RU2188613C2 - Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн - Google Patents

Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн Download PDF

Info

Publication number
RU2188613C2
RU2188613C2 RU99120989/28A RU99120989A RU2188613C2 RU 2188613 C2 RU2188613 C2 RU 2188613C2 RU 99120989/28 A RU99120989/28 A RU 99120989/28A RU 99120989 A RU99120989 A RU 99120989A RU 2188613 C2 RU2188613 C2 RU 2188613C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
signal
noise
waves
control device
Prior art date
Application number
RU99120989/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99120989A (ru
Inventor
Элвуд Дж. Норрис
Original Assignee
Эй-Эс-Ай Текнолоджи Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эй-Эс-Ай Текнолоджи Корпорейшн filed Critical Эй-Эс-Ай Текнолоджи Корпорейшн
Publication of RU99120989A publication Critical patent/RU99120989A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2188613C2 publication Critical patent/RU2188613C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78—Other construction of jet pipes
    • F02K1/82—Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/827—Sound absorbing structures or liners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/20—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of a vibrating fluid
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857—Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787—General system configurations
    • G10K11/17879—General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17881—General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being an acoustic signal, e.g. recorded with a microphone
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05D2260/962—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by means of "anti-noise"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/17—Purpose of the control system to control boundary layer
    • F05D2270/172—Purpose of the control system to control boundary layer by a plasma generator, e.g. control of ignition
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/103—Three dimensional
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/107—Combustion, e.g. burner noise control of jet engines
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/128—Vehicles
    • G10K2210/1281—Aircraft, e.g. spacecraft, airplane or helicopter
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3026—Feedback
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3027—Feedforward
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3212—Actuator details, e.g. composition or microstructure
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3216—Cancellation means disposed in the vicinity of the source

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу и системе для уменьшения шума реактивного двигателя, конкретно к подавлению акустических волн, создаваемых реактивным двигателем, заставляя при этом плазму внутри двигателя распространять акустическую интерференционную волну. Устройство имеет датчик для обнаружения шумовой волны и формирования представительного шумового сигнала; анализатор сигналов, генератор сигналов заданной формы для формирования инвертированного по фазе электрического интерференционного сигнала на основе шумового сигнала, а также усилитель, устройство временной задержки, корректор ошибок и средство связи для проведения электрического интерференционного сигнала к плазме, заставляя плазму генерировать пульсирующую интерференционную волну для гашения акустической шумовой волны. В результате повышается эффективность подавления звука от двигателя, при этом система уменьшения звука способна создавать инвертированную по фазе волну, распространяющуюся в трехмерном пространстве, при этом указанная волна создается путем стимулирования плазмы. 3 с. и 25 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к способу и системе для уменьшения шума реактивного двигателя. Конкретнее, данное изобретение относится к подавлению акустических волн, создаваемых реактивным двигателем, заставляя при этом плазму внутри двигателя распространять акустическую интерференционную волну.
Известный уровень техники
Хорошо известно, что реактивные самолеты создают избыточный уровень шума. Люди, живущие рядом с аэропортами, постоянно подвергаются шумам с большой высотой тона и с большой громкостью звука. Пассажиры на борту самолета также должны выносить этот шум в течение длительного времени. Это шумовое "загрязнение" неудобно и даже опасно для здоровья таких лиц. Соответственно, действуют правительственные положения, требующие, чтобы самолет не превышал определенные максимальные уровни шума.
Имеются, в принципе, три источника акустического шума в газотурбинном двигателе. Основной источник шума - это выхлопы двигателя. Высокоскоростные выхлопные газы, выходящие из двигателя, создают и распространяют механический шум от двигателя. Дополнительный источник шума возникает при заборе воздуха из-за высокоскоростного вращения лопастей воздушного винта и компрессора. Наконец, механический шум двигателя передается через конструкцию гондолы самолета.
Самые распространенные способы подавления шума двигателя предполагают пассивные методы, такие как механическая блокировка источника шума шумопоглотителем. К числу других пассивных методов относится механическая блокировка шумовых (звуковых) волн или/и преобразование акустической энергии в разные виды энергии, такие как тепловая энергия или акустические волны разных частот.
