SE515528C2 - Anordning vid en akustisk absorbent - Google Patents

Description

515 528 att ha en mycket hög temperatur, vanligtvis 500-600°C. En motor av detta slag kan förorsaka avsevärt buller, och det finns flera skäl till att söka begränsa detta buller så långt det går. Ett sådant skäl är att bullret allvarligt stör flygplanets omgivning, speciellt vid start och landning. Ett annat skäl, som är en följd av det förstnämnda, är att de flesta flygplatser börjat ställa allt högre krav på låga bullernivåer hos flygplan, och flygbolagen får på många håll betala landningsavgifter som ökar kraftigt med ökad bullernivå hos flygplanet ifråga. Det är även tänkbart att flygplan, vars motorer förorsakar buller över en viss nivå, inte ens får tillstånd att landa på vissa flygplatser.

För denna skull anordnas akustiska absorbenter, d v s ljuddämpande strukturer, inuti motorn, såsom antydes i Fig 1. Dessa akustiska absorbenter uppvisar vanligtvis en hålrumstruktur 7 av bicellstyp med ett därpå anordnat, åtminstone partiellt gastransparent täckskikt 8.

Hålrummen är dimensionerade, främst vad gäller djup, för att absor- bera ljud inom det frekvensområde som de allvarligaste ljuden ligger inom, vilket i detta fall vanligtvis är 200-500 Hz för avgasljud och 2000-5000 Hz för inloppsljud.. Om de gastransparensen hos skiktet 8 tillåtande perforeringarna görs mycket små, närmare bestämt mindre än 10 mikrometer i diameter, då blir absorbenten linjär, vilket innebär att dess akustiska impedans inte ändras med storleken på gasflödet och ljudtrycksnivån vid absorbenten. Det är vanligtvis önskvärt att en absorbent är linjär, då väsentligen samma akustiska impedans kan tillförsäkras under skilda driftsförhållanden, såsom fallet är vid exempelvis start relativt marschflygning och/eller landning. Av denna orsak anordnas vanligtvis ett täckskikt av tätvävd trådduk hos absorbenten 9 i motorns inlopp 3, men vid utloppet 4, där tempe- raturen är betydligt högre, är det inte möjligt att anordna en sådan duk, utan i stället anordnas en perforerad plåt 10 på absorbenten 11.

Perforeringarna hos denna plåt är för stora för att göra denna absorbent linjär, så att den i stället blir icke-linjär, vilket innebär att dess akustiska impedans förändras med storleken på gasflödet och ljudtrycksnivån, vilket innebär att en sådan absorbent fungerar på ett tillfredsställande sätt endast inom ett mycket smalt område av driftsförhållanden. Detta leder till att man blir tvungen att göra en kompromiss, så att absorbentens 11 ljuddämpande funktion för 515 528 frekvenserna i fråga exempelvis blir förhållandevis god under en viss del av flygplanets startfas, medan den kanhända blir betydligt sämre under andra delar av startfasen och vid marschflygning och/eller landning.

En anordning av inledningsvis angivet slag är tidigare känd genom US, A, 4 410 065 samt GB, A, 1 321 073.

Förstnämnda amerikanska patentskrift visar att det är tidigare känt att hos en akustisk absorbent anordna flera hålförsedda skikt inbördes förskjutbara för att ändra den akustiska impedansen hos en sådan akustisk absorbent i en flygplansmotor och på så vis anpassa egenskaperna hos den akustiska absorbenten till rådande förhållanden, såsom start, landning och marschflygning.

Vidare visar GB, A, 1 321 073 medel för förändrande av värdet på den akustiska impedansen hos en akustisk absorbent i form av medel som åstadkommer pumpning eller sugning av luft i kanaler inuti en akustisk absorbent.

