SE465870B - Propelleranordning samt saett att driva denna foer bullerminskning - Google Patents

Description

465 870 2 Fig. 8 ett diagram av moduleringsfrekvensen i motroterande propellerpar såsom en funktion av bladantal.

Fig. 9 visar ett motroterande flygplanspropellerpar.

Fig. 10 och 11 visar bullerspektra.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Nedan beskrivs en modelleringsteknik, som utvecklats för att approximera det buller som alstras av kölvattenväxelverkningarna vid propellerbladen i motroterande propellergrupp. Tekniken ger en grundval för propellerkonstruktion.

Först behandlas en enkel, motroterande modell av en främre propeller med åtta blad och en bakre propeller med ett enda blad. Därnäst behandlas en modell, i vilken propellrarna har bladantal, som skiljer sig med ett (exempelvis 8 och 9). Sedan analyseras det fall i vilket bladantalen skiljer sig med två (exempelvis 9 och 11), följt av en diskussion av andra bladantal.

Uttrycket motroterande, som används i det följande, hänför sig till de motsatta rotationsriktningarna hos två flygplanspropellrar, som delar en gemen- sam axel, såsom propellrarna 1A och IF på axeln 1 i fig. 1A och 9.

För den första modellen visar fig.1 schematiskt de två propellrarna. Den enbladiga bakre propellern antyds genom blocket 2A och förpropellern antyds genom åtta cirklar 2F1-8, representerande åtta blad, med cirkeln 2F7 skuggad.

Propellrarna roterar i motsatta riktningar, såsom visas med pilar 4 ooh 6.

Beträffande bullret gäller att, om den bakre propellern 2A är stationär och endast de förliga bladen 2F roterar, en bullerpuls (visad av vågorna 8 i fig. 2A) kommer att alstras inom den streckade cirkeln 11, varje gång ett rörligt förblad 2F passerar det enda stationära bakre bladet 2A, nämligen med hastigheten NfSf per sekund. Nf är antalet blad på förpropellern (åtta i detta fall) och Sf är förpropellerns rotationshastighet i varv per sekund. I detta exempel, med hastigheten 10 varv per sekund, kommer 80 bullerpulser att alstras vid den streckade cirkeln 11 varje sekund.

Bullerpulserna antas ha en sinusformig grundton plus högre övertoner.

Detta med andra ord antas tryckfördelningen såsom funktion av avståndet vara en sinusform plus högre övertoner, såsom bestäms av bullerpulsens verkliga fysiska form. Sinusvågbeteende antas genom huvuddelen av denna diskussion även om de belysta principerna är lika väl tillämpliga på de högre övertonerna som på grund av (d v s sinus)-tonen. En sinusform 14 visas i den övre vänstra delen av fig. 2. Koordinater för tryck och avstånd är införda i fig. 2. Sinusvågen rör sig i pilens 16 riktning bort från den streckade cirkeln ll, med ljudets hastighet i det omgivande mediet, nämligen luft.

Användning av en sinusform för beskrivningsändamål måste anses rimligt. 3 465 870 Sinusformen antas emellertid endast för beskrivningsändamål och i varje praktisk situation bör högre övertoner beaktas och bearbetas enligt principerna för före- liggande uppfinning. För diskussion är den enkla, sinusformiga tonen relevant, emedan en valfri, slumpartad tryckfördelning kan uttryckas såsom en Fourierserie av sinusformer.

Sedan det visats att frekvensen är Nfsf, när endast förpropellern 2F roterar, kommer nu frekvensen, när båda propellrarna roterar, att behandlas.

Fig. 2A till 2I visar propellrarna i fig. 1 längs pilen 2. Dessa figurer 2A-21 visar en följd av bladkorsningar. Liksom tidigare är förpropellerns hastighet 10 r/s och nu antas bakre propellerns hastighet vara identiskt lika. Sålunda är den tid som förflyter mellan situationerna enligt fig. 2A och B lika med 1/160 s, liksom den tid som förflyter mellan situationerna 2B och C, o s v för hela fig. 2. Den totala tid som förflyter mellan situationerna i fig. 2A och 2I är 8/160 s.

Läget för bladkorsningen roterar nu, såsom visas av den streckade cirkelns 11 rörelse kring centrum 20. Frekvensen för bladkorsningar (d v s bullerpulser) FC = (Sf + Samf-'Na (1) där Fc betecknar en bärfrekvens (senare beskriven i detalj), Sa är akter- propellerns hastighet (10 r/S), Na är antalet blad på akterpropellern 2A (ett) och de andra variablerna är såsom definierats ovan. I detta exempel är FC = 160 pulser/s (d v s 160 = 8 x 1 x (10+10)). Uttryckt på annat sätt kommer för varje varv av båda bladen, av vilka hälften visas av följden i fig. 2A-I, totalt 16 bladkorsningar att finnas. Sekvensen uppträder tio gånger varje sekund, vilket alstrar 160 pulser per sekund.