Эти методы только условно эффективны, поскольку они позволяют воздуху и выхлопным газам, которые создают шум, свободно перемещаться от источника и при этом пытаются что-то исправить, закрывая или рассеивая акустическую энергию. Аналогичным образом были разработаны выхлопные системы, создающие текущий вниз низкоскоростной поток выхлопных газов, который окружает и тем самым блокирует шумы от высокоскоростного потока. Эти системы имели только ограниченный успех.
Другие способы представляли собой более активные методы, такие как смешивание поступающего воздуха с выхлопными газами для снижения скорости выхлопных газов. Такие перепускные системы предполагают изменение расхода перепуска и зависят от сложных смесителей для смешивания перепускного воздуха с выхлопными газами.
Один из недостатков, связанный с этим методом, заключается в том, что он снижает эффективность работы двигателя, отсасывая забираемый воздух из воздухозаборного канала.
Другой активный метод включает в себя ввод жидкости, например воды, в выхлопные газы. Жидкость нагревается выхлопными газами и быстро расширяется. Быстрое расширение вызывает звук и вибрации, которые не совпадают по фазе с шумом и вибрациями, создаваемыми двигателем.
Однако этот способ требует, чтобы самолет перевозил большой объем жидкости, что увеличивает вес самолета.
В теории почти что полное подавление шума двигателя должно было быть возможным с помощью активного метода, который уничтожает акустические волны. Такой метод работал бы по принципу интерференции волн или интерференции с ослаблением (деструктивной или гасящей интерференции). В способах, в которых пытаются использовать интерференцию с ослаблением, обычно используется микрофон, управляющий блок и громкоговоритель. Микрофон регистрирует подлежащую уничтожению акустическую волну и генерирует электрический сигнал, который посылается в управляющее устройство. Управляющее устройство инвертирует сигнал и посылает его громкоговорителю, который создает акустическую волну, которая обычно отличается по фазе на 180o от начальной звуковой волны. Две волны интерферируют между собой и уничтожают друг друга.
Такие способы были разработаны для интегрирования на выхлопах поршневых двигателей и описаны в патентах США 5466899 и 5414230. К сожалению, реализации теоретической интерференции обычно мешают практические реалии, которые ограничивают образование любой идеальной, инвертированной по фазе акустической волны. Кроме того, эти способы не могут подавить первую половину цикла волны или последнюю половину цикла. Даже если бы можно было реализовать обратное фазовое выравнивание, две волны все же должны иметь симметричные изменения давления для полного подавления.
Такой конкретный пример из уровня техники можно найти в патенте США 3936606, выданном 3 февраля 1976г. Уонки. В этом патенте показана система подавления шумов для газотурбинного двигателя, которая создает противоволну или инвертированную по фазе волну, совпадающую по фазе и имеющую зеркальную симметрию относительно акустической волны. Микрофон обнаруживает акустическую волну. Управляющее устройство создает задержанный по времени зеркально-симметричный сигнал с противоположной фазой для генерирования инвертированной по фазе волны через громкоговоритель. Уонки использует крупные трубы для передачи по каналам связи акустической волны и противоволны, чтобы создать плоские волны, которые можно легко комбинировать для погашения друг друга.
Однако практическое применение этого способа ограничено, потому что существует требование, чтобы волны направлялись через волновод для преобразования всей волновой энергии в плоские волны.
Поэтому было бы полезно разработать способ и устройство для уменьшения шумов, способные быть реализованными в самолете и способные создавать волну интерференции, распространяющуюся в трехмерном пространстве.
Задачи и сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа уменьшения звука.
Другой задачей настоящего изобретения является создание системы уменьшения звука, которая способна реализовываться в самолете.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы уменьшения звука, способной создавать инвертированную по фазе волну для интерференции с ослаблением с акустической шумовой волной.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание системы уменьшения звука, способной создавать инвертированную по фазе волну, распространяющуюся в трехмерном пространстве, вместо того чтобы ограничиваться только плоскими волнами.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы уменьшения звука, способной создавать инвертированную по фазе волну путем стимулирования плазмы.
Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения реализуются в датчике для обнаружения акустических шумовых волн и формирования электрического сигнала, представляющего шумовую волну. Датчик подсоединен к анализатору и генератору сигналов заданной формы, которые преобразуют электрический сигнал в интерференционный сигнал, представляющий интерференционную акустическую волну, которая будет интерферировать с ослаблением с шумовой волной. Можно использовать усилитель и временную задержку для повышения уровня и задержки интерференционного сигнала. Средство связи с плазмой накладывает интерференционный сигнал на электрически проводящую плазму, создаваемую горячими выхлопными газами реактивного двигателя. Интерференционный сигнал позволяет электрически проводящей плазме генерировать пульсирующую интерференционную волну, которая интерферирует с ослаблением с акустическими волнами у источника их образования.
Эти и другие задачи, признаки, преимущества и альтернативные аспекты данного изобретения станут очевидными для специалистов из рассмотрения следующего подробного описания, взятого в сочетании с сопроводительными чертежами.
Описание чертежей
Фиг. 1 - это вид в вертикальном продольном разрезе турбины, включающий в себя предпочтительный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя дополнительный альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя еще один альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5 - это схема предпочтительного примера выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8 - это вид в вертикальном продольном разрезе выходной части турбины, включающий в себя альтернативный пример выполнения системы подавления акустического шума согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Как показано на фиг.1, имеется газотурбинный двигатель 10 с системой 30 уменьшения шума согласно этому изобретению. Двигатель 10 имеет воздухозаборное отверстие 12 и компрессор 14 для сжатия воздуха, поступающего в двигатель 10. Компрессор 14 обычно состоит из компрессора низкого давления и компрессора высокого давления. Воздух смешивается с топливом и сжигается в камере сгорания 16. Расширение сгоревшего топлива и воздуха вращает турбину 18 до поступления в выходную часть 20. Турбина 18 обычно состоит из турбины высокого давления и турбины низкого давления. Турбина 18 приводит в действие компрессор 14. Сгоревшие воздух и топливо выбрасываются через выпускное отверстие 22.
Образование трехмерной интерференционной волны внутри камеры сгорания облегчается проводящей плазмой. Когда воздух и топливо сгорают, образуется в высшей степени ионизированный газ, или плазма 24. В этом состоянии газ нагревается до очень высоких температур, и электроны, окружающие атомы газа, освобождаются от ядра. Таким образом, нагретый газ становится набором свободных электрически заряженных частиц, содержащих отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы. Плазма 24 является электрически проводящей.
Как отмечалось ранее, выходная часть 20 или выпускное отверстие 22 являются первичными источниками акустического шума. Акустические шумовые волны, обозначенные позицией 26, образуются в двигателе 10 и испускаются через выходную часть 20 и из выпускного отверстия 22.
Система 30 уменьшения шума по данному изобретению включает в себя схемы для формирования электрического шумового сигнала, представляющего акустические шумовые волны. Один из примеров таких схем включает в себя датчик 32, такой как микрофон или датчик давления, в общем случае размещенный внутри выходной части 20 для обнаружения акустических шумовых волн. В предпочтительном примере выполнения данного изобретения датчик 32 установлен внутри выходной части 20. Датчик 32 расположен таким образом, что он может обнаруживать шумовые волны внутри выходной части 20, но он защищен от непосредственного контакта с выхлопными газами. Датчик 32 может изготовляться из прочного материала или покрываться защитным покрытием для защиты его от высокотемпературных, высокоскоростных выхлопных газов. При использовании защитного покрытия оно должно иметь такую конфигурацию, чтобы не снижать эффективность работы двигателя.
В качестве альтернативы, как показано на фиг.2, датчик 32 может размещаться внутри всей гондолы 33 двигателя, но снаружи выходной части 20. Такое выполнение имеет то преимущество, что защищает датчик 32 от выхлопных газов. Кроме того, как показано на фиг.3, датчик 32 можно разместить у выпускного отверстия 22 двигателя 10. Такое выполнение имеет то преимущество, что здесь датчик расположен там, где шумовые волны исходят из двигателя. Важно, чтобы датчик 32 был размещен так, чтобы он мог лучше всего обнаруживать шумовые волны, не подвергаясь разрушению газами. Конечно, нужно понимать, что любое количество датчиков можно с пользой разместить в местах внутри двигателя или вне двигателя, как показано на фиг.4.
