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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Ventile zum Steuern des Flusses
eines Fluids zwischen einer ersten Umgebung und einer zweiten Umgebung und
insbesondere ein Reduzieren eines Geräuschs, welches von dem durch
ein derartiges Ventil fließenden
Fluid erzeugt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Schieberventile
werden häufig
verwendet, um den Fluss eines Fluids von einer Umgebung zu einer
weiteren zu steuern. Zum Beispiel können Schieberventile den Fluss
eines Fluids, wie zum Beispiel Luft, von einem Abschnitt einer Einschließung, wie
zum Beispiel einem Rohr, zu einem anderen Abschnitt der Einschließung, oder
von einem Innen- oder Außenbereich
einer Einschließung,
wie zum Beispiel einer mobilen Plattform, zu dem entsprechenden
Außen-
oder Innenbereich der Einschließung
steuern. Wenn die Geschwindigkeit eines Flusses durch das Ventil
ansteigt, steigt typischerweise die Menge eines hörbaren Geräuschs, welches
von dem Fluid erzeugt wird, welches durch das Ventil und über den
Ventilschieber (die Ventilschieber) fließt, an. Wenn zum Beispiel ein
Ventil den Fluss von Luft steuert, ist, je schneller die Luft durch
das Ventil und über den
Ventilschieber (die Ventilschieber) strömt, die Wahrscheinlichkeit
von hörbaren
Tönen (d.h.
einem Geräusch),
welche von einer kohärenten
Wirbelablösung
erzeugt werden, wenn sich die Luft von der Schieberoberfläche (den
Schieberoberflächen) trennt,
umso größer. Eine
Wirbelablösung
tritt auf, wenn ein Fluid, welches über eine Fläche verläuft, sich von der Fläche aufgrund
irgendeiner Inkongruenz, zum Beispiel einer Erhebung oder einem
Vorsprung auf der Fläche,
trennt. Wenn sich das Fluid von der Fläche trennt, wird das Fluid durcheinander gebracht.
Wenn dieses Durcheinanderbringen bei einer konstanten Geschwindigkeit,
d.h. Frequenz, auftritt, tritt eine kohärente Wirbelablösung auf
und Töne werden
erzeugt.
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Ein
spezielleres Beispiel wäre
die Verwendung von Schieberventilen in mobilen Plattformen. Mobile
Plattformen, wie zum Beispiel Flugzeuge, Busse, Schiffe oder Züge, steuern
häufig
derartige Sachen wie einen Insassenabteilluftdruck, eine Klimaanlage/Luftqualität und einen
Luftumlauf, indem der Strom von Luft von einer Innenseite des Insassenabteils
zu der Umgebung außerhalb
des Insassenabteils unter Verwendung eines Schieberventils gesteuert
wird. Bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten
wird die Luft, welche durch das Ventil und über den Schieber (die Schieber)
verläuft, Töne erzeugen,
welche von der Luft, die durch die Ventilöffnung und über oder entlang der Oberflächen des
Schiebers verläuft,
hervorgerufen werden.
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Das
von einem Fluid erzeugte Geräusch, während das
Fluid durch ein Schieberventil verläuft, kann eine Störung für Leute
innerhalb eines Hörabstands
sein und sehr irritierend über
ausgedehnte Zeiträume
werden.
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Kurzzusammenfassung der Erfindung
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Die
US-2001/0014582 A1 offenbart eine Abdichtung einer Öffnung für einen Übergang
eines Luftdurchgangs, durch welchen die Luft strömt, wie zum Beispiel eine Öffnung für einen Übergang über den
Luftdurchgang einer Klimaanlage für Fahrzeuge.
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Die
EP-A-0548761 offenbart eine Drosselvorrichtung zum Einstellen eines
volumentrischen Gasstroms, insbesondere eines volumentrischen Luftstroms,
mit einem Strömungsbegrenzer,
welcher eine Stabanordnung aufweist, welche einen Druckverlustkoeffizienten
aufweist, der fest ist und somit unabhängig von dem volumetrischen
Luftstrom, wobei die Stabanordnung in einer vorbestimmten einstellbaren
Position von einem Halteelement gehalten wird, um den Druckverlustkoeffizienten
einzustellen. Die Stäbe
der Stabanordnung sind durch Borsten ausgebildet, welche den Strom
innerhalb der Leitung behindern, um eine Druckverringerung in dem
Strom hervorzurufen, um ein Geräusch
zu verringern.
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GB-1207194
betrifft Düsentriebwerke
mit Mitteln zum Verringern des Geräuschpegels. Ein Düsentriebwerk,
welches für
das Unterdrücken
von Strahlgeräuschen
eingerichtet ist, umfasst ein Gehäuse oder eine Gondel, welche
eine Leitung für
einen Abgasstrahl umgibt, Klappen, welche angeordnet sind, um einen
konvergierenden Abschnitt benachbart zu dem Ende der Leitung auszubilden,
Einblasöffnungen,
welche schwenkbar an dem Ende des Gehäuses oder der Gondel angebracht
sind, um sich nach innen zu bewegen, einen ringförmigen Körper, welcher hinter dem Gehäuse oder
der Gondel angeordnet ist, wobei die Innenfläche des Körpers einen Einlassdurchgang
mit jeder Einblasöffnung
ausbildet, und Turbulenz hervorrufende Mittel, um eine Scherschicht
zu erzeugen, welche den sich ausdehnenden Abgasstrom umgibt. Die
Turbulenzbereiche verringern ein Geräusch während eines Starts.