Situationen är likartad med den i fig. 3 visade. Där roterar en buller- källa 23 (likartad med den streckade cirkeln 11 i fig. 2A-I) kring ett centrum 25, såsom visas av pilen 28. Bullerkällan 23 alstrar en bullerpuls med den ovan beskrivna frekvensen, som i detta exempel är 160 pulser per sekund eller 16 pulser per varv. Pulserna anges av cirklarna 30A-P. Cirkeln 30A är större än cirkeln 30P, angivande att vid den tid då pulsen 30P alstras har pulsen 30A expanderat.

En observatör 33 är placerad i rotationsplanet. Denna diskussion är nu begränsad till rotationsplanet, emedan det är där som bulleremissionsintensitet- en är störst, med snabbt fall av bullret för och akter om rotationsplanet. De angivna principerna gäller i mindre grad, när lyssnaren förflyttas ut ur rotationsplanet, men behovet av bullerreduktion minskas även i ett sådant fall. 465 870 4 Avståndet 35 kan approximeras såsom summan av avstånden 38 och R. Om exempelvis radien R är 6 fot och om avståndet 38 är 994 fot, är enligt Pytagoras sats av- ståndet 35 1.000.018 fot. Felet, nämligen 0,018 fot, representerar en felprocent av omkring 0,0D18%, som införs genom approximationen, vilket betraktas såsom försumbart. Avståndet 35 antas sålunda vara lika med summan av avstånden 38 och R. f Det bör framhållas att detta antagande har den verkan att rörelsen åt vänster och höger (d v s rörelse i pilarnas 40 och 43 riktningar) av buller- källan 23, avlägsnas såvitt avser observatören 33. Observatören uppfattar nu bullerkällan 23 såsom i rörelse mot och bort från denne längs linjen 38, såsom visas av pilarna 46 och 49, med en hastighet, som ändras sinusformigt. Denna rörelse av bullerkällan 23 alstrar ett sinusformigt förskjutet pulståg 52, visat i fig. 4C, såsom nu kommer att förklaras.

Fyra förenklande antaganden görs nu. Ett, bullerkällan 23 roterar med ett r/s. Två, pulsfrekvensen är 16 pulser/s. Tre, ljudhastigheten är 1100 fot/s.

Fyra, radien R är 10 fot. Under dessa antaganden representerar fig. 4A-B en ögonblicksbild av vågfronterna ( d v s cirklarna 30A-P i fig. 3) efter ett varv, d v s efter en sekund.

Den allra första vågfronten 30A (utgående vid punkten 56A i fig. 3 och 4A vid t = 0 s) förflyttades 1100 fot under den förflutna tiden av en sekund. Den första vågfronten 30A anges av pilen 57A i fig. 4C. Den andra vågfronten 308 (utgående vid punkten 568 i fig. 3 och 4A vid tiden t = 1/16 s) förflyttades 1031 fot inom 15/16 s, en sträcka, som är 69 fot mindre än den första våg- fronten. Emellertid hade bullerkällan 23 förskjutits bort från observatören 33 i fig. 3 med en sträcka 58, som är lika med 10 sin 2¶ /16 fot före pulsalstring (10 är radien R och 21T/16 är den vinkel i radianer, som passeras av buller- källan mellan de första och andra pulserna). Sålunda är pilen 578, som represen- terar den andra pulsen i fig. 40, icke 1031 fot från centrum 25 utan (1031- 10/sin 2 H /16) fot. Vågfronterna 3DC-30P för resten av pulserna beräknas på likartat sätt upp till den 16:e pulsen, som alstras vid punkten 56P i fig. 3 och 4B vid t = 1,0 s. Pilen 57P, som representerar denna vågfront, är belägen omkring 68 + 10 sin 2 n/16 fot från centrum 25. Sålunda alstrar den roterande bullerkällan det förskjutna pulståget 52 i fig. 4C.

Det bör framhållas att ett sådant pulståg 52 i själva verket är en fas- eller frekvensmodulerad bärvåg. En kvantitativ beskrivning av denna bärvåg kommer nu att ges.

Först en observation. Rotationshastigheten för den pulserande bullerkällan 23 i fig. 3 (som är lika med rotationshastigheten för den streckade cirkeln 11 i fig. 2A-I) är bestämd av och lika med hastigheten för den enkla akterpropellern 465 870 2A i fig. 1. Ett skäl härför är att förekomsten av det enda bladet är ett nöd- vändigt villkor för uppträdande av en bullerpuls. Denna rotationshastighet kommer att betecknas såsom en moduleringsfrekvens, Fm, av Skäl som framgår senare. Denna moduleringsfrekvens skall skiljas från frekvensen för bladkors- níngäfflä (FC i ekvation 1 ovan), som är en funktion av bladantalen liksom av propellerhastigheterna.