Båda dessa tidigare lösningar på problemet att ställa in den akustiska impedansen hos en akustisk absorbent använd vid en ljudalstrande inrättning lämnar en del övrigt att önska vad gäller enkelhet och effektivitet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av inledningsvis definierat slag, vilken på ett mycket enkelt och effektivt sätt möjliggör reglerande av den akustiska impedansen hos en akustisk absorbent i fråga.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en sådan anordning, hos vilken nämnda medel innefattar organ anordnade att leda en film av gas utmed och förbi den akustiska absorbenten för inställning av absorbentens akustiska impedans. 515 528 Genom att leda en film av gas utmed absorbenten skulle både temperaturen hos gasen vid absorbenten samt dennas flödeshastighet kunna ställas in, vilket vid ett icke-linjärt filter skulle innebära en inställning av filtrets akustiska impedans. På detta sätt kan med ytterst enkla medel en effektiv reglering av absorbentens akustiska impedans utföras. Anordnandet av just sådana medel för inställning av den akustiska impedansen öppnar även för ett utnyttjande av dessa medel till ett annat ändamål, nämligen att utnyttja filmen av gas ledd förbi den akustiska absorbenten för kylning av denna.

Därvid är det speciellt föredraget att absorbenten är en icke-linjär akustisk absorbent, då de nackdelar avseende den akustiska im- pedansens känslighet för flöde och ljudtryck hos en sådan kan om- vandlas till fördelar, eftersom det blir möjligt att genom nämnda medel reglera absorbentens akustiska impedans, så att denna är fördelaktig i de mest skilda driftsituationer. Således kan den akustiska impedansen hos absorbenten genom nämnda medel bringas till ett optimalt värde under hänsynstagande till de olika störande frekvenser och de olika behov för ljuddämpning som råder under olika driftsförhållanden, såsom i fallet av en flygplansmotor, vid start, kryssning och landning.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda medel anordnade att ombesörja en inställning av värdet hos absorbentens akustiska impedans i beroende av inrättningens driftsförhållanden, varvid detta företrädesvis sker automatiskt, genom att avkända värden på olika parametrar avseende driftsförhållandena sänds till en styrenhet anordnad att styra nämnda medel. Således är nämnda medel företrädesvis anordnade att möjliggöra en modifiering av absorbentens akustiska impedans under pågående drift av inrättningen.

I fallet av en gasturbininrättning i form av en flygplansmotor är därvid nämnda medel med fördel anordnade att samverka med organ för mätning av flygplanets höjd för att ställa in den akustiska impedansen hos absorbenten i beroende av rådande höjd, och/eller nämnda medel kan vara anordnade att samverka med organ för mätning av 515 528 flygplansmotorns varvtal för att ställa in den akustiska impedansen hos absorbenten i beroende av rådande varvtal. Dessa är några parametrar som kan ge en god fingervisning om vilken akustisk impedans absorbenten bör ha vid existerande driftsförhållanden. En annan sådan parameter skulle kunna vara tidsderivatan av flygplanets höjd, d v s stig- eller sjunkhastigheten.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda medel organ anordnade att förändra absorbentens akustiska impedans genom att förändra temperaturen hos gasen vid absorbenten. Genom en sådan temperaturförändring ändras även ljudets hastighet i gasen i fråga och därmed absorbentens akustiska impedans, så att denna blir den önskade vid i frågavarande driftsförhållanden.

Enligt en mycket föredragen utföringsform är det speciellt fördelaktigt om nämnda organ är anordnade att leda en film av gas utmed och förbi det akustiska fodret för kylning av detta. Ett utnyttjande av denna filmkylningsteknik i samband med en akustisk absorbent är något helt nytt, och genom att variera flödeshastigheten och/eller temperaturen hos gasfilmen kan absorbentens akustiska impedans varieras.