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Die
US-6116541 offenbart ein Flugzeugkabinenausströmventil, welches eine hintere Öffnung aufweist,
welche verändert
wird, um eine Geschwindigkeit von Kabinenluft, welche an der hinteren Öffnung vorbei
und aus dem Ausströmventil
strömt,
zu stö ren oder
zu erhöhen,
wodurch ein Geräusch
gedämpft wird.
Die Druckschrift offenbart eine Flugzeugkabine, ein Ausströmventil,
welches in einer Öffnung
angeordnet ist, die ausgestaltet ist, um den Strom von Luft zwischen
der Flugzeugkabine innerhalb des Flugzeugs und einer Umgebung außerhalb
des Flugzeugs zu steuern, wobei das Ventil einen ersten und einen
zweiten Schieber umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Flugzeug umfasst:
- – einen
Körper,
welcher eine äußere Hülle mit
einer Öffnung
dadurch aufweist;
- – ein
Abteil innerhalb der Außenhülle; und
- – ein
in der Öffnung
angeordnetes Ventil, welches ausgestaltet ist, den Fluss von Luft
zwischen der Flugzeugkabine innerhalb des Flugzeugs und einer Umgebung
außerhalb
des Flugzeugs zu steuern, wobei das Ventil umfasst:
- – einen
ersten Schieber und einen zweiten Schieber, welche jeweils eine
Fläche
aufweisen;
- – wobei
der erste Schieber einen ersten rauen Strukturabschnitt, welcher
an einer vorderen Kante des ersten Schiebers angeordnet ist, und
einen zweiten rauen Strukturabschnitt, welcher an einer Vorderseite
des ersten Schiebers angeordnet ist, umfasst, und wobei der zweite
Schieber einen dritten rauen Strukturabschnitt, welcher an einer Rückseite
des zweiten Schiebers angeordnet ist, umfasst, wobei die rauen Strukturabschnitte
eine kohärente
Wirbelablösung
der Luft verringern, wenn die Luft durch das Ventil verläuft.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Steuern des Flusses eines Fluids zwischen
einer ersten Umgebung zu einer zweiten Umgebung bereitgestellt.
Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines Ventils, welches in
einem Teiler installiert ist, der die erste Umgebung und die zweite
Umgebung trennt, auf. Das Ventil weist mindestens einen Schieber
auf, welcher den Fluss des Fluids zwischen der ersten und der zweiten
Umgebung steuert. Der Schieber weist eine Oberfläche auf, wobei zumindest ein
Abschnitt der Oberfläche eine
raue Struktur zum Verringern einer kohärenten Wirbelablösung des
Fluids aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen klarer werden, wobei.
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1 eine
schematische Vorderansicht eines Ventils zum Steuern der Strömung eines
Fluids zwischen einer ersten Umgebung und einer zweiten Umgebung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
schematische Draufsicht des in 1 gezeigten
Ventils ist;
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3 eine
schematische Vorderansicht eines in 2 gezeigten
Ventils gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zum Steuern der Strömung eines Fluids zwischen
der ersten und zweiten Umgebung ist;
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4 eine
schematische Draufsicht des in 3 gezeigten
Ventils ist;
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5 eine
schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des in 4 gezeigten Ventils
ist, wobei ein erster Schieber zwei raue Strukturabschnitte aufweist
und ein zweiter Schieber einen Strukturabschnitt aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf beliebige Verhältnisse anwendbar, in welchen
ein Ventil verwendet wird, um die Strömung eines Fluids zwischen einer
ersten Umgebung oder einem ersten Ort und einer zweiten Umgebung
oder einem zweiten Ort zu steuern. Zum Beispiel ist die Erfindung
auf eine mobile Plattform anwendbar, welche ein Ventil verwendet,
um die Strömung
von Luft zwischen einer inneren Umgebung der mobilen Plattform und
einer äußeren Umgebung
der mobilen Plattform zu steuern. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung hier ein eine mobile Plattform referenzieren werden, wird
für einen
Fachmann leicht verständlich
sein, dass der Umfang der Erfindung nicht derartig beschränkt sein
soll.
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1 bzw. 2 sind
eine schematische Darstellung einer Vorderansicht und einer Draufsicht eines
Ventils 10 zum Steuern der Strömung eines Fluids, zum Beispiel
Luft, zwischen einer ersten Umgebung E1 und einer zweiten Umgebung
E2 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ventil 10 weist einen Rahmen 14 auf, welcher
ausgestaltet ist, um in einen Umfang einer Öffnung 18 in einem
Teiler 22 zu passen. Der Rahmen 14 ist mit dem
Teiler 22 unter Verwendung eines Befestigungsmittels 26,
wie zum Beispiel Schweißen oder
mehrere Nieten, Muttern und Bolzen, Schrauben und Heftschweißungen,
gekoppelt. Mindestens ein Schieber 30 ist gelenkig mit
dem Rahmen 14 über mindestens
ein Gelenk 34 derart gekoppelt, dass der Schieber 30 beweglich
zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position
innerhalb des Rahmens 14 ist. In der geschlossenen Position
weist der Schieber 30 näherungsweise
einen Null-Grad-Winkel (0°)
mit dem Teiler 22 auf. In der offenen Position kann der
Schieber 30 einen beliebigen Winkel größer als null Grad (0°) und kleiner
als einhundertachzig Grad (180°)
basierend auf einer gewünschten
Fluidmengenströmung
durch die Öffnung 18 aufweisen.