För att återgå till den kvantitativa beskrivningen, kommer nu i detalj att anges den modifikation som sinuskurvan 14 i fig. 2 undergår såsom resultat av den streckade cirkelns 11 rotation. Såsom visas i fig. 5 alstras sinuskurvan 14 i fig. 2 styckevis såsom följer. Antag att delen 61A i fig. 5 av sinuskurvan 14 alstras vid punkten 64A av bullergeneratorn 23. Delen 61B alstras vid punkten 64B o s v till delen 61E, som alstras vid punkten 64E. Den tid to som åtgår för någon av delarna att passera propellerns radie R är lika med R/VS, där VS är ljudhastigheten. De successiva vågdelarna 61A-E måste passera olika sträckor 68A-D mot observatören 33 och sålunda ankommer vågdelarna vid olika tider. Varje vågdel har en olika tidsfördröjning. Dessa respektive tidsfördröj- ningarna beräknas ur ekvationen tn = to siníš (IA) där vinkeln {+(visad i fig. 5) är lika med den pulserande bullerkällans 23 rotationshastighet gånger den förflutna tiden, eller Fmt, och to är den tid som erfordras för ljudet att passera radien, en tid av R/V$- Om ingen tidsfördröjning infördes av bullerkällans 23 rotation i fig. 3, såsom när det enda bladet 2A var stationärt, vilket behandlats ovan, skulle alla sinuskurvorna alstras vid ett enda ställe i fig. 5, såsom punkten 64A. Denna "stationära" sinuskurva kan beskrivas av ekvationen P =.k sin (zfzfFctl (2) där P är lika med trycket (eller ljudintensiteten) och K är en valfri konstant.

Med försummande av dämpningen på grund av avståndet, vilken påverkar K, kommer observatören 33 att uppfatta samma våg, beskriven av samma ekvation och visad såsom sinuskurvan 14.

När emellertid bullerkällan 23 roterar, införs en fasändring, såsom beskrivits ovan, och observatören uppfattar nu en våg, som beskrivs av följande ekvation P = K sin (2 if Fc(t + tn)) (3) där tn är fasändringen och definieras ovan.

Härur erhålls t" = R/vs sin Fmzift (4) 4e5 870 6 Z I - 2n Fc R/VS, sålunda (5) P K sin (21rFct + M sin Fm2n t) (6) Det bör frahållas att denna sista ekvation (6) innehåller en vinkelterm, 2 Fct, och en fasterm M x sin Fm21rt. Vidare ändras fastermen såsom en funktion av tiden. Denna ekvation har formen P = sin (Het + M sin Hmt) (7) där Hc = 2n Fc och Hm = 21rFm.

Denna ekvation (7) är en klassisk ekvation, som används inom fas- eller frekvensmodulerad radioteknik. Den kan utvecklas i följande serie: Ps = JO(M) sin Wct + (3) J1(M) sin (Wc+Wm)t - J1(M) sin (WC-Wm)t + J2(M) sin (Wc+2Hm)t - J2(M) sin (WC-2Wm)t + J3(M§ sin (wc+swm)i - J¿(M) sin (wc-swm)i ers D I serien avser termerna Jn(M) Besselfaktorer av första slaget och n-te ordningen. Tabell 1 vid slutet av denna beskrivning är en sammanställning av några Besselfaktorer.

Besselfunktionens utveckling innehåller en grundfrekvens MC med en amplitud J°(M) och en serie av sidoband. Sidobanden skiljer sig i frekvens från grundfrekvensen med multiplar av Hc och har amplituderna hos de respektive termerna J1(M), J2(M), etc. Ekvationen 8 visar att den roterande, pulserande bullerkällan 23 i fig. 3 i verkligheten alstrar ett bullerspektrum med spektralkomponenter av Jn(M)- Såsom ett exempel på tillämpmningen av tabell 1 antas en bärfrekvens av 1000 Hz, (d v s Hc = Zfl' x 1000), en moduleringsfrekvens av 100 Hz (Hm = 2 W x 100) och ett moduleringsindex, M, av 10. Då blir från tabell 1 ekvation 8 följande.

Ps - -o.z4s9 sin wc: (9) + o.o4ss sin (w + wm)r - o.o4as sin (Hc - Hmlt + 0.2S46 sin (W + 2Wm)t - 0.2S46 sin (WC - 2Wm)t + O O 0.0584 sin (HC + 3Wm)t - 0.0584 sin (Hc - 3Wm)t - o.z196 sin (wc + 4wm): + o.z19e sin (wc -f4wm)t - 0.234l sin (WC + 5Hm)t + 0.2341 sin (WC - SWm)t - 0.014S sin (WC + 6Wm)t + 0.0l45 sin (WC - 6Wm)t + 0.2167 sin (WC + 7Wm)t - 0.2167 sin (WC - 7Wm)t + 0.3179 sin (WC + 8Wm)t - 0.3179 sin (WC - 8Wm)t 0.2919 sin (WC + 9Wm)t - 0.29l9 sin (WC - 9Wm)t + + 000 0.207S sin (WC l0Wm)t - O.207S sin (WC - l0Wm)t + + 465 870 ÅmP7ltUde*"a ( d V S teVm@""a Jn(10) från tabell 1) för mittfrekvensen och sidobanden avbildas i fig. 10. Man ser hur energispektrum blir utspritt från bärfrekvensen (100 Hz) på grund av frekvensmodulering. När M ökas ytterligare, närmar sig situationen i fig. 11: många sidoband med mycket liten amplitud.