Как показано на фиг.5, датчик 32 формирует электрический шумовой сигнал 34, соответствующий обнаруженным акустическим шумовым волнам в выходной части 20, который является представлением шумовых волн. Шумовой сигнал 34 передается от датчика 32 к управляющему устройству 35 для обработки. Управляющее устройство (контроллер) 35 может выполнять разные функции, такие как анализ сигналов, формирование сигналов установленной формы, усиление, наложение временной задержки и исправление погрешностей. Конечно, понятно, что сигнал, представляющий шумовые волны, может быть цифровым или аналоговым сигналом и может передаваться или электрически, или методами волоконной оптики.
В предпочтительном примере выполнения датчик 32 электрически соединен, или иначе связывается, с анализатором 36 сигналов, который принимает шумовой сигнал 34 от датчика 32. Анализатор 36 анализирует шумовой сигнал 34.
Шумовой сигнал 34 передается от анализатора 36 сигналов к генератору 38 сигналов заданной формы, который электрически соединен с анализатором 36 сигналов. Генератор 38 сигналов генерирует интерференционный сигнал 40, который инвертирован по фазе относительно шумового сигнала. Важно отметить, что сигнал предпочтительно инвертирован по фазе, а не смещен по фазе. Инвертированный по фазе сигнал инвертирован относительно оси нулевой амплитуды, так что впадины инвертированного сигнала являются зеркальным отражением пиков начального сигнала. Например, если датчик обнаружил сложную, несимметричную акустическую шумовую волну, генератор сигналов создаст инвертированный по фазе сигнал, являющийся обратным сигналом, или зеркальным отражением, начального сигнала. Инвертированная по фазе волна, соответствующая инвертированному по фазе сигналу, будет интерферировать с ослаблением с шумовой волной.
Усилитель 42 можно использовать для создания интерференционного сигнала с увеличенной амплитудой и инвертированного по фазе, чтобы сигнал имел достаточную электрическую величину для стимулирования плазмы 24. Интерференционный сигнал 40 передается к усилителю 42, который электрически соединен с генератором 38 сигналов. Кроме того, поскольку акустические волны распространяются со скоростью звука, а электрический сигнал может двигаться намного быстрее, может возникнуть необходимость наложить временную задержку 46. Усиленный интерференционный сигнал передается на средство наложения и временной задержки 46, которое электрически соединено с усилителем 42.
Более того, можно также включить корректор 48 ошибок, чтобы еще более откорректировать интерференционный сигнал 70. Как показано на фиг.4, датчик 50 ошибок можно разместить вне двигателя, например, на хвосте или сзади на корпусе самолета. Этот датчик 50 ошибок обнаруживал бы получающуюся акустическую волну 70 и формировал бы электрический сигнал 52 ошибки на основе получающейся акустической волны 70, и интерференционный сигнал 40 модифицировался бы корректором 48 ошибок, чтобы заглушить не уменьшенные ранее акустические шумовые волны.
Интерференционный сигнал 40 передается к средству 60 связи с плазмой, которое электрически связано с управляющим устройством 35. Средство 60 связи с плазмой накладывает инвертированный по фазе интерференционный сигнал 40 на плазму 24.
В предпочтительном примере выполнения средство 60 связи с плазмой представляет собой стержень 62, проходящий в выходной части 20, как показано на фиг. 1. Стержень 62 крепится на внутренней стенке выходной части 20 и является электрически проводящим и выполнен из материала, который может выдержать воздействие высокотемпературных, высокоскоростных выхлопных газов.
В качестве альтернативы, как показано на фиг.6, средство 60 связи может быть электродом 64 или рядом электродов на внутренней поверхности выходной части 20. Электрод может представлять собой полоску или кольцо 65 на внутренней поверхности выходной части, окружающее выхлопные газы, как показано на фиг.7. Средство связи может содержать любое количество стержней или электродов для подвода инвертированного по фазе сигнала к плазме 24.
В качестве альтернативы средство 60 может быть антенной 66, расположенной и ориентированной коллинеарно течению выхлопных газов, как показано на фиг.8.
В качестве альтернативы средство связи может размещаться у выпускного отверстия 22 двигателя 10.