Zum Beispiel wird der Öffnungswinkel des
Schiebers 30 umso größer sein,
je größer die
gewünschte
Mengenströmung
durch die Öffnung 18 ist, während für kleinere
gewünschte
Mengenströmungen
der Schieber 30 mit kleineren Winkeln geöffnet sein
wird. Der Öffnungswinkel
des Schiebers 30 basiert ferner auf der Größe des Ventils 10.
Das Ventil 10 kann von einer beliebigen Größe sein,
welche für eine
spezielle Anwendung geeignet ist. Zum Beispiel wird in Anwendungen,
wo große
Fluidmengenströmungen
gewünscht
sind, das Ventil 10 größer als
in Anwendungen, wo kleinere Fluidmengenströmungen gewünscht sind, sein.
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Eine
(nicht gezeigte) Steuerung, welche mit einem Aktuator 36 gekoppelt
ist, bewegt den Schieber 30 innerhalb des Rahmens 14.
Ventil 10 steuert die Strömung des Fluids zwischen Umgebungen
E1 und E2 derart, dass die Richtung einer Fluidströmung in
beiden Richtungen sein kann. Das heißt, das Fluid kann von E1 durch
das Ventil 10 nach E2 strömen oder das Fluid kann von
E2 durch das Ventil 10 nach E1 strömen.
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Der
Schieber 10 weist eine vordere Kante 38, eine
hintere Kante 42, eine vordere Seite 46, eine hintere
Seite 50, eine obere Kante 54 und eine untere Kante 58 auf.
Zusätzlich
weist der Schieber 30 eine allgemeine Fläche, welche
in 1 und 2 im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 'S' bezeichnet wird, auf. Fläche S weist
zusammenfassend die Flächen
der vorderen Kante 38, der hinteren Kante 42, der
vorderen Seite 46, der hinteren Seite 50, der
oberen Kante 54 und der unteren Kante 58 auf.
Schieber 30 weist ein im Wesentlichen aerodynamisch sauberes
Profil auf, so dass die Fläche
S glatt und im Wesentlichen frei von Vorsprüngen ist, welche die Strömung eines
Fluids über
die Fläche
S des Schiebers 30 und/oder durch das Ventil 10 behindern
würden. Deshalb
wird einem Fluid, welches über
den Schieber 30 verläuft,
ermöglicht,
im Allgemeinen an der Fläche
S anzuhaften, wenn das Fluid über
den Schieber 30 strömt,
wodurch das Auftreten einer kohärenten
Wirbelablösung,
was ein hörbares
Geräusch
erzeugt, welches hierin auch als Töne bezeichnet wird, verringert
wird. Anders ausgedrückt
ermöglicht
die aerodynamisch saubere Fläche
S, dass eine laminare Strömung
auftritt, wenn das Fluid über
die Fläche S
strömt,
wenn der Schieber 30 in kleinen Öffnungswinkeln, zum Beispiel
0° bis 6°, angeordnet
ist. Für größere Öffnungswinkel
des Schiebers 30, zum Beispiel 7° bis 90°, kann jedoch eine kohärente Wirbelablösung dennoch
auftreten und lästige
Töne hervorrufen.
Um ein Geräusch
zu reduzieren, welches durch die kohärente Wirbelablösung hervorgerufen wird,
vorzugsweise das Geräusch
im Wesentlichen zu eliminieren, wird eine Geräuschbehandlung in kritischen
Bereichen des Schiebers 30 angewendet. Die Geräuschbehandlung
wird nachfolgend im Detail beschrieben.
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In
einer Ausführungsform
ist die vordere Kante 38 abgerundet, wodurch zu dem aerodynamisch
sauberen Profil des Schiebers 30 beigetragen wird und Töne, welche
durch kohärente
Wirbelablösung
erzeugt werden, verringert werden. Die abgerundete Kontur der vorderen
Kante 38 ermöglicht, dass
das Fluid um die vordere Kante 38 mit einer geringen oder
im Wesentlichen keiner Trennung von der Fläche S derart verläuft, dass
eine kohärente
Wirbelablösung
nicht auftritt, wodurch hörbare
Töne erzeugt
werden würden.
Die abgerundete Form der vorderen Kante 38 verbessert das
Anhaften des Fluids an der vorderen Kante 38 für näherungsweise
alle Winkelöffnungen
des Schiebers 30 und für
näherungsweise
alle Fluidströmungsgeschwindigkeiten. Die
abgerundete vordere Kante 38 ist besonders wirksam beim
Verringern einer Geräuscherzeugung bei
kleinen Winkelöffnungen,
zum Beispiel 0° bis
6°.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die vordere Seite 46 eine etwas konvexe Kontur auf,
wodurch zu dem aerodynamisch sauberen Profil des Schiebers 30 beigetragen
wird und das Auftreten einer kohärenten
Wirbelablösung
verringert wird.