Föreliggande uppfinning kan utnyttja Besselfunktionsutvecklingen av ekvation 8 enligt följande. Förutsatt att hälften av sidobanden är över bär- frekvensen och hälften är under, kommer placering av bärfrekvensen vid eller nära den övre frekvensgränsen för mänsklig hörsel att göra halva antalet av sidobanden ohörbara. En mer komplicerad lösning är att placera bärfrekvensen inom det hörbara området men välja en hög moduleringsfrekvens Nm, så att sidobanden (d v s termerna Jn) är vitt åtskilda, så att de över bärfrekvensen belägna snabbt lämnar det hörbara området och de under bärfrekvensen belägna snabbt lämnar det hörbara området via den negativa frekvensbanan. De som återstår i det hörbara området bör vidare ha små amplituder, d v s små termer dn, så att det mesta av energin kommer att vara förbundet med de många termerna utanför det hörbara området. Denna senare, mer komplicerade lösning kommer sannolikt att erfordras, när motorn är stor, emedan konstruktionsbegräns- ningar (exempelvis propellerhastighet och diameter) sannolikt icke medger att Fc är nära frekvensgränsen för mänsklig hörsel.

Från en annan synpunkt styr moduleringsfrekvensen Fm avståndet mellan och sålunda spridningen av sidobanden: en hög Fm medför en Större spännvidd (i Hz) mellan angränsande sidoband och medger följaktligen att det mesta av energin förskjuts utanför det hörbara området (d v s endast några få, vitt åtskilda sidobandsfrekvenser återstår inom det hörbara området). Modulerings- index M styr amplitudfördelningen av sidobanden enligt tabell 1, och givetvis enligt mer utförligt beräknade Besselfunktionstabeller. Moduleringsfrekvensen Fm är bullerkällans 23 i fig. 3 rotationshastighet, vilken är lika med rotationshastigheten för den streckade cirkeln ll i fig. 2, såsom ovan beskrivits. Moduleringsindex M styrs av den tid som åtgår för ljudet att passera propellerns radie, ävensom av bärfrekvensen Fc, såsom visas i ekvation 5.

Denna analys kommer nu att utsträckas från den förenklade åttablads/ett- bladsmodellen till en modell, vid vilken antalet blad skiljer sig med ett, såsom åtta och nio, visade i fig. 6, (diametrarna i fig. 6 är olika för att underlätta illustrationen). I ett sådant fall är bladkorsningarna sekvensiella på följande sätt: blad 1A korsar 1F, sedan korsar 2A, ZF o s v tills 1A korsar 9F (icke IF).

Vinkelavståndet 72 i radianer mellan angränsande blad på en propeller är den totala vinkeln kring omkretsen, 27T, dividerad med antalet blad, eller 2 n/N (10) där N är antalet blad. 465 870 För förenkling kan termen 2 Ãfi täljaren i ekvationen (10) ersättas av termen i varv. Sålunda kan avståndet från blad till blad uttryckas såsom 1/N varv/blad (11) Såsom visas i fig. 6, är förbladet lF och akterbladet 1A i färd med att korsa varandra och alstrar därmed en bullerpuls. En efterföljande puls kommer att alstras av en korsning av bladen 2F och 2A vid omkring läget klockan 1.30, som visas med en streckad cirkel ll. Den hastighet med vilken bladen 2A och 2F närmar sig varandra är summan av deras individuella hastigheter, Sf + Sa.

Den sträcka 74 som de måste täcka före korsningen är skillnaden mellan deras vinkelavstånd, 1/Na - 1/Nf.

Den tid T som behövs för bladen att täcka denna sträcka är avståndet 74 dividerat med hastigheten, eller T = (JNB-1N¿) varv/blad (12) (sf + Sa) varv/s De särskilda enheterna sekunder/blad som uppkommer, innebär i själva verket sekunder-per-blad-korsning. Sålunda är tidsintervallet mellan successiva bladkorsningar T, såsom definieras i ekvation 12. Frekvensen för korsningar är reciprokvärdet av T: Fc = 1/T (13) Detta är den bärfrekvens som är användbar för Besselutvecklingen enligt ovan. Moduleringsfrekvensen för åttablads/niobladspropellrarna kommer nu att behandlas. Såsom angetts ovan i åttablads/ettbladsmodellen, var Fm rotations- hastigheten för den streckade cirkeln 11 i fig. 2. Den föreliggande Fm för den analoga streckade cirkeln 11 i fig. 6 beräknas såsom följer. I fallet med lika propellerhastigheter kommer korsningspunkten 76 att vara mitt emellan bladen 2A och ZF. Sålunda komer den sträcka som passerats av den streckade cirkeln 11 mellan korsningspunkterna 75 och 76 att vara sträckan 79 (= 1/Na) plus sträck- an 77 (= 1/Nf dividerad med 2, eller 1/2 (1/Na + 1/Nf)- Den tid S0m den streckade cirkeln ll behöver för att förflyttas denna sträcka är T sekunder, såsom beräknats ovan i ekvation 12. Sålunda har den streckade cirkeln (d v s moduleringsfenomenet) en rotationshastighet (d v s avstånd/tid) av 1/2(1/Na + 1/Nf) (14) m " (1/Na -1/Nfl/(sf + sa) F Emedan Sf = Sa, och genom multiplikation med NfNa erhålles NfNa ( N) 465 870 M-sf Nf* a (Nf _ Na: Det faktum att nämnaren i ekvation (15) kan vara negativ, om Nf är mindre än Na, saknar betydelse, emedan det negativa tillståndet endast uppkommer genom konstruktion av propellern med det större antalet blad Na.