Det är även möjligt att anordna organ anordnade att värma upp gasen vid den akustiska absorbenten för förändrande av den akustiska absorbentens akustiska impedans genom förändrande av gastemperaturen vid absorbenten. Därvid kan mycket väl kyl- filmsorganen kombineras med uppvärmningsorganen och dessa sättas in under olika faser av inrättningens drift, i fallet av en flygplansmotor under de olika flygfaserna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken är tillämplig på akustiska absorbenter uppvisande en hålrumstruktur av bicellstyp med ett därpå anordnat, åtminstone partiellt gastransparent täckskikt, innefattar nämnda medel organ anordnade att förändra motståndet mot strömning av gas igenom täckskiktet till och från hålrummen. Detta kan exempelvis åstadkommas genom en förändring 515 528 av storleken hos genomgående hål anordnade i nämnda täckskikt, och leder till en förändring av absorbentens akustiska impedans.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda medel organ anordnade att förändra flödesmotståndet för gaser hos gasturbininrättningen strömmande förbi den akustiska absorbenten. Även en sådan förändring av flödesmotståndet leder till en förändrad akustisk impedans hos absorbenten. Enligt en annan mycket föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda medel anordnade att möjliggöra oberoende lokal inverkan på absorbentens akustiska impedans för möjliggörande av ett varierande av absorbentens akustiska impedans över dettas utsträckning i gasturbininrättningens gasgenomströmningsriktning. Härigenom skulle absorbentens akustiska impedans kunna varieras enligt önskemål i nämnda gasgenomströmningsriktning för anpassning av den till eventuellt olika frekvenser hos de mest störande ljuden i olika delar av gasturbininrättningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den akustiska absorbenten anordnad i utloppsdelen av gasturbinin- rättningen i strömningsriktningen sett bakom förbränningen av bränsle. I denna del av gasturbininrättningen, där temperaturen kan vara mycket hög, har hittills icke-linjära absorbenter med god funktion inom ett mycket begränsat driftsområde kunnat anordnas, varför det är speciellt fördelaktigt att möjliggöra en anpassning av absorbentens akustiska impedans just där. Dessutom kan i fallet av användande av filmkylningstekniken just där billigare material användas för absorbenten och därigenom kostnader sparas.

Genom utnyttjande av filmkylningstekniken är det även möjligt att, om så skulle önskas, i vissa fall t o m tillåta ett anordnande av en linjär absorbent av konventionellt slag, d v s försedd med ett täckskikt av trådduk, i utloppet av gasturbininrättningen. Därvid skulle den akustiska absorbenten kunna vara åtminstone delvis uppbyggd av ett kompositmaterial, och nämnda organ är anordnade att kyla absorbenten till så låg temperatur att det använda kompositmaterialet kan motstå den. Detta innebär då både en inbesparing av kostnader i 515 528 form av ett billigare material för absorbenten och en möjlighet att göra hela flygplansmotorn lättare.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs i egenskap av exempel anförda föredragna utföringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig1 är en schematisk snittvy genom en flygplansmotor il- lustrerande hur en sådan konventionellt är försedd med akustiska absorbenter, Fig2 är en förenklad deta|jvy'av en akustisk absorbent och därtill ansluten utrustning hos en anordning enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 3 är en Fig 2 motsvarande vy av en anordning enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig4 är en Fig 2 motsvarande vy av en anordning enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, och Fig 5 är en Fig 2 motsvarande vy av en anordning enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN Hos en akustisk absorbent är den akustiska impedansen för en icke- linjär absorbent beroende av temperaturen hos gasen vid absorbenten flödeshastigheten hos gasen vid denna. Den akustiska impedansen är även beroende av djupet hos hålrummen som bildar samt 515 528 hålrumstrukturen 7. Hos anordningen enligt Fig 2 är organ 12 anordnade att alstra och leda en film 13 av kall luft förbi den akustiska absorbenten för inställning av dennas akustiska impedans.

Därvid skulle temperaturen och flödeshastigheten hos den tunna filmen av kall luft kunna förändras för inställning av den akustiska impedansen hos absorbenten, och det är t o m möjligt att helt enkelt stänga av nämnda organ 12 om så skulle önskas under vissa driftsförhållanden. Anordningen uppvisar en styrenhet 14 för styrande av organets 12 funktion i beroende av rådande driftsförhållanden, vilka kan i fallet av en flygplansmotor vara exempelvis flygplanets höjd och/eller varvtalet hos motorns turbinhjul, vilket indikeras genom organen 15, 16. Organet 12 kan vara anordnat runtomgående inuti röret 2 för alstrande av en runtomgående luftfilm svepande över absorbenten.