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Eine
weitere Quelle eines Geräusches,
welche üblicherweise
bei Ventilen, wie zum Beispiel Ventil 10, auftreten kann,
sind Töne,
welche erzeugt werden, wenn ein Fluid, welches über eine Fläche strömt, mit einer Erhebung oder
einer Kante, wo sich die Höhe
der Fläche ändert, zusammenstößt. Zum Beispiel
können
Kantentöne
von einer Strömung
eines auf Umgebung E2 abgegrenzten Fluids, welches entlang einer
Außenfläche 62 des
Rahmens 14, über eine Öffnung 18,
entlang einer Fläche
S strömt
und mit der Kante des Rahmens 14 an der gegenüberliegenden
Seite der Öffnung 18 zusammenstößt, erzeugt
werden. In einer Ausführungsform
ist, um das Auftreten eines derartigen Kantentons zu verringern, ein
hinterer Abschnitt der vorderen Seite 46, das heißt der Abschnitt
der vorderen Seite 46, welcher die vordere Kante 42 verbindet,
ausgestaltet, eine im Wesentlichen bündige Positionsbeziehung mit
einer Außenfläche 64 des
Rahmens 14 aufzuweisen. Der hintere Abschnitt der vorderen
Seite 46 ist ausgestaltet, eine im Wesentlichen bündige Positionsbeziehung
mit einer Außenfläche 64 für alle Winkelöffnungen
des Schiebers 30 aufzuweisen, insbesondere wenn der Schieber 30 innerhalb
eines Hauptbetriebsbereiches, zum Beispiel zwischen 10° und 20°, angeordnet
ist. Die bündige
Positionsbeziehung verringert einen Unterschied der Flächenhöhen zwischen
dem hinteren Abschnitt der vorderen Seite 46 und der Rahmenaußenfläche 64,
wodurch Kantentöne
erzeugt werden würden,
wenn eine Strömung
eines Fluids über
die Öffnung 18, über die
vorderen Seite 46 des Schiebers 30 strömt und mit
dem Rahmen 14 zusammenstößt.
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Eine
weitere Quelle eines Geräuschs,
welches üblicherweise
bei Ventilen, wie zum Beispiel Ventil 10, auftreten kann,
sind Lecktöne,
welche erzeugt werden, wenn ein Fluid durch einen Zwischenraum zwischen
Teilen eines Ventils, wie zum Beispiel Ventil 10, strömt. Um im
Wesentlichen eine Gefahr von Lecktönen, welche durch ein Fluid
auftreten, das zwischen einem Teiler 22 und einem Rahmen 14 strömt, zu verringern,
weist in einer Ausführungsform das
Ventil 10 eine Dichtung 66 auf, welche zwischen dem
Teiler 22 und dem Rahmen 14 angeordnet ist. Die
Dichtung 66 dichtet beliebige Öffnungen, welche zwischen dem
Teiler 22 und dem Rahmen 14 aufgrund von Abweichungen
der Kontur des Teilers 22 bestehen können, ab. Durch Abdichten aller Öffnungen
verringert Dichtung 66 im Wesentlichen ein Auftreten von
beliebigen Leckgeräuschen.
Vorzugsweise ist die Dichtung 66 ausgestaltet, um zu der
Kontur des Rahmens 14 zu passen, wodurch ein übereinstimmender
Sitz des Ventils 10 in dem Teiler 22 ermöglicht wird.
Der übereinstimmende
Sitz des Ventils 10 in dem Teiler 22 verringert
die Möglichkeit,
dass Kantentöne
auftreten, wenn eine Strömung
eines auf E2 begrenzten Fluids über
die Außenfläche 64 des Teilers 22 strömt.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform, um
ein Geräusch
weiter zu verringern, welches durch kohärente Wirbelablösung des
Fluids erzeugt wird, wenn das Fluid über einen Schieber 30 verläuft, weist mindestens
einen Abschnitt 70 der Fläche S des Schiebers 30 eine
raue Struktur auf. Genauer gesagt ist mindestens ein Abschnitt einer
Fläche
S ausgestaltet, einen rauen Strukturabschnitt aufzuweisen, welcher
hierin als rauer Strukturabschnitt 70 bezeichnet wird.
Der mindestens eine Abschnitt weist eine spezielle Stelle an einer
Fläche
S auf, welche als eine Stelle bestimmt ist, wo eine kohärente Wirbelablösung auftritt.
Der raue Strukturabschnitt 70 verringert wirksam bzw. vermeidet
vorzugsweise im Wesentlichen ein Geräusch, welches von einer kohärenten Wirbelablösung erzeugt
wird, für
näherungsweise alle Öffnungswinkel
des Schiebers 30 und alle Fluidmengenströmungsgeschwindigkeiten
durch eine Öffnung 18.
Die raue Struktur 70 wird zum Beispiel wirksam eine kohärente Wirbelablösung bei
kleinen Öffnungswinkeln
des Schiebers 30 und hohen Mengenströmungsgeschwindigkeiten verringern,
wo Ventile, wie zum Beispiel Ventil 10, besonders anfällig für ein Auftreten
von einer kohärenten
Wirbelablösung
sind.
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Ein
rauer Strukturabschnitt 70 kann bereitgestellt werden,
indem ein Material oder eine Substanz mit einer rauen Struktur mit
der Fläche
S gekoppelt oder verbunden wird oder indem der raue Strukturabschnitt 70 mit
der Fläche
S entweder während
oder nachfolgend zu der Herstellung des Schiebers 30 integriert
ausgebildet wird. Der raue Strukturabschnitt 70 kann zum
Beispiel ein Antirutschband sein, welches an der Fläche S anhaftet
oder eine körnige
Substanz, welche auf die Fläche
S gesprüht
wird. Der raue Strukturabschnitt 70 weist zusätzlich zu
einer speziellen Stelle eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit auf.