Betydelsen av FM i ekvation 15 blir uppenbar vid jämförelse med ett annat Fm, som härleds nedan.

I det följande behandlas det fall när bladantalen skiljer sig med 2, såsom när Nf = 5 och Na = 7. En sådan propellergrupp visas schematiskt i fig. 7.

Det bör framhållas att för att den föreliggande analysen skall vara tillämplig, ett ytterligare villkor måste vara uppfyllt, nämligen att bladantalen icke inne- håller några gemensamma faktorer. Uttrycket “inga gemensamma faktorer" innebär att intet heltal finns, som är jämnt delbart i båda bladantalen. Exempelvis skiljer sig Na = 8 och Nf = 10 med två. De har ändå den gemensamma faktorn 2. Den gemensamma faktorn 2 i detta exempel medför i själva verket att blad- grupperna fungerar såsom två grupper i följd med Na = 4 och Nf = 5. I ett sådant exempel skulle en analys, liknande den som ges för fig. 6, vara till- lämplig för varje grupp.

I fallet med en bladskillnad av två och inga gemensamma faktorer inträffar en bladkorsning (bladen 1A och IF) inom den streckade cirkeln 11A i fig. 7.

Nästföljande korsning inträffar inom den streckade cirkeln 1lB, halvvägs mellan bladen 3A och 4F under lika propellerhastigheter. Korsningarna är icke i följd SåS0m l fl9- 7- Sträckan 89 är 3/Nf och sträckan 91 är 2/Na. Mittpunkts- avståndet 92 är halva deras summa eller D = (3/Nf + 2/Na) x 1/2 (16) I det allmänna fallet är täljarna (3 och 2 i detta exempel) i verkligheten (Nf-1)/2 respektive Na-1)/2. Detta beror på att varje successiv bladkorsning inträffar så nära som möjligt den diametrala motpunkten mot den föregående korsningen. Följaktligen är det (N-1)/2-dra bladet involverat. Ekvationen för beräkning av FC är densamma som i fallet med åtta-blad/ett-blad-fallet, nämligen (15) Fc = (Sf + SamfNa (l) Detta innebär att Fc avser det totala antalet kölvattenskärningar per sekund men nu justerat för det olika antalet bakre blad. Vidare är den streckade cirkelns rotationshastighet vid rörelse från punkten 84 till punkten 86 sträckan D i ekvation 16 dividerad med den förflutna tiden, som är det inverterade värdet av Fc' 465 870 10 Algebraiskt gäller 86 is the distance D of equation 16 divided by the time elapsed, which is the inverse of Fc. Algebraically, . a- (a 41:24 -ai-ï-“i a fsf+sfl><~f~fl> m» ~ F., - â_ [Nauf-uamzauf-Nf](espsa) (19) Fm = å, [NaNf-(g%~¿>] (arsa) m) Diskussionen ovan är åter begränsad till en bladskillnad av två.

Fm har beräknats för ett flertal bladformer (med användning av ekvationerna ovan för bladskillnader av 1 och 2 och andra approximativa formler för andra värden av bladskillnad) och några resultat anges i fig. 8. Det bör framhållas att en annan ekvation används för formerna av linjerna B (ekv. 15) än för linjen C (ekv. 29). Vidare finns inga värden för linjen A, representerande lika bladantal. Ett skäl härför är att i ett sådant fall ingen rotation finns av något som liknar den streckade cirkeln 11 i fig. 3: alla bladkorsningar inträffar samtidigt. Ingen ekvivalent finns till den roterande bullerkällan 23.

Såsom visas i fig. 8, erhålls en relativt hög Fm för följäfldê situationer (1) Na = Nf + 2, med inga gemensamma faktorer (2) Na Nf = 12 (3) Na = 8, Nf = 11 eller 13 (4) En propeller med 5 blad, den andra med 7, 8, 11, 12, 13 eller 14 (5) En propeller med 6 blad, den andra med 11 eller 13 (6) En propeller med 7 blad, den andra med 9, 10, 11, 12, 13 eller 15 (7) En propeller med 8 blad, den andra med 11, 13 eller 14 (8) En propeller med 9 blad, den andra med 11, 13 eller 14 (9) En propeller med 10 blad, den andra med 13 eller 14 (10) En propeller med 11 blad, den andra med 13, 14 eller 15 (11) En propeller med 13 blad, den andra med 14 eller 15 (12) En propeller med 14 blad, den andra med 15 Dessa bladkombinationer illustrerar ett flertal utföringsformer av före- H 465 870 liggande uppfinning. Den höga Fm medför en vid spridning i sidobanden i ekvation 8 och medför sålunda att sidobanden av högre ordning (exempelvis är sidobandet J2 av lägre ordning än J3) blir ohörbara.