Очевидно, что электрический интерференционный сигнал будет эффективным только тогда, когда инвертированный по фазе компонент можно будет своевременно перенести в область плазмы, так чтобы плазма генерировала физическую волну сжатия для подавления нежелательных волн сжатия реактивного двигателя. Этот аспект упоминается как средство генерирования звука, связанное с электрическим интерференционным сигналом 40. Интерференционный сигнал 40 может быть переменным цифровым или аналоговым выходным сигналом управляющего устройства 35. Аспект генерирования звука может предполагать выходное напряжение, связанное с интерференционным сигналом 40, который воздействует на электрическое состояние плазмы. Один возможный механизм создания пульсаций плазмы зависит от напряжения, прилагаемого к плазме, которое вызывает изменение плотности электрического заряда. Изменение плотности заряда сопровождается изменением физической плотности и физических размеров плазмы. Таким образом, прилагая напряжение к плазме, ее заставляют расширяться или сжиматься. Когда плазма расширяется, создается волна давления. Когда плазма сжимается, образуется пустота. Расширение и сжатие плазмы создает пульсирующую интерференционную волну 68, как показано на фиг.1. Поскольку создаваемая плазмой интерференционная волна 68 инвертирована по фазе относительно начального шумового сигнала 34, она интерферирует с ослаблением с акустической шумовой волной 26.
Интерференционная волна 68, создаваемая электрически стимулируемой плазмой 24, характеризуется тем, что она совпадает по фазе с акустической шумовой волной 26, вызываемой двигателем 10, и является ее зеркальным отражением. В соответствии с принципами волновой интерференции, или деструктивной интерференции, интерференционная волна 68 комбинируется с акустической шумовой волной 26 с образованием результирующей акустической волны 70 с более низким уровнем шума. В итоге интерференционная волна 68 значительно тушит акустическую шумовую волну 26.
Если состояние плазмы 24 не достаточно реализовано в выходной части 20, может возникнуть необходимость усилить образование плазмы посредством дальнейшего нагрева выхлопных газов для преодоления диэлектрических свойств выхлопов. В выхлопные газы можно также добавлять проводящий материал для повышения проводимости выхлопных газов. Можно применять разные методы, такие как распыление проводящего материала в камеру сгорания или в выходную часть. Проводящий материал может быть солью или кристаллами соли. Присутствие ионов соли увеличивает проводимость выхлопных газов и снижает температуру, требуемую для получения электрически проводящей плазмы.
Одна из многих проблем, связанных с предыдущими попытками подавить звук, заключалась в неадекватности плоских волн, образуемых в разных применяемых процессах. Конкретно, в некоторых предыдущих системах содержались крупные конструкции тракта для образования плоских волн, чтобы инициировать интерференцию с ослаблением. Однако реально звуковые волны распространяются в равной степени во всех направлениях, а не в единственном линейном направлении. Сложные и крупные конструкции трактов в предыдущих способах не были практически реализуемыми для газотурбинных двигателей из-за плоскостной природы получающихся волн, а также из-за ограниченного пространства и ограничений по любому сопротивлению самолета.
Преимущество настоящего изобретения связано с трехмерностью плазмы 24. Когда плазма 24 расширяется и сжимается из-за стимулирования электрически заряженным интерференционным сигналом 40, она делает это в трех направлениях. Поэтому получаемая интерференционная волна 68 не ограничена плоской волной, а распространяется в трех направлениях, как и акустическая шумовая волна 26, которую она должна погасить.
Хотя данное изобретение было описано с конкретными ссылками и посредством примеров в отношении газотурбинного двигателя самолета, конечно, нужно понимать, что данное изобретение можно применять в отношении газотурбинного двигателя в любой области применения или в отношении любой системы, образующей плазму или другую расширяемую проводящую среду.
