Fall, in welchem der rohrförmige Lufteinlass von der entgegen gesetzten Seite des Gebläsegehäuses durch einen erweiterten Umfangsrand des Lufteinlasses verlängert wird, kann auch die Dämpfung der durch das Gebläse dadurch verbessert werden, dass an der Seite der Wand dieses Lufteinlassrandes ein drittes inneres Rohrteil für die Schalldämpfung in der Art eines Resonators vorgesehen wird, das keine innere Montagelasche aufweist, wobei die Innenfläche des dritten inneren Teils aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche des ersten rohrförmigen Innenteils für die Schalldämpfung ist.
Das Gebläsegehäuse kann an seiner Innenwand eine aerodynamisch dichte rohrförmige Verkleidung aus einem erosionsbeständigen Material tragen, die gegenüber den Flügeln des Gebläses angeordnet ist, wobei die Innenfläche des Dichtungsmantels aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs ist.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung werden verständlich machen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren bezeichnen identisch Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Die 1 ist ein teilweise und schematischer Halbschnitt des Vorderbereichs einer Triebwerksgondel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 2 entspricht einem schematischen Querschnitt entlang von Schnittlinien A-A, B-B oder C-C in 1.
Die 3 und 4 zeigen in schematischem Querschnitt entsprechend der Schnittlinien A-A-, B-B oder C-C in 1 zwei Varianten der in 2 dargestellten Ausführungsform.
Die 5 zeigt in vergrößertem Maßstab eine praktische Ausführungsform des rohrförmigen Übergangsbereichs gemäß der vorliegenden Erfindung für die Gondel der 1 bis 4.
Die 6 und 7 zeigen in ähnlicher Weise wie 5 zwei Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung.
Der vordere Bereich der Triebwerksgondel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, speziell und schematisch in 1 dargestellt, bildet einen Innenkanal 2, in dessen Innerem ein Gebläse 3 angeordnet ist. Das Gebläse 3 umfasst eine Dreheinrichtung 4 mit einer Achse L-L, das mit Flügeln 5 versehen ist.
Vor den Flügeln 5 bildet der Innenkanal 2 einen rohrförmigen Lufteinlass 6.
In bekannter Weise wird die Wand 8 des Lufteinlasses 6 durch eine innere rohrförmige Verkleidungseinrichtung zur Schalldämpfung gebildet. Gemäß der Erfindung wird diese Einrichtung durch ein einziges Rohrteil 10 gebildet, das eine permeable Innenhaut 11, eine impermeable Außenhaut 12 und einen Wabenkern 13, der zwischen der Innenhaut und der Außenhaut 11 und 12 angeordnet ist, aufweist. Das Schalldämpfungsteil 10 kann zum Beispiel aus einem einzigen Stück (siehe 2) oder aus mehreren Längsschalen 14, die durch äußere Laschenbänder 15 (siehe 3) oder durch einen Außenkranz 15A (siehe 4) zusammengehalten werden. Unabhängig von seiner Ausführungsform ist das Schalldämpfungsteil 10 akustisch homogen und umfasst keine Montagelasche auf seiner Innenfläche 10I, die durch die Innenhaut 11 gebildet wird.
Gegenüber den Flügeln 5 des Gebläses 3 wird der Innenkanal 2 durch ein rohrförmiges Gebläsegehäuse 16 aus Metall gebildet, das (wie später auch mit Bezug auf 5 zu sehen sein wird) eine Verkleidung 27 aus einem gegenüber der Wirkung von durch das Gebläse absorbierten Materialteilchen erosionsbeständig ist, umfasst, wobei die Verkleidung die aerodynamische Dichtigkeit mit den freien Enden der Flügel 5 sicherstellt.
Zwischen dem Lufteinlass 6 und dem Gebläsegehäuse 16 ist der Innenkanal 2 durch einen rohrförmigen Formübergangsbereich 17 gebildet, welcher die beiden Elemente verbindet.