Ett flertal väsentliga aspekter av föreliggande uppfinning kommer nu att behandlas. För det första uppkommer moduleringen av bärvågen (vilken möjliggör manipulering av bullerspektrum i ekvation 8) ur den fram- och återgående rörel- sen av den pulserande bullerkällan 23 i fig. 3. Denna rörelse uppkommer av rotationen av den pulserande bullerkällan kring centrum 25. Uppfinningen ökar moduleringsfrekvensen Fm över den som gäller för lika bladantal (Fm = noll för lika bladantal, såsom visas av linjen A i fig. 8) och vidare över fallet med bladantal, som skiljer sig med ett (visat av linjerna B i fig. 8). Ur en syn- punkt uppkommer denna ökning av Fm av en syntetiskt inducerad rymdövehoppning av korsningssställen (de streckade cirklarna 11 är korsningsställena), såsom nu kommer att förklaras.

I fig. 6 inträffar en korsning vid punkten 75 och den nästföljande kors- ningen i tid inträffar vid punkten 76. Dessa korsningar är angränsande i rymden i den mening att det blad som är involverat i den första korsningen (d v s bladet 1A med korsning vid punkten 75) gränsar till det blad på samma propeller som är involverat i den nästföljande korsningen (d v s bladet 2A, och kors- ningen vid punkten 76 i detta exempel). Det finns inget mellankommande blad mellan bladen 1A och 2A. (Ett mellankommande blad är exempelvis bladet 2A, som ligger mellan bladen 1A och 3A. Dessa sistnämnda två blad är sålunda icke an- gränsande). Därför är de bladkorsningar i fig. 6 som följer på varandra tids- mässigt (exempelvis vid punkterna 75 och 76) icke angränsande i rymden.

Situationen är annan i fig. 7. I denna figur inträffar en korsning vid punkten 84, medan den nästföljande korsningen inträffar vid punkten 86. Dessa två korsningar är icke angränsande i rymden: bladet 1A är involverat i den första korsningen, medan bladet 3A är involverat i den nästföljande korsningen och bladet 2A ligger mellan dessa och gör dem icke-angränsande.

Därför är i fig. 7 de korsningspunkter som följer på varandra tidsmässigt (exempelvis punkterna 84 och 86) icke-angränsande i rymden. Korsningspunkterna är icke-angränsande av åtminstone det skälet att en annan korsningspunkt (nämligen punkten 86A i den streckade cirkeln 11C, innefattande bladen 2A och 3F) ligger mellan punkterna 84 och 86 men ändå inträffar dess korsning senare än båda korsningarna vid punkterna 84 och 86.

Till följd av denna icke-närhet är rymdavståndet mellan på varandra följ- ande korsningar ökat i fig. 7 jämfört med fig. 6. Avståndet mellan de streckade cirklarna 11A och B i fig. 7 är ökat, så att den sträcka som passeras mellan på 465 870 12 varandra följande korsningar är större, vilket sålunda effektivt ökar rotations- frekvensen hos den pulserande bullerkällan 23 i fig. 3. Den föregående diskussionen ger ett sätt att förklara den stora skillnad i Fm som inträffar vid ändring från exempelvis nioblad-tioblad (Fm = 425 i fig. 8) till nio-blad- elva-blad (Fm = 2225). Detta hopp i Fm ger propellerkonstruktören större flexibilitet vid manipulering av bullerspektrum i ekvation 8 genom att, såsom ovan nämnts, förskjuta det mesta av bullerenergin utanför det hörbara området.

Icke-närheten hos på varandra följande korsningspunkter kan betraktas på ett annat sätt. Såsom framhållits ovan, är avståndet D mellan korsningspunkterna 75 och 76 i fig. 6 1/2(1/Na + 1/Nf). Detta innebär att D är medelvärdet av bladavstånden. Såsom ett matematiskt faktum måste D vara lika med eller mindre än den större av 1/Na eller 1/Nf. Det erinras om att 1/N är avståndet mellan blad. Sålunda är i fig. 6 avståndet mellan på varandra följande korsningspunkter (exempelvis punkterna 75 och 76) lika med eller mindre än det större bladav- ståndet (exempelvis avståndet ellan bladen IA och 2A i detta exempel).

I motsats härtill är avståndet mellan på varandra följande korsningar (exempelvis punkterna 84 och 86) i fig. 7 större än bladavståndet på endera propellern, 1/Na och 1/Nf är bladavstånden, men avståndet mellan på varandra följande korsningar är D, beräknat enligt ekvation 16 ovan. Uppenbarligen måste D i detta fall vara större än endera bladavståndet. Därför är en annan syn på uppfinningen att avståndet mellan på varandra följande korsningar är större än bladavståndet på endera propellern. Denna skillnad bringar moduleringsfenomenet (d v s de streckade cirklarna 11, representerande den roterande, pulserande bullerkällan 23 i fig. 3) att förflyttas längre mellan pulserna i fig. 7 jämfört med fig. 6.

En andra väsentlig aspekt av uppfinningen förklaras med hänvisning till fig. 9.

Uttrycket "radieförhållande" kommer först att definieras. Radieförhållan- det hänför sig till förhållandet mellan radien vid bladroten (radien Rr) till radien vid bladspetsen (radien Rt). Givetvis kommer radieförhållandet alltid att vara mindre än ett. I diskussionen ovan antogs att bullerpulsen uppträdde i ett diskret område, såsom i de streckade cirklarna 11 i fig. 2 och 9. De streck- ade cirklarna 11 är belägna nära propellerns omkrets. Emellertid alstras det verkliga korsningsbullret hela vägen längs propellrarna, längs hela området 102 i fig. 9. Med högt radieförhållande närmar man sig emellertid den förenklade situationen i fig. 2: ingen bladkorsning finns i området 104 i fig. 9 och sålunda alstras där intet buller av intresse för den föreliggande diskussionen.

