DE102006007711B4

DE102006007711B4 - Combustion chamber and method for adjusting the acoustic properties of a combustion chamber

Info

Publication number: DE102006007711B4
Application number: DE102006007711A
Authority: DE
Inventors: Zoltán Faragó
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: FR2897416A1; DE102006007711A1; FR2897416B1

Abstract

Brennkammer mit einem Brennraum (14) und einer Resonatoreinrichtung (21), welche eine oder mehrere Resonatoren (22) umfaßt und zur Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer dient, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Resonator (22) mit einem Oberton und nicht mit seinem Grundton auf eine Eigenmode der Brennkammer abgestimmt ist.combustion chamber with a combustion chamber (14) and a resonator device (21), which one or more resonators (22) and for adjusting the acoustic Characteristics of the combustion chamber is used, characterized in that at least a resonator (22) with an overtone and not with its fundamental tone is tuned to a eigenmode of the combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer mit einem Brennraum und einer Resonatoreinrichtung, welche ein oder mehrere Resonatoren umfaßt und zur Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer dient.The The invention relates to a combustion chamber with a combustion chamber and a Resonator device comprising one or more resonators and the Adjustment of the acoustic properties of the combustion chamber is used.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit einem oder mehreren Resonatoren versehen wird.The The invention further relates to a method for adjusting the acoustic Characteristics of a combustion chamber in which the combustion chamber with a or a plurality of resonators is provided.

In oder an Brennkammern, insbesondere für Flugkörper wie Raketen, können oszillierende Teilvorgänge der Verbrennung stattfinden. Die Brennstoffzufuhr kann oszillieren, die Mischungsbildung von Brennstoff und Oxidator kann oszillieren und die chemischen Reaktionen in der Brennkammer können oszillieren. Bei Flüssigbrennstoff oder bei einem gelförmigen Treibstoff kann die Zerstäubung und Verdampfung Oszillationen aufweisen.In or at combustion chambers, especially for missiles such as rockets, oscillating subtasks the combustion take place. The fuel supply can oscillate, the mixture formation of fuel and oxidizer can oscillate and the chemical reactions in the combustion chamber can oscillate. For liquid fuel or with a gel Fuel can be the atomization and evaporation have oscillations.

Die Brennkammer selbst ist ein Hohlkörper, welcher akustische Eigenmoden aufweist. Es ist grundsätzlich möglich, daß eine akustische Kopplung der beschriebenen oszillierenden Vorgänge mit Eigenmoden der Brennkammer erfolgt. Dadurch können Druckpulsationen entstehen, die beispielsweise zur Beschädigung der Brennkammer führen können oder die Verbrennung stören können. Es ist dabei sogar möglich, daß die Verbrennung erlischt.The Combustion chamber itself is a hollow body, which has acoustic eigenmodes. It is in principle possible that an acoustic Coupling of the described oscillatory processes with eigenmodes of the combustion chamber takes place. Thereby can Pressure pulsations arise, for example, to damage the Lead combustion chamber can or disturb the combustion can. It is even possible that the combustion goes out.

Bei einer Störung der Verbrennung tritt üblicherweise eine Leistungsminderung auf. Es besteht auch die Gefahr, daß die Betriebssicherheit erniedrigt wird und die Lebensdauer erniedrigt wird. Es kann auch eine Erhöhung der Schadstoffbelastung und der Schallbelastung auftreten.at a fault Combustion usually occurs a reduction in performance. There is also the danger that the operational safety is lowered and the life is lowered. It can also an increase the pollution and the sound pollution occur.