Die Wand 18 des Formübergangsbereichs 17 umfasst ein rohrförmiges Schalldämpfungsteil 19, das, wie auch das rohrförmige Schalldämpfungsteil 10, eine permeable Innenhaut 11, eine impermeable Außenhaut 12 und einen Wabenkern 13, der zwischen der Innenhaut und der Außenhaut 11 und 12 angeordnet ist, aufweist. Das Schalldämpfungsteil 19 umfasst keine Montagelasche auf seiner Innenfläche 19I, welche durch die Innenhaut 11 gebildet wird. Im Übrigen ist die Innenfläche 19I des Teils 19 aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche 10I des Teils 10.
An der gegenüber liegenden Seite zum Gebläse 3 ist der rohrförmige Lufteinlass 6 durch eine erweiterte umfängliche Lufteinlasslippe 20 verlängert. Die Wand 21 der Lufteinlasslippe 20 umfasst ein rohrförmiges Schalldämpfungsteil 22, das ebenso wie die Teile 10 und 19, eine permeable Innenhaut 11, eine impermeable Außenhaut 12 und einen Wabenkern 13, der zwischen der Innen- und Außenhaut 11 und 12 angeordnet ist, aufweist. Das Schalldämpfungsteil 22 umfasst keine Schiebelasche auf seiner Innenfläche 22I, die durch die Haut 11 gebildet wird. Ferner ist die Innenfläche 22I des Teils 22 aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche 10I des Teils 10.
In der teilweise und stark vergrößert in 5 dargestellten praktischen Ausführungsform umfasst das Gebläsegehäuse 16 eine Außenverlängerung, welche einen Kranz 23 bildet, ähnlich dem Kranz 15A der 4, und die Wand 18 des Formübergangsbereichs 17 bildet. Dieser Kranz 23, der einen integrierten Teil des Gebläsegehäuses 16 bildet, trägt das Schalldämpfungsteil 19. Am Rand des rohrförmigen Lufteinlasses 16 angeordneten Ende ist der Kranz 23 als Flansch 24 ausgebildet. Dieser Flansch 24 ist so ausgebildet, dass dieser mit einem Flansch 25 kooperiert, der mit dem Teil 10 fest verbunden ist, um den Lufteinlass 6 und den Formübergangsbereich 17 mit dieser von Befestigungsmitteln 26 fest zu verbinden.
Es sei angemerkt, dass als Varianten in dieser Vorrichtung aus 5 das Schalldämpfungsteil 19 mit dem Schalldämpfungsteil 10 fest verbunden sein kann, zum Beispiel indem es mit diesem einen integrierten Teil bildet, und über den Flansch 25 hinaus vorsteht, derart, dass dieses akustische Teil 19 bei der Montage und der Demontage des Lufteinlasses 6 und des Gebläsegehäuses 16 in den Kranz 23 eingesetzt bzw. heraus gezogen wird.
Im Übrigen ist in 5 die rohrförmige Verkleidung mit einer erodierbaren Dichtung 27 dargestellt, die durch die Innenwand 16I des Gebläsegehäuses 16 getragen wird. Die Innenfläche 27I der Verkleidung 27 ist aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche 19I des Schalldämpfungsteils 19 des Formübergangsbereichs 17.
In der in 6 gezeigten Ausführungsvariante bildet das rohrförmige Schalldämpfungsteil 19 einen integrierten Teil des rohrförmigen Schalldämpfungsteils 10, indem es den Randbereich desselben bildet, der an dem Gebläsegehäuse 16 angeordnet ist. Ferner ist das rohrförmige Schalldämpfungsteil 10 mit Hilfe des Randbereichs 19 mit dem Kranz 23 fest verbunden – der selbst mit dem Gebläsegehäuse 16 fest verbunden ist.
In der Ausführungsvariante aus 7 umfasst das Gebläsegehäuse 16 in Richtung des rohrförmigen Lufteinlasses 6 eine Verlängerung 28 in Form eines Kranzes aus einem einzigen Stück, der mit dem Lufteinlass 6 durch Flansche 24, 25 und durch die Befestigungs mittel 26 verbunden ist. Die glatte Innenfläche 28I des Kranzes 28 gewährleistet die Kontinuität zwischen der Innenfläche 10I des Lufteinlasses 6 und der Innenfläche 27I des Gebläsegehäuses 16.