Bulleralstringen blir alltmer lokaliserad till den streckade cirkeln 11, när radieförhållandet ökas. 465 870 13 Sökanden har analyserat motroterande propellergrupper med ett radie- förhållande av 0,4 och antar att deras bladkorsningspulser liknar den roterande bullerkällan 23 i fig. 3.

Beträffande en tredje aspekt av uppfinningen har diskussionen ovan icke behandlat huruvida det större antalet blad bör uppträda på förpropellern eller akterpropellern. Ett mindre blad alstrar i allmänhet ett mindre kölvatten. När ett akterblad skär det mindre kölvattnet, uppkommer mindre buller. Om sålunda förpropellern och akterpropellern är lika belastade (d v s alstrar lika driv- kraft), kommer belastningen per blad att vara mindre på den propeller som har fler blad. Därför är ett större antal mindre blad på förpropellern önskvärt, emedan många små kölvattenskärningar (d v s bullerpulser) är att föredra fram- för få stora.

Dessutom rör sig den inkommande luftströmmen till akterpropellern snabbare än den som inkommer till förpropellern, emedan förpropellern accelererar den luftström som matas till akterpropellern. Den ökade lufthastigheten försämrar strypningsegenskaperna hos akterpropellern. Ett minskat antal blad på akter- propellern förbättrar emellertid sådana egenskaper. Därför är ett lägre antal blad på akterpropellern önskvärt av strypningsskäl. Strypningsproblemet blir särskilt viktigt vid drift ed hög hastighet och överljudsdrift. Följaktligen visar buller och strypning att det högre antalet blad bör vara på förpropel- lern.

Beträffande en fjärde aspekt av uppfinningen har diskussionen ovan endast behandlat buller i radialplanet i fig. 3, i vilket observatören befinner sig.

Sådant buller frekvensmoduleras av olika bladantal, såsom behandlats ovan.

Ett annat buller kommer nu att behandlas, nämligen det som uppfattas av en observatör (ej visad), som är placerad på axeln 1 i fig. 1A och 9. Detta buller på axeln är icke frekvensmodulerat, emedan avståndet mellan observatören och korsningsställena icke ändras. Emellertid ger föreliggande uppfinning en ökning av frekvensen hos sådant buller på axeln, såsom nu kommer att visas.

I såväl åtta-blads/åtta-blads fallet och ett elva-blads/fem-blads fall be- räknas korsningsfrekvensen genom ekvation 1. Den verkligen uppfattade frekvensen kommer emellertid att vara olika i de tvâ fallen. I 8/8-blads-fallet är den upp- fattade frekvensen en åttondel av den beräknade korsningsfrekvensen, emedan korsningarna uppträder samtidigt i grupper av åtta. I 11/5-fallet är den uppfattade frekvensen lika med korsningsfrekvensen, emedan korsningarna följer på varandra i tidsföljd: inga är samtidiga. Därför har det buller på axeln som alstras av föreliggande uppfinning väsentligt högre frekvens än det buller på axeln som alstras av motroterande par med lika bladantal. Denna högre frekvens 14 465 870 , kan vara fördelaktig, först emedan högre frekvenser dämpas snabbare med avstand- et,för det andra att högre frekvenser ibland är mer tolerabla för åhörare än låga frekvenser och för det tredje att vissa höga frekvenser ibland är tillåtna enligt bestämmelserna, medan vissa lägre frekvenser icke är detta. Därför kan föreliggande uppfinning åstadkomma ett buller med högre frekvens på axeln, till- sammans med ett frekvens- eller fasmodulerat buller i propellerns plan, med ett sammansatt buller, som är summan av de två i områdena mellan axeln och radial- planet.

Uttrycket "avstånd" har använts i diskussionen ovan, såsom exempelvis av- stånden 77 och 79. Ett mått på avståndet är vinkelavståndet: vinkeln 77 definieras geometriskt såsom förhållandet mellan längden av bågen 77 och omkretsen av den cirkel av vilken bågen 77 bildar en del. Sålunda finns ingen väsentlig skillnad i det föreliggande sammahanget mellan vinkelavstånd och verklig båglängd. Om båglängd skall användas, måste givetvis bågarna tas från cirklar med jämförbar diameter: bågen 77 skulle kunna vara längre än bågen 79, även om den senare bågen representerar en större vinkel, på grund av de olika radier vid vilka dessa bågar visas. En uppfinning är sålunda en grupp av mot- roterande flygplanspropellrar anordnad så att korsningarna mellan för- och akterblad alstrar en fas- eller frekvensmodulerad bärvåg. Denna bärvåg har ett akustiskt frekvensspektrum, som kan manipuleras genom ändring av variabler, såsom bladantal och bladhastigheter, för att alstra ett önskat bullerspektrum.