Die akustischen Eigenschaften einer Brennkammer lassen sich durch das Vorsehen von einem oder mehreren akustischen Resonatoren als Dämpfungselemente beeinflussen. Diese akustischen Resonatoren können an Eigenmoden der Brennkammer koppeln, um so Eigenmoden in unkritische Frequenzbereiche verschieben zu können bzw. störende Eigenmoden dämpfen zu können.The The acoustic properties of a combustion chamber can be determined by the Providing one or more acoustic resonators as damping elements influence. These acoustic resonators can be based on eigenmodes of the combustion chamber couple to shift eigenmodes to uncritical frequency ranges to be able to or disturbing Dampen eigenmodes to be able to.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2005 035 085 vom 20. Juli 2005 des gleichen Anmelders ist ein Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer bekannt, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird und eine erste Eigenmode einer Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination unterhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer und einer zweiten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination oberhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite verglichen wird.From the not pre-published German Patent Application No. 10 2005 035 085 of the same applicant of July 20, 2005 a method for adjusting the acoustic properties of a combustion chamber is known in which the combustion chamber is provided with at least one acoustic resonator as a damping element and a first eigenmode of an output combustor-resonator combination below the eigenmode of the output Combustion chamber and a second eigenmode of the output combustor-resonator combination is compared above the eigenmode of the output combustion chamber with respect to intensity and / or half width.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2005 050 029.3 vom 14. Oktober 2005 des gleichen Anmelders ist eine Resonatorvorrichtung für eine Brennkammer mit einem Brennraum bekannt, welche eine Wandung umfaßt, durch welche ein Resonatorraum gebildet ist, wobei der Resonatorraum an einer ersten Stirnseite zur Verbindung mit der Brennkammer mittels einer ersten Öffnung offen ist. Die Wandung weist an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite eine zweite Öffnung auf.From the not pre-published German Patent Application No. 10 2005 050 029.3 of the same Applicant, a resonator device for a combustion chamber with a combustion chamber is known, which comprises a wall through which a resonator chamber is formed, wherein the resonator chamber is open at a first end face for connection to the combustion chamber by means of a first opening. The wall has a second opening on a second end face opposite the first end face.

Untersuchungen zu den Eigenmoden einer zylindrischen Brennkammer sind in dem Artikel "Resonance Frequencies and Damping in Combustion Chambers with Quarter Wave Cavities" von Z. Faragó und M. Oschwald, 6^th Symposium an Launcher Technologies, November 8^th to 11^th, 2005, München, beschrieben.Investigations on the eigenmodes of a cylindrical combustion chamber are presented in the article "Resonance Frequencies and Damping in Combustion Chambers with Quarter Wave Cavities" by Z. Faragó and M. Oschwald, 6 ^th Symposium at Launcher Technologies, November 8 ^th to 11 ^th , 2005, Munich , described.

Aus der EP 0 892 217 A1 ist eine Ringbrennkammer für eine Gasturbine bekannt, welche Kühlkanäle mit einem Eintritt in eine Brennkammerhaube aufweisen, wobei die Kühlkanäle so ausgelegt sind, dass die akustische Impedanz am Eintritt der Kühlkanäle in die Brennkammerhaube bei bestimmten, zu dämpfenden Frequenzen minimiert wird.From the EP 0 892 217 A1 For example, an annular combustor for a gas turbine is known having cooling channels with an entrance into a combustion chamber hood, wherein the cooling channels are designed so that the acoustic impedance at the entrance of the cooling channels is minimized in the combustion chamber hood at certain frequencies to be damped.

Aus der DE 100 58 688 A1 ist eine Dämpferanordnung zur Reduktion von sich innerhalb einer Gasturbine ausbildenden Brennkammerpulsationen bekannt.From the DE 100 58 688 A1 a damper arrangement is known for reducing combustor pulsations forming within a gas turbine.

Aus der EP 0 597 138 A1 ist eine Gasturbinenbrennkammer mit einem ringförmigen Verbrennungsraum bekannt, wobei im Bereich eines Brenners gespülte, aus einem Zuführrohr, einem Resonanzvolumen und einem Dämpfungsrohr bestehende Helmholtz-Dämpfer angeordnet sind.From the EP 0 597 138 A1 a gas turbine combustor is known with an annular combustion chamber, wherein in the region of a burner purged, consisting of a feed tube, a resonant volume and a damping tube Helmholtz damper are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher sich Eigenschwingungen auf effektive Weise dämpfen lassen.Of the Invention is based on the object, a combustion chamber of the above to provide said type, in which self-oscillations in an effective way to let.

Diese Aufgabe wird bei der oben genannten Brennkammer erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Resonator mit einem Oberton und nicht mit seinem Grundton auf eine Eigenmode der Brennkammer abgestimmt ist.These Task is in the above-mentioned combustion chamber according to the invention thereby solved, that at least a resonator with an overtone and not with its fundamental tone a eigenmode of the combustion chamber is tuned.