Claims

Triebwerksgondel (1) für ein Flugzeug, deren Innenkanal (2) ein Gebläse (3) enthält und aufweist: – einen rohrförmigen Lufteinlass (6) mit einer rohrförmigen Innenverkleidung zur Schalldämpfung, in der Bauart eines Resonators; – ein rohrförmiges Gebläsegehäuse (16); und – einen rohrförmigen Übergangsbereich (17), der den Lufteinlass (6) mit dem Gebläsegehäuse (16) verbindet und dessen Innenfläche aerodynamisch kontinuierlich mit der Innenfläche der rohrförmigen Innenverkleidung des Lufteinlasses (6) ist, wobei der rohrförmige Übergangsbereich (17) die prinzipielle Aufgabe hat, eine vereinfachte Montage und Demontage des Lufteinlasses (6) zu ermöglichen und diesen gegenüber einer Beschädigung und Abnutzung zu schützen, die sich durch vom Gebläse angesaugte Gegenstände ergeben könnten, – wobei der rohrförmige Übergangsbereich (17) eine Innenfläche (19I, 28I) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass: – die rohrförmige Innenverkleidung durch ein erstes rohrförmiges Teil gebildet ist, dass keine innere Montagelasche aufweist, und dass die Innenfläche (19I, 28I) und das erste rohrförmige Teil (10) akustisch homogen sind.
Triebwerksgondel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Übergangsteil (17) durch einen Kranz (28) gebildet ist, dessen Innenfläche (28I) die Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs (17) bildet.
Triebwerksgondel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (28) einen integrierten Bereich des rohrförmigen Gebläsegehäuses (16) bildet.
Triebwerksgondel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Übergangsbereich (17) ein zweites inneres rohrförmiges Teil (19) zur Schalldämpfung in der Bauart eines Resonators umfasst, das keine innere Montagelasche aufweist und dessen Innenfläche (19I) die Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs (17) bildet.
Triebwerksgondel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Gebläsegehäuse (16) einen Außenkranz (23) aufweist, der dieses am rohrförmigen Einlass (6) verlängert, und dass der Außenkranz (23) das zweite innere rohrförmige Teil (19) zur Schalldämpfung des rohrförmigen Übergangsbereichs (17) umgibt.
Triebswerksgondel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkranz (23) abnehmbar mit dem Lufteinlass (6) verbunden ist.
Triebswerksgondel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkranz (23) mit dem ersten inneren rohrförmigen Teil (10) fest verbunden ist.
Triebswerksgondel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite innere rohrförmige Teil (19) einen integrierten Bereich des ersten rohrförmigen Teils (10) bildet.
Triebswerksgondel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in welchem der rohrförmige Einlass (6) an der gegenüber liegenden Seite zu dem Gehäuse (16) des Gebläses (3) durch eine erweiterte umfängliche Lufteinlasslippe (20) verlängert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlasslippe (20) auch ein rohrförmiges inneres Teil (22) zur Schalldämpfung in der Bauart eines Resonators umfasst, dessen Innenfläche (22) keine Montagelasche aufweist und mit der Innenfläche (10I) des ersten inneren rohrförmigen Teils (10) zur Schalldämpfung aerodynamisch kontinuierlich ist.
Triebswerksgondel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläsegehäuse (16) auf seiner Innenwand (16I) eine rohrförmige Verkleidung (27) mit aerodynamischer Dichtigkeit aus einem erosionsbeständigen Material aufweist und in Bezug zu den Flügeln (5) des Gehäuses (3) angeordnet ist, und dass die Innenfläche (27I) der Dichtigkeitsverkleidung (27) mit der Innenfläche des rohrförmigen Übergangsbereichs (17) aerodynamisch kontinuierlich ist.