Следует понимать, что желательные примеры выполнения изобретения представляют собой только иллюстрации и что специалисты могут их модифицировать. Соответственно, это изобретение нельзя рассматривать как ограниченное раскрытыми примерами его выполнения, но оно должно ограничиваться только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Claims (28)

1. Устройство подавления акустических шумовых волн вблизи плазмы, представляющей собой электрически проводящую расширяемую среду, содержащее схемы для формирования электрического шумового сигнала, представляющего эти акустические шумовые волны, управляющее устройство, электрически соединенное с датчиком, для формирования электрического интерференционного сигнала на основе указанного электрического шумового сигнала, причем электрический интерференционный сигнал в основном инвертирован по фазе относительно электрического шумового сигнала для погашения волны, средство связи с плазмой, электрически соединенное с управляющим устройством, для наложения электрического интерференционного сигнала на электрически проводящую плазму, и средство генерирования звука, принимающее электрический интерференционный сигнал, для обеспечения электрически проводящей плазме генерировать пульсирующую интерференционную волну, гася в основном акустические шумовые волны.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные датчик, управляющее устройство и средство связи с плазмой расположены на газотурбинном двигателе.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя анализатор сигналов, соединенный с датчиком.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя генератор сигналов заданной формы.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя усилитель для увеличения амплитуды электрического интерференционного сигнала.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя средство наложения временной задержки для электрического интерференционного сигнала и синхронизации интерференционных волн с акустическими шумовыми волнами.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя корректор ошибок и датчик ошибок для модифицирования электрического интерференционного сигнала.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит ряд указанных датчиков.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство связи включает в себя электрод.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство связи включает в себя проводящий стержень.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство связи включает в себя антенну, размещенную и ориентированную коллинеарно выхлопным газам.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит средство образования плазмы для создания проводящей, расширяемой газовой среды.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство генерирования звука представляет собой переменное напряжение, прилагаемое к плазме и обеспечивающее расширение и сжатие плазмы в ответ на изменение уровня напряжения.
14. Устройство для подавления акустических шумовых волн вблизи плазмы, представляющей собой электрически проводящую расширяемую среду, содержащее отсек для образования плазмы, средство образования плазмы, соединенное с отсеком, датчик для обнаружения акустических шумовых волн, формирующий электрический шумовой сигнал, представляющий акустические шумовые волны, управляющее устройство, электрически соединенное с датчиком, для формирования электрического интерференционного сигнала на основе указанного электрического шумового сигнала, причем электрический интерференционный сигнал, как минимум, инвертирован по фазе относительно электрического шумового сигнала, средство связи с плазмой, электрически соединенное с управляющим устройством, для наложения электрического интерференционного сигнала на электрически проводящую плазму, и средство генерирования звука, принимающее электрический интерференционный сигнал, для обеспечения электрически проводящей плазме генерировать пульсирующую интерференционную волну, гася в основном акустические шумовые волны.
15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что акустические шумовые волны генерируются средством образования плазмы в указанном отсеке.
16. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что отсек представляет собой газотурбинный двигатель.
17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средство образования плазмы представляет собой газотурбинный двигатель.
18. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя анализатор сигналов.
19. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя генератор сигналов заданной формы.
20. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя усилитель для увеличения амплитуды электрического интерференционного сигнала.
21. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя средство наложения временной задержки для электрического интерференционного сигнала и синхронизации интерференционных волн с акустическими шумовыми волнами.
22. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что управляющее устройство включает в себя корректор ошибок.
23. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно содержит ряд указанных датчиков.
24. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средство связи с плазмой включает в себя электрод.
25. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средство связи с плазмой включает в себя проводящий стержень.
26. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средство генерирования звука представляет собой переменное напряжение, прилагаемое к плазме и обеспечивающее расширение и сжатие плазмы в ответ на изменение уровня напряжения.
27. Способ подавления акустических волн вблизи плазмы, представляющей собой электрически проводящую расширяемую среду, включающий в себя регистрацию акустической шумовой волны, формирование электрического шумового сигнала, представляющего акустические шумовые волны, формирование электрического интерференционного сигнала на основе электрического шумового сигнала, причем этот электрический интерференционный сигнал, как минимум, инвертирован по фазе относительно электрического шумового сигнала, наложение электрического интерференционного сигнала на электрически проводящую плазму и генерирование интерференционной волны с электрически проводящей плазмой, гася в основном акустические шумовые волны.
28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что он включает в себя образование плазмы.