I Fig 3 illustreras schematiskt en anordning enligt en andra före- dragen utföringsform av uppfinningen, hos vilken organ 17 för uppvärmning av de förbi absorbenten strömmande gaserna är anordnade att erhålla energi från en källa 18. Därvid är upp- värmningsorganen 17 företrädesvis individuellt styrda för förändrande av den akustiska impedansen i absorbentens utsträckning parallellt med gasgenomströmningen genom gasturbininrättningen. Därvid kan uppvärmningsorganen 17 med fördel kombineras med organen 12 för tillhandahållande av en film av kall luft för möjliggörande av en variation av den akustiska impedansen hos absorbenten över ett bredare spektrum.

I Fig 4 illustreras schematiskt hur det är möjligt att variera den akustiska impedansen hos absorbenten i fråga genom att variera storleken på de hål som täckskiktet uppvisar för kommunikation mellan hålrummen och själva turbinröret. Detta har här åstadkommits genom anordnande av två tunna hålförsedda skikt 20, 21, exempelvis plåtar, ovanpå varandra och förskjutande av skikten relativt varandra för inställning av storleken hos öppningarna 19 genom de båda skikten. Det finns naturligtvis andra sätt att variera hålstorlek och hålformen på. 515 528 Slutligen illustreras i Fig 5 ett anordnande av en rad hinder 22 för flödet av gaser förbi absorbenten, så att flödesmotståndet och därmed absorbentens akustiska impedans förändras. Därvid uppvisar anordningen en enhet 23 för styrande av hindren 22, genom att vika ned dessa i olika grad, såsom illustreras genom pilarna 24.

Genom en anordning enligt uppfinningen blir det möjligt att anpassa den akustiska impedansen hos en akustisk absorbent i en flygplansmotor för uppnående av ett värde som är optimalt vid' olika driftsförhållanden, så att buller med just de frekvenser som är oönskade i ett givet driftsförhållande kan reduceras avsevärt och det behov av dämpning som finns under just detta driftsförhållande kan iakttagas på bästa möjliga sätt och optimal ljuddämpning kan uppnås under olika flygfaser.

Utföringsformen med kylning av gasen vid absorbenten och därmed absorbenten är speciellt intressant vid industriella gasturbiner, där inte nödvändigtvis en anpassning av absorbentens akustiska impedans är det primära, utan det viktigaste är att ett billigare, mindre värmetåligt material kan användas för uppbyggande av absorbenten.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denna för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis vore det möjligt att kombinera de ovan visade utfö- ringsformerna med varandra på ett godtyckligt sätt.

Varje utföringsform kan ävenledes utan svårigheter modifieras.

Exempelvis skulle i stället för två relativt varandra i ringa grad förskjutbara täckskikt två eller flera' hålförsedda täckskikt med skiljaktiga hålstorlekar kunna tillhandahållas och ett enda sådant täckskikt åt gången skjutas in över hålrumstrukturen för att kombinera denna med hål av just den storlek som passar bäst för de rådande driftsförhållandena.

Claims (21)

1. 0 15 20 25 30 35 515 528 10

2. Patentkrav

3. Anordning vid en akustisk absorbent (9, 11) för en ljudalst- rande inrättning, vilken innefattar medel (12, 17, 20-22) an- ordnade att möjliggöra förändringar av värdet på absorben- tens akustiska impedans, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar organ (12) anordnade att leda en film av gas utmed och förbi den akustiska absorbenten för inställ- ning av absorbentens akustiska impedans.

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar organ (12, 17) anordnade att förändra ab- sorbentens akustiska impedans genom att förändra tempe- raturen hos gasen vid absorbenten.

5. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att nämnda organ (12) är anordnade att leda en film av gas utmed och förbi den akustiska absorbenten för kylning av denna.

6. Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att den filmen bildande gasen är luft.

7. Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att absorbenten (11) är en icke-linjär akustisk absorbent.

8. Anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad därav, att nämnda medel (12, 17, 20-22) är anordnade att ombe- sörja en inställning av värdet hos absorbentens akustiska impedans i beroende av inrättningens (1) driftsförhållanden.

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att nämnda medel (12, 17, 20-22) är anordnade att möjliggöra en modifiering av absorbentens akustiska impe- dans under pågående drift av inrättningen (1). 10 15 20 25 30 35

10.

11.

12.

13.

14. 515 528 11 Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att den akustiska absorbenten är anordnad i en inrätt- ning i form av en gasturbininrättning. Anordning enligt krav 8, kännetecknad därav, att den akus- tiska absorbenten är anordnad i en gasturbininrättning (1) i form av en flygpiansmotor. Anordning enligt krav 6-9, kännetecknad därav, att nämnda medel (12) är anordnade att samverka med organ (15) för mätning av flygplanets höjd för att ställa in den akustiska im- pedansen hos absorbenten i beroende av rådande höjd. Anordning enligt krav 6-9 eller krav 6-10, kännetecknad därav, att nämnda medel (12) är anordnade att samverka med organ (16) för mätning av flygplansmotorns varvtal för att ställa in den akustiska impedansen hos absorbenten i be- roende av rådande varvtal. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar organ (17) anordnade att värma upp gasen vid den akustiska absorbenten för föränd- rande av den akustiska absorbentens akustiska impedans. Anordning enligt något av föregående krav, varvid den akus- tiska absorbenten uppvisar en hålrumstruktur (7) av bi- cellstyp med ett därpå anordnat, åtminstone partiellt gas- transparent täckskikt (8, 10), kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar organ (20, 21) anordnade att för- ändra motståndet mot strömning av gas igenom täckskiktet till och från hålrummen. Anordning enligt krav 13, kännetecknad därav, att nämnda organ (20, 21) för förändring av strömningsmotstånd är an- ordnade att möjliggöra en förändring av storleken hos genomgående hål anordnade i nämnda täckskikt. 10 15 20 25 30 35

15.

16.

17.

18.

19.

20. 515, 528 12 Anordning enligt krav 8 eller krav 8 och något av övriga fö- regående krav, kännetecknad därav, att nämnda medel in- nefattar organ (22) anordnade att förändra flödesmotståndet för gaser hos gasturbininrättningen strömmande förbi den akustiska absorbenten. Anordning enligt krav 8 eller krav 8 och något av övriga fö- regående krav, kännetecknad därav, att nämnda medel (12, 17, 20-22) är anordnade att möjliggöra oberoende lokal in- verkan på absorbentens akustiska impedans för möjliggö- rande av ett varierande av absorbentens akustiska impedans över dettas utsträckning i gasturbininrättningens (1) gasgenomströmningsriktning. Anordning enligt krav 8 eller krav 8 och något av övriga fö- regående krav, kännetecknad därav, att den akustiska ab- sorbenten är anordnad i utloppsdelen (4) av gasturbinin- rättningen (1) i strömningsriktningen sett bakom förbrän- ningen av bränsle. Anordning enligt krav 8 och något av kraven 1-7 och 12-17, kännetecknad därav, att den akustiska absorbenten är an- ordnad i en gasturbininrättning i form av en industriell gasturbin. Anordning vid en akustisk absorbent för en ljudalstrande in- rättning, kännetecknad därav, att den innefattar organ (12) anordnade att åstadkomma kylning av den akustiska absor- benten via filmkylningstekniken, d v s genom att leda en film av gas utmed och förbi den akustiska absorbenten för kylning av denna absorbent. Anordning enligt krav 19, kännetecknad därav, att den akustiska absorbenten är anordnad i en ljudalstrande inrätt- ning i form av en gasturbininrättning. 515 528 13

21. Anordning enligt krav 20, varvid den akustiska absorbenten är anordnad vid utloppet (4) hos gasturbininrättningen, kännetecknad därav, att den akustiska absorbenten är åt- minstone delvis uppbyggd av ett kompositmaterial, och att nämnda organ (12) är anordnade att kyla absorbenten till så låg temperatur att det använda kompositmaterialet kan motstå den.