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Der
raue Strukturabschnitt 70 verringert Töne, welche durch eine kohärente Wirbelablösung erzeugt
werden, indem die Wirbelablösung
derart aufgelöst
wird, dass, wenn das Fluid sich von der Fläche S trennt und zu wirbeln
beginnt, das wirbelnde Fluid keine konstante Wirbelfrequenz einrichten
wird. Durch Auflösen
der Wirbelablösung
ordnet der raue Strukturabschnitt 70 jegliche kohärente Wirbelablösung zufällig an,
wodurch die Erzeugung eines Geräuschs
und von Tönen
im Wesentlichen verringert wird. Somit bringt der raue Strukturabschnitt 70 wirksam
die Töne
außer
Einklang, indem er verhindert, dass die Wirbelablösung eine
konstante Frequenz einrichtet.
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Um
die Stelle des rauen Strukturabschnitts 70 zu bestimmen,
muss ein Testen an dem Ventil 10 durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann ein rechnerischer Strömungsdynamiktest (Computational
Fluid Dynamics, CFD) durchgeführt
werden, um mindestens eine spezielle Stelle an der Fläche S zu
bestimmen, wo eine Wirbelablösung
auftreten wird. Wenn ein derartiger Test bestimmt, dass eine Wirbelablösung an
mehr als einer Stelle an der Schieberfläche S auftreten wird, dann
wird die Fläche
S an jeder Stelle einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen. Daher
kann die Fläche
S mehrere raue Strukturabschnitte 70 aufweisen, wobei ein
rauer Strukturabschnitt 70 an jeder der Stellen angeordnet
ist, an welcher festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten
wird.
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Die
Größe, Form
und Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 70, welche eine
kohärente
Wirbelablösung
an jeder speziellen Stelle am wirksamsten verringert, wird auch
durch Testen, zum Beispiel CFD-Testen, vorbestimmt. Die Größe eines
rauen Strukturabschnitts 70 betrifft die Menge eines Flächenbereichs
der Fläche
S, über
welche festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird. Ebenso
betrifft die Form des rauen Strukturabschnitts 70 die Form
des Flächenbereichs
der Fläche
S, über welche
festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Größe (Größen) und
die Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S, über welche
ein Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, nur als
minimale Abmessungen verwendet, um die Form und Größe des rauen
Strukturabschnitts 70 zu definieren. Zum Beispiel kann festgestellt
worden sein, dass eine Wirbelablösung über einen
2 cm2 (0,310 in2)
Bereich der Fläche
S an einer vorderen Seite 46, welche im Allgemeinen eine ovale
Form aufweist, auftreten wird. Obwohl nur ein ovaler Bereich von
2 cm2 bestimmt wurde, welcher eine Wirbelablösung bewirkt,
kann der Einfachheit halber und/oder der Effizienz halber die Fläche S einen
rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen, welcher einen 3 cm2 (0,465 in2) im
Wesentlichen rechteckigen Bereich aufweist, welcher den ovalen 2
cm2 Bereich abdeckt und sich darüber erstreckt.
Obwohl ein Testen festgestellt haben kann, dass eine Wirbelablösung über einen
kleinen Abschnitt der Fläche
S an der vorderen Kante des Schiebers 30 auftreten wird, kann
die Fläche
S als ein weiteres Beispiel einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen,
welcher die gesamte vordere Kante 38 und einen Abschnitt
von sowohl einer vorderen Seite als auch der hinteren Seite 46 und 50 abdeckt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
werden die Größe (Größen) und
Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S, über welche ein
Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, als im
Wesentlichen genaue Abmessungen verwendet werden, welche die Form
und Größe des rauen
Strukturabschnitts 70 definieren. Wenn zum Beispiel ein
Testen feststellt, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm2 (0,310
in2) Bereich der Fläche S an einer Vorderseite 46,
welche eine im Wesentlichen ovale Form aufweist, auftreten wird, wird
die Vorderseite 46 einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen,
welcher im Wesentlichen 2 cm2 (0,310 in2) abdeckt und eine im Wesentlichen ovale
Form aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Fläche
S einen rauen Strukturabschnitt 70 derart auf, dass im
Wesentlichen alles der Fläche
S eine raue Struktur aufweist.
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Die
Beschaffenheit einer Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 70 wird
auch aus Testergebnissen vorbestimmt. Das heißt, der raue Strukturabschnitt 70 weist
eine vorbestimmte Rauigkeit derart auf, dass die Struktur eine „Körnigkeit", „Unebenheit" und/oder „Rauigkeit" aufweist, welche
eine kohärente Wirbelablösung auf
ein gewünschtes
Niveau verringern wird. Vorzugsweise verhindert die vorbestimmte Rauigkeit
im Wesentlichen eine kohärente
Wirbelablösung.
Zum Beispiel bestimmen ein Windkanaltesten im Labor oder ein Feldtest
von verschiedenen Beschaffenheiten einer Rauigkeit die Körnigkeit
des rauen Strukturabschnitts 70, um eine kohärente Wirbelablösung für einen
vorgegebenen Schieber 30 eines Ventils 10 im Wesentlichen
zu verringern.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform kann
das Ventil 10 ein Ausströmventil zum Steuern eines Luftdrucks
innerhalb einer Passagierkabine einer mobilen Plattform sein. In
dieser exemplarischen Ausführungsform
würde das
Ventil 10 in einer Öffnung
in einer Außenhülle eines
Rumpfes oder einer Karosserie der mobilen Plattform sein und würde die Strömung von
Luft von innerhalb der mobilen Plattform zu einer umgebenden Umgebung
außerhalb
der mobilen Plattform steuern.