RU99120989/28A 1997-03-07 1998-03-06 Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн RU2188613C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/814,717 1997-03-07
US08/814,717 US5966452A (en) 1997-03-07 1997-03-07 Sound reduction method and system for jet engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99120989A RU99120989A (ru) 2001-09-10
RU2188613C2 true RU2188613C2 (ru) 2002-09-10

Family

ID=25215810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120989/28A RU2188613C2 (ru) 1997-03-07 1998-03-06 Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5966452A (ru)
EP (1) EP1016070A2 (ru)
JP (1) JP2001518160A (ru)
CN (1) CN1251981A (ru)
AU (1) AU6545598A (ru)
BR (1) BR9808834A (ru)
CA (1) CA2282744A1 (ru)
RU (1) RU2188613C2 (ru)
WO (1) WO1998039209A2 (ru)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1098412C (zh) * 1998-07-22 2003-01-08 福利德蒙德·纳格尔 主动降低喷气发动机的噪声发射的装置和方法及其诊断
CA2293076C (en) * 1999-12-22 2010-03-30 Man-Chun Tse Fan and compressor noise attenuation
ATE285107T1 (de) * 2000-10-31 2005-01-15 Tno Verhinderung von oszillationen in strömungssystemen
US6879922B2 (en) * 2001-09-19 2005-04-12 General Electric Company Systems and methods for suppressing pressure waves using corrective signal
US7272234B2 (en) * 2002-04-04 2007-09-18 Brigham Young University Multi-channel active control system and method for the reduction of tonal noise from an axial fan
US7085388B2 (en) * 2002-06-14 2006-08-01 The Boeing Company High frequency jet nozzle actuators for jet noise reduction
US7334394B2 (en) * 2003-09-02 2008-02-26 The Ohio State University Localized arc filament plasma actuators for noise mitigation and mixing enhancement
US20050254664A1 (en) * 2004-05-13 2005-11-17 Kwong Wah Y Noise cancellation methodology for electronic devices
GB0415844D0 (en) * 2004-07-15 2004-08-18 Rolls Royce Plc Noise control
US7669404B2 (en) 2004-09-01 2010-03-02 The Ohio State University Localized arc filament plasma actuators for noise mitigation and mixing enhancement
US7465886B1 (en) 2005-04-18 2008-12-16 Stephen Burns Kessler Spheric alignment mechanism entropic step down and propulsion system
US8383959B2 (en) 2005-04-18 2013-02-26 Stephen Burns Kessler Metamaterial spheric alignment mechanism
US8300844B2 (en) * 2005-12-27 2012-10-30 Caterpillar Inc. Audible feedback of machine load
CN100547237C (zh) * 2006-03-24 2009-10-07 陈世钟 等离子体复合加力涡轮风扇喷气航空发动机
US7870719B2 (en) * 2006-10-13 2011-01-18 General Electric Company Plasma enhanced rapidly expanded gas turbine engine transition duct
US7588413B2 (en) * 2006-11-30 2009-09-15 General Electric Company Upstream plasma shielded film cooling
US7695241B2 (en) * 2006-11-30 2010-04-13 General Electric Company Downstream plasma shielded film cooling
US20090097976A1 (en) * 2007-10-15 2009-04-16 General Electric Company Active damping of wind turbine blades
RU2357109C1 (ru) * 2007-11-07 2009-05-27 Международный Научно-Исследовательский Институт Проблем Управления (Мниипу) Устройство и способ для воздействия на вихревые структуры в турбулентной воздушной струе
CN101231846B (zh) * 2007-12-27 2011-02-02 中国农业大学 利用声波干涉方式的主动噪声控制系统及噪声控制方法
US8453457B2 (en) * 2009-08-26 2013-06-04 Lockheed Martin Corporation Nozzle plasma flow control utilizing dielectric barrier discharge plasma actuators
FR2959342B1 (fr) * 2010-04-27 2012-06-15 Snecma Procede de traitement des ondes acoustiques emises en sortie d'un turbomoteur d'un aeronef avec un dispositif a decharge a barriere dielectrique et aeronef comprenant un tel dispositif
US8737634B2 (en) 2011-03-18 2014-05-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wide area noise cancellation system and method
JP5782833B2 (ja) * 2011-05-26 2015-09-24 株式会社Ihi ファン騒音低減装置
ITTO20120108A1 (it) * 2012-02-09 2013-08-10 Alenia Aermacchi Spa Elemento per l'assorbimento acustico, in particolare destinato ad essere montato su componenti di aeromobili, quali gondole motore.