Ett önskvärt spektrum är ett, hos vilket mycket av den akustiska energin före- kommer vid frekvenser, som är ohörbara för människor. I förenklad mening upp- delar uppfinningen en given mängd av bullerenergi i många komponenter med olika frekvenser, så att energin i ett utvalt frekvensområde (exempelvis i det hörbara området) reduceras. _ Även om i denna diskussion förutsatts lika rotationshastigheter vid för de främre och bakre bladen, är detta icke väsentligt. Olika hastigheter kan användas utan väsentlig minskning av uppfinningens effektivitet. En roterande referensram (i vilken de relativa rotationshastigheterna utjämnas) kan använd- as. I detta fall adderar eller subtraherar referenshastigheten helt enkelt ett mindre belopp från värde på FM (som är mycket stort jämfört med rotations- hastigheterna i verkligheten). 3.3 15 Tabell 1 Besselfaktorer upp till det femtonde sidoströmsparet och för ett moduleringsindex/6 upp till 12. /_ 465 879 ß m6) 1103) M0) ma) Mß). Mß) J-(ß) J1(fi)_ 1 0.7662 04401 01140 o.0106 00026 0.00026 0021 00~16 2 02230 06767 03623 0.1230 0.034 0.00704 0.0012 001175 3 -0.2601 0.3301 04361 0.3001 0.1320 0.04303 0.0114 003266 4-0.3071-0.066 0.3641 0.4302 0.2311 0.1321 0.0401 0.0162 6-0.1776-0.3276 00466 0.3643 0.3012 0.2611 0.131 0.0634 6 0.1606-0.2767-02420 0.1143 0.3676 0.3621 o.2463 _0.1206 7 0.3001-0.0047-0.3014-0.1676 01673 0.3470 0.3302 0.2336 3 0.1717 _0.2346-0.133 -02011-01064 0.1363 0.3376 0.3206 0 -0.0003 0.2463 01443-01300-02666-0.06604 0.2043 03276 10 -0.2460 00436] 02646 0.0634-0.2106|-0.2341|-0.0146[ 02167 11 -01712-01763 0130 02273 -0-016 -02333 -0.2016 00134 12 0.0477-0.2234--0.036 01061 01326-00736 0244-01703 ß Jam) JÅÛ) Jxøß) Jußß) 11:09) -fu(ß)' Juæ) 11003) '1100104 001626 0.0'26310.01°12 0o1=6 200222 00=26 00-26 00123 00~10 3 0.0=403 001344 0011203 001170 001223 4 00=403 0004 00=106 0037' 001624 6 001341 0o=662 001463 00361' 001763 6 006663 00212 _00=606 0.0=206 0o=646 _ 70.123 00630 002364 0.0=333 00266 302236 01263 00603 00266 00006 00033 003061 02140 01247 00622 0.0274 00103 00030 10103170 |o.2010 02076 01231 00634 |0.0207 |0.012 000461 11 0226 03030 02304 0.201 0121600643 00304 0.013 _12 00461 0.2304 03006 02704 01063 01201 0.066 0.032 Dessa faktorer amplituderna. multiplicerade med Im ger de olika spektrum-

Claims (8)

465 870 m PATENTKRAV

1. Propelleranordning med motroterande flygplanspropellrar, innefattande första och andra propellrar med vardera ett flertal blad, k ä n n e t e c k - n a d av att bladkorsningar som följer på varandra tidsmässigt icke är angränsande rymdmässigt. I

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan i följd förekommande bladkorsningar är större än bladavståndet på någon propeller betraktat i perifeririktningen.

3. Anordning enligt krav 1, vid vilken buller alstras, när propellrarna roterar och ett bakre blad korsar ett främre blad, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone ett propellerblad är beläget mellan ställena för i följd uppträdande korsningar.

4. Anordning enligt krav 1, vid vilken buller alstras, när ett bakre blad korsar ett främre blad, k ä n n e t e c k n a d av att korsningarna bringas att rotera kring axeln med en högre hastighet än: 1 1 1 _ l__ e tal/rf + a» där Na och Nf är bladantalen på akter- respektive förpropellrarna och Sa och Sf rotationshastigheterna för akter- respektive förpropellrar.

5. Anordning enligt krav 1, där de första och andra propellrarna har N1 rep. N2 blad, k ä n n e t e c k n a d av att N1 och N2 är valda från talgruppen 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 och 17 och skillnaden mellan N1 och N2 är 2.

6. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av en första propeller med 8 blad och en andra propeller med 11 blad.

7. Sätt att driva en propelleranordning med en främre och en bakre propel- ler med vardera ett flertal blad, k ä n n e t e c k n a t av att propellrarna roteras i motsatt riktning, så att bladen hos de två propellrarna korsar varandra vid periodiska tidsintervall, varvid bladkorsningar som följer på varandra tidsmässigt icke är angränsande rymdmässigt.

8. Sätt enligt krav 7 vid en propelleranording med motroterande flyg- planspropellrar, som när ett förpropellerblad korsar ett akterpropellerblad, alstrar ett moduleringsfenomen, vilket uppträder roterande kring en axel, k ä n n e t e c k n a d av att rotationen kring axeln sker med en hastighet, som är högre än 465 870 där Na och Nf är antaïen bïad på akter- respektive förpropeïïrarna och Sa och Sf är rotationshastigheterna för akter- respektive förpropeïïrarna.