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3 bzw. 4 sind
schematische Darstellungen einer Vorderansicht und einer Draufsicht eines
Doppelschieberventils 100 zum Steuern der Strömung eines
Fluids, zum Beispiel Luft, zwischen einer ersten Umgebung E101 und
einer zweiten Umge bung E102, gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 100 weist einen
Rahmen 114 auf, welcher ausgestaltet ist, um in den Umfang
einer Öffnung 118 in einem
Teiler 122 zu passen. Der Rahmen 114 ist mit dem
Teiler 122 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 126 gekoppelt.
Das Ventil 100 weist einen ersten Schieber 130,
welcher im Wesentlichen identisch zu Schieber 30 ist, welcher
zuvor unter Bezugnahme auf 1 und 2 gezeigt
und beschrieben wurde, auf. Der Dienlichkeit und Einfachheit halber
sind die Bezugszeichen, welche verwendet werden, um den ersten Schieber 130 zu
beschreiben, die um 100 erhöhten
Bezugszeichen, welche verwendet wurden, um Schieber 30 zu
beschreiben. Somit weist der erste Schieber 130 ein Gelenk 134,
einen Aktuator 136, eine vordere Kante 138, eine
hintere Kante 142, eine vordere Seite 146, eine
hintere Seite 150, eine obere Kante 154 und eine
untere Kante 158 auf. Zusätzlich weist der Schieber 130 eine
allgemeine Fläche
S101 auf, welche zusammenfassend die Flächen der vorderen Kante 138,
der hinteren Kante 142, der vorderen Seite 146,
der hinteren Seite 150, der oberen Kante 154 und
der unteren Kante 158 aufweist.
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Ferner
weist der erste Schieber 130 mehrere bevorzugte Ausführungsformen
auf, wobei die Beschreibung der Merkmale und Funktionen in jeder Ausführungsform
von Schieber 30 zuvor anwendbar ist, um die Merkmale und
Funktionen einer Ausführungsform
des ersten Schiebers 130 zu beschreiben. Ferner zeigt 4 noch,
dass in einer bevorzugten Ausführungsform
der erste Schieber 130 mindestens einen rauen Strukturabschnitt 170 aufweist,
welcher im Wesentlichen identisch in der Struktur und Funktion zu
dem mindestens einen rauen Strukturabschnitt 70 ist, welcher
in einer bevorzugten Ausführungsform des
Schiebers 30 beinhaltet ist. Ferner weist Ventil 100 in
einer bevorzugten Ausführungsform
noch eine Dichtung 166 auf, welche im Wesentlichen identisch in
Struktur und Funktion zu Dichtung 66 ist, welche zuvor
unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben
wurde.
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Zusätzlich zu
dem ersten Schieber 130 weist das Ventil 100 einen
zweiten Schieber 174 auf, welcher gelenkig mit dem Rahmen 114 über mindestens ein
Gelenk 178 derart gekoppelt ist, dass der Schieber 174 zwischen
einer offenen Position und einer geschlossenen Position innerhalb
des Rahmens 114 beweglich ist. In der geschlossenen Position
hat der Schieber 174 näherungsweise
einen einhundertachtzig Grad (180°) Öffnungswinkel
mit dem Teiler 122, wobei das Gelenk 178 als ein
Referenznullpunkt verwendet wird. In der offenen Position kann der
Schieber 174, basierend auf einer gewünschten Fluidmengenströmung durch
die Öffnung 118,
einen Öffnungswinkel
von einem beliebigen Wert zwischen einhundertachtzig Grad (180°) und null
Grad (0°)
ausschließlich
einem von einhundertachtzig Grad (180°) aufweisen. Der Öffnungswinkel
des Schiebers 174 beruht ferner auf der Größe des Ventils 100.
Das Ventil 100 kann von einer beliebigen Größe sein,
welche für
eine spezielle Anwendung geeignet ist. Zum Beispiel wird bei Anwendungen,
wo große
Fluidmengenströmungen
gewünscht
sind, das Ventil 100 größer als
bei Anwendungen sein, wo kleinere Fluidmengenströmungen gewünscht sind.
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Eine
(nicht gezeigte) Steuerung, welche mit einer (nicht gezeigten) Verbindung,
die den Aktuator 136 mit einem Aktuator 182 des
zweiten Schiebers verbindet, gekoppelt ist, bewegt den ersten Schieber 130 und
den zweiten Schieber 174 innerhalb des Rahmens 114.
Das Ventil 100 steuert die Strömung eines Fluids zwischen
den Umgebungen E101 und E102, so dass die Richtung der Fluidströmung in
beiden Richtungen sein kann.
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Das
heißt,
das Fluid kann von E101 durch das Ventil 100 nach E102
strömen
oder das Fluid kann von E102 durch das Ventil 100 nach
E101 strömen.
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Der
zweite Schieber 174 weist eine vordere Kante 186,
eine hintere Kante 190, eine vordere Seite 194,
eine Rückseite 198,
eine obere Kante 202 und eine untere Kante 206 auf.
Zusätzlich
weist der Schieber 174 eine allgemeine Fläche auf,
welche im Allgemeinen in 3 und 4 mit dem
Bezugszeichen 'S102' bezeichnet wird.
Die Fläche
S102 weist zusammenfassend die Flächen der vorderen Kante 186,
der hinteren Kante 190, der vorderen Seite 194, der
Rückseite 198,
der oberen Kante 202 und der unteren Kante 206 auf.