US10344711B2 (en) * 2016-01-11 2019-07-09 Rolls-Royce Corporation System and method of alleviating blade flutter
JP6913108B2 (ja) * 2016-04-20 2021-08-04 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ アクティブノイズキャンセルシステムおよび装置
GB201615702D0 (en) * 2016-09-15 2016-11-02 Gilligan Paul Plasma speaker
US10465539B2 (en) * 2017-08-04 2019-11-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Rotor casing
CN111637622A (zh) * 2020-06-09 2020-09-08 苏州逸新和电子有限公司 一种空调系统用消音器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936606A (en) * 1971-12-07 1976-02-03 Wanke Ronald L Acoustic abatement method and apparatus
US3792584A (en) * 1972-02-16 1974-02-19 Boeing Co Increased or variable bypass ratio engines
US5127602B1 (en) * 1989-11-21 1995-05-02 Federal Express Corp Noise reduction kit for jet turbine engines.
GB9006371D0 (en) * 1990-03-21 1990-05-16 Secr Defence Active control of noise
US5402963A (en) * 1992-09-15 1995-04-04 General Electric Company Acoustically shielded exhaust system for high thrust jet engines
US5414230A (en) * 1992-09-23 1995-05-09 U.S. Philips Corporation Silencer arrangement for combustion engines
US5386689A (en) * 1992-10-13 1995-02-07 Noises Off, Inc. Active gas turbine (jet) engine noise suppression
ATE159567T1 (de) * 1993-06-25 1997-11-15 Nordam Group Inc System zur schalldämpfung
US5410607A (en) * 1993-09-24 1995-04-25 Sri International Method and apparatus for reducing noise radiated from a complex vibrating surface
DE4342133A1 (de) * 1993-12-10 1995-06-14 Nokia Deutschland Gmbh Anordnung zur aktiven Schalldämpfung

Also Published As

Publication number Publication date
AU6545598A (en) 1998-09-22
BR9808834A (pt) 2000-09-05
CN1251981A (zh) 2000-05-03
US5966452A (en) 1999-10-12
JP2001518160A (ja) 2001-10-09
EP1016070A2 (en) 2000-07-05
WO1998039209A3 (en) 1999-02-18
CA2282744A1 (en) 1998-09-11
WO1998039209A2 (en) 1998-09-11
WO1998039209A9 (en) 1999-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2188613C2 (ru) Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн
Warnaka Active attenuation of noise: The state of the art
Altmann Acoustic weapons‐a prospective assessment
Riley Acoustic streaming
RU99120989A (ru) Способ и устройство для подавления акустических шумовых волн
Yugulis et al. Control of high subsonic cavity flow using plasma actuators
BR0015585A (pt) Sistema de blindagem de som eletrônico, aparelho para melhorar acusticamente um ambiente, e, método para fabricar uma cortina para uso no aparelho, e, sistema de cancelamento de ruído ativo
DK564484A (da) Fremgangsmaade til aktivering af store partikler samt apparat til brug ved udoevelse af fremgangsmaaden
WO1998032495A1 (fr) Appareil d'extinction d'incendie et appareil de prevention d'incendie
Kang et al. Acoustic characteristics of pulse detonation engine with ellipsoidal reflector
Sergeev et al. Corona discharge actuator as an active sound absorber under normal and oblique incidence
Debiasi et al. Noise from imperfectly expanded supersonic coaxial jets
Blair et al. Noise produced by unsteady exhaust efflux from an internal combustion engine
EP2949903B1 (en) Element for sound absorption
Smith et al. Experiments on the active control of inlet noise from a turbofan jet engine using multiple circumferential control arrays
Fuller et al. Foam-PVDF smart skin for active control of sound
Stepaniuk et al. Sound attenuation by glow discharge plasma
Kang et al. Acoustic characteristics of pulse detonation engine sound propagating in enclosed space
Kopiev et al. Instability wave control in turbulent jet by acoustical and plasma actuators
Norum Control of jet shock associated noise by a reflector
Garcia-Bonito et al. Strategies for local active control in diffuse sound fields
Crighton Orderly structure as a source of jet exhaust noise: Survey lecture
Kandula Shock-refracted acoustic wave model for screech amplitude in supersonic jets
Faranosov et al. Plasma-based active closed-loop control of instability waves in unexcited turbulent jet. Part 1. Free jet.
KR100871480B1 (ko) 배기 라인의 출구에 발생된 소음을 감쇠하는 방법 및 장치