Der Schieber 174 weist ein im Wesentlichen aerodynamisch
sauberes Profil auf, so dass die Fläche S102 glatt und im Wesentlichen
frei von Vorsprüngen
ist, welche die Strömung
eines Fluids über
die Fläche
S102 des Schiebers 174 und/oder durch das Ventil 100 behindern
würden. Deshalb
wird einem Fluid, welches über
den Schieber 174 verläuft,
ermöglicht,
im Allgemeinen an der Fläche
S102 anzuhaften, während
das Fluid über den
Schieber 174 strömt,
wodurch das Auftreten einer kohärenten
Wirbelablösung,
die hörbare
Töne erzeugt,
verringert wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist mindestens ein Abschnitt 210 der Fläche S102
des Schiebers 174 eine raue Struktur auf. Genauer gesagt
ist mindestens ein Abschnitt der Fläche S102 ausgestaltet, einen
rauen Strukturabschnitt aufzuweisen, welcher hierin als rauer Strukturabschnitt 210 bezeichnet
wird. Der mindestens eine Abschnitt weist eine spezielle Stelle
an der Fläche
S102 auf, welche als eine Stelle bestimmt wird, wo eine kohärente Wirbelablösung auftritt.
Der raue Strukturabschnitt 210 kann durch Koppeln oder
Verbinden eines Materials oder einer Substanz mit einer rauen Struktur mit
der Oberfläche
S102 bereitgestellt werden, oder der raue Strukturabschnitt 210 kann
durch integriertes Ausbilden des rauen Strukturabschnitts 210 mit
der Fläche
S102 entweder während
oder nachfolgend zu einer Herstellung des Schiebers 174 bereitgestellt
werden. Der raue Strukturabschnitt 210 weist zusätzlich zu
einer speziellen Stelle eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit auf.
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Der
raue Strukturabschnitt 210 verringert Töne, welche durch eine kohärente Wirbelablösung erzeugt
werden, indem die Wirbelablösung
aufgelöst wird,
so dass, wenn sich das Fluid von der Fläche S trennt und zu wirbeln
beginnt, das wirbelnde Fluid keine konstante Wirbelfrequenz einrichten
wird. Somit bringt der raue Strukturabschnitt 210 wirksam
die Töne
außer
Einklang, indem verhindert wird, dass die Wirbelablösung eine
konstante Frequenz einrichtet.
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Um
die Stelle des rauen Strukturabschnitts 210 zu bestimmen,
muss ein Testen an dem Ventil 100 durchgeführt werden.
Es kann zum Beispiel ein CFD-Testen durchgeführt werden, um mindestens eine
spezielle Stelle an der Fläche
S102 zu bestimmen, wo eine Wirbelablösung auftreten wird. Wenn ein
derartiges Testen feststellt, dass eine Wirbelablösung an
mehr als einer Stelle an der Fläche
S102 auftreten wird, dann wird die Fläche S102 an jeder Stelle einen
rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen. Daher kann die Fläche S102
mehrere raue Strukturabschnitte 210 aufweisen, wobei ein
rauer Strukturabschnitt 210 an jeder der Stellen an der
Fläche S102
angeordnet ist, an welcher festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten
wird.
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Die
Größe, Form
und Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 210, welche
eine kohärente
Wirbelablösung
an jeder speziellen Stelle am wirksamsten verringert, wird auch
durch Testen, zum Beispiel CFD-Testen, vorbestimmt. Die Größe des rauen Strukturabschnitts 210 betrifft
die Menge eines Flächenbereichs
der Fläche
S102, für
welchen festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird. Ebenso
betrifft die Form des rauen Strukturabschnitts 210 die
Form des Flächenbereichs
der Fläche
S102, für
welchen festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Form (Formen) und die Größe (Größen) des Abschnitts (der Abschnitte)
der Fläche
S102, über welcher
festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, nur als
minimale Abmessungen verwendet, um die Form und Größe des rauen
Strukturabschnitts 210 zu definieren. Zum Beispiel kann
festgestellt worden sein, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm2 (0,310
in2) Bereich der Fläche S102 an der vorderen Seite 194,
welche eine im Allgemeinen ovale Form aufweist, auftreten wird.
Obwohl nur ein ovaler Bereich von 2 cm2 bestimmt
wurde, welcher eine Wirbelablösung
bewirkt, kann die Fläche
S102 der Einfachheit halber und/oder der Effizienz wegen einen rauen
Strukturabschnitt 210 aufweisen, welcher einen 3 cm2 (0,465 in2) im
Wesentlichen rechteckigen Bereich aufweist, welcher den ovalen 2
cm2 Bereich bedeckt und sich darüber erstreckt.
Obwohl ein Testen bestimmen kann, dass eine Wirbelablösung über einem
kleinen Abschnitt der Fläche
S102 an der Rückseite 198 des
Schiebers 174 auftreten wird, kann als ein weiteres Beispiel
die Fläche
S102 einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen, welcher
einen großen
Abschnitt der Rückseite 198,
alles der hinteren Kante 186 und einen Abschnitt der vorderen
Seite 194 bedeckt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
werden die Größe (Größen) und
Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S102, über welche
ein Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, als im
Wesentlichen genaue Abmessungen verwendet, welche die Form und Größe des rauen
Strukturabschnitts 210 definieren. Wenn zum Beispiel ein
Testen bestimmt, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm2 (0,310
in2) Bereich der Fläche S102 an der vorderen Seite 194,
welche eine im Allgemeinen ovale Form aufweist, auftreten wird, wird
die vordere Seite 194 einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen,
welcher im Wesentlichen 2 cm2 (0,310 in2) abdeckt und eine im Wesentlichen ovale
Form aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Fläche
S102 einen rauen Strukturabschnitt 210 auf, so dass im
Wesentlichen die gesamte Fläche
S102 eine raue Struktur aufweist.
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Die
Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 210 wird auch aus
Testergebnissen vorbestimmt. Der raue Strukturabschnitt 210 weist
eine vorbestimmte Rauigkeit derart auf, dass die Struktur eine „Körnigkeit", „Unebenheit", und/oder „Rauigkeit" aufweist, welche
eine kohärente
Wirbelablösung
auf ein gewünschtes
Niveau verringern wird, vorzugsweise eine kohärente Wirbelablösungen im
Wesentlichen vermeiden wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wirken die Schiebersteuerung und Verbindung, um den ersten und zweiten
Schieber 130 und 174 innerhalb des Rahmens 114 derart
zu bewegen, dass ein konstanter oder etwas konvergenter Düsendurchlassabschnitt 214 während der
meisten üblichen
Betriebsöffnungswinkel
des Schiebers 100 beibehalten wird. Genauer gesagt werden
während
der meisten üblichen
Betriebsöffnungswinkel
des Schiebers 100, zum Beispiel zwischen 12° und 18°, die Vorderseite 146 des
ersten Schiebers 130 und die Rückseite 198 des zweiten
Schiebers 174 in einer näherungsweise parallelen oder
etwas konvergenten Beziehung gehalten. Etwas konvergent bedeutet,
dass die Rückseite 198 dichter
an der vorderen Seite 146 an der hinteren Kante 186 des
zweiten Schiebers 174 als die vordere Kante 138 des
ersten Schiebers 130 ist. Der konstante Düsenöffnungsabschnitt
verringert ein Auftreten von Tönen,
welche erzeugt werden, wenn das Fluid zwischen der ersten Umgebung
E101 und der zweiten Umgebung E102 strömt.
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5 ist
eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform
des Ventils 100 (welches in 4 gezeigt
ist), wobei ein erster Schieber 103 zwei raue Strukturabschnitte 170 aufweist und
ein zweiter Schieber 174 einen Strukturabschnitt 210 aufweist.
Bei dieser Ausführungsform
weist der erste Schieber 130 zwei raue Strukturabschnitte 170 auf,
welche strategisch an einer Fläche
S301 angeordnet sind und eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit aufweisen,
um im Wesentlichen eine kohärente Wirbelablösung eines
Fluids, welches über
die Fläche
S301 des ersten Schiebers 330 strömt, wirksam zu verringern.
Zusätzlich
weist der zweite Schieber 374 einen rauen Strukturabschnitt 410 auf,
welcher strategisch an einer Fläche
S302 angeordnet ist und eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit aufweist, um
eine kohärente
Wirbelablösung
eines Fluids, welches über
die Fläche
S302 des zweiten Schiebers 374 strömt, im Wesentlichen wirksam
zu verringern.
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In
Abhängigkeit
von den Öffnungswinkeln der
Schieber 130 und 174 und von der Fluidmengenströmungsgeschwindigkeit
durch die Öffnung 118 kann
eine kohärente
Wirbelablösung
an der vorderen Kante 138 und der vorderen Seite 146 des
ersten Schiebers 130 und der Rückseite 198 des zweiten Schiebers 174 auftreten.
Um eine kohärente
Wirbelablösung
an dem Schieber 100 im Wesentlichen zu verringern, werden
an den Flächen
S101 und S102 in diesen drei Bereichen raue Strukturabschnitte 170 aufgenommen.
Ein Anordnen von rauen Strukturabschnitten 170 an diesen
drei Stellen wird die Möglichkeit
für ein
Geräusch,
welches von einer kohärenten Wirbelablösung in
dem Ventil 100 erzeugt wird, im Wesentlichen unabhängig von
den Öffnungswinkeln des
ersten und zweiten Schiebers 130 und 174 verringern.
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Bei
einer exemplarischen Ausführungsform kann
das Ventil 100 ein Ausströmventil zum Steuern eines Luftdrucks
innerhalb einer Passagierkabine einer mobilen Plattform sein. Bei
dieser exemplarischen Ausführungsform
ist der erste Schieber 114 ein hinterer Schieber, der zweite
Schieber 174 ein vorderer Schieber, und Ventil 100 in
einer Öffnung
in einer Außenhaut
eines Rumpfes oder einer Karosserie der mobilen Plattform installiert
und steuert die Strömung
von Luft von innerhalb der mobilen Plattform zu einer umgebenden
Umgebung außerhalb
der mobilen Plattform. Die Merkmale der verschiedenen bevorzugten
Ausführungsformen,
welche zuvor beschrieben wurden, verringern im Wesentlichen, dass ein
Geräusch,
welches in der Passagierkabine hörbar
ist, durch Luft, welche aus dem Ausströmventil strömt, und durch Luft, welche über das
Ausströmventil
aus dem Flugzeug strömt,
erzeugt wird.
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Obwohl
die Erfindung in Begriffen von verschiedenen speziellen Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung
mit Veränderungen
innerhalb des Umfangs der Ansprüche
genutzt werden kann.