Es hat sich gezeigt, daß, wenn mindestens ein Resonator mit einem Oberton (das heißt nicht mit seinem Grundton) auf eine Eigenmode abgestimmt ist, sich dann über einen oder mehrere weitere Obertöne auch eine oder mehrere weitere Eigenmoden dämpfen lassen. Beispielsweise lassen sich mit einem Lambda-Viertel-Resonator, welcher mit seinem ersten Oberton auf die erste tangentiale Eigenmode einer zylindrischen Brennkammer abgestimmt ist, auch über den zweiten Oberton die zweite tangentiale Eigenmode und über den dritten Oberton die dritte tangentiale Eigenmode effektiv dämpfen.It has shown that, if at least one resonator with an overtone (that is not with its fundamental tone) is tuned to a eigenmode, then over a or several other overtones also let one or more other eigenmodes dampen. For example can be with a quarter-wave resonator, which with his first overtone to the first tangential eigenmode of a cylindrical combustion chamber is tuned, too, over the second overtone the second tangential eigenmode and the third overtone Harmonic effectively attenuate the third tangential eigenmode.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich dadurch die Anzahl der Resonatoren, welche an einer Brennkammer angeordnet werden müssen, verringern und/oder die Dämpfungswirkung läßt sich erhöhen. Grundsätzlich ist es so, daß für die Dämpfung jeder relevanten Eigenmode mehrere Resonatoren vorgesehen werden müssen, da Resonatoren nur für einen bestimmten Raumbereich eines Brennraums wirken. Weiterhin müssen spezielle Resonatoren für transiente Vorgänge, insbesondere im Zusammenhang mit einem Brennerstart, vorgesehen werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich mit einer geringeren Anzahl an Resonatoren eine effektive Dämpfung einer Mehrzahl von Eigenmoden erzielen.By the solution according to the invention can be thereby the number of resonators connected to a combustion chamber have to be arranged reduce and / or the damping effect let yourself increase. Basically it so that for the damping each relevant eigenmode several resonators must be provided because Resonators only for act a certain space area of a combustion chamber. Furthermore, special Resonators for transient events, especially in the context of a burner start provided become. By the solution according to the invention can be with a smaller number of resonators effective damping of a Achieve a plurality of eigenmodes.

Da eine geringere Anzahl von Resonatoren vorgesehen werden muß, ist auch die Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer erleichtert.There a smaller number of resonators must be provided, too the adjustment of the acoustic properties of the combustion chamber easier.

Insbesondere ist die Abstimmung über Einstellung der geometrischen Abmessungen eines Resonatorraums des mindestens einen Resonators erreicht. Dadurch läßt sich eine Anpassung des entsprechenden Obertons und weiterer Obertöne des mindestens einen Resonators an die zu dämpfenden Eigenmoden der Brennkammer erreichen.Especially is the vote over Adjustment of the geometric dimensions of a resonator space of the reached at least one resonator. This allows an adaptation of the corresponding overtones and further overtones of the at least one resonator to be damped Achieve eigenmodes of the combustion chamber.

Insbesondere ist die Länge des Resonatorraums eingestellt. Es kann sich dabei um eine feste Einstellung handeln; der Resonator wird dann entsprechend ausgewählt. Es ist beispielsweise auch möglich, daß an einem Resonator die Länge des Resonatorraums variabel einstellbar ist und es wird die entsprechende Einstellung dann gewählt.Especially is the length the Resonatorraums set. It can be a fixed one Act attitude; the resonator is then selected accordingly. It is also possible, for example, that at one Resonator the length of the Resonatorraums is variably adjustable and it will be the appropriate Setting then selected.

Beispielsweise ist der mindestens eine Resonator ein Lambda-Viertel-Resonator. Dieser weist ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende zu dem Brennraum auf. Das offene Ende steht mit dem Brennraum in Verbindung. Resonanzen können sich ausbilden, wenn sich eine stehende Welle in dem entsprechenden Resonatorraum ausbilden kann. Ein Lambda-Viertel-Resonator ist sehr obertonreich.For example the at least one resonator is a quarter-wave resonator. This has a closed end and an open end to the Combustion chamber on. The open end communicates with the combustion chamber. Resonances can form when a standing wave in the corresponding Resonatorraum can train. A quarter-wave resonator is very rich in overtones.

Es ist beispielsweise auch denkbar, daß der mindestens eine Resonator ein Helmholtz-Resonator ist. Dieser weist einen Resonatorraum mit einem geschlossenen Ende auf. An dem gegenüberliegenden Ende ist der Helmholtz-Resonator mit dem Brennraum verbunden, wobei der Durchmesser des Verbindungsbereiches (erheblich) kleiner ist als der Durchmesser des Resonatorraums.It For example, it is also conceivable that the at least one resonator is a Helmholtz resonator. This has a resonator with on a closed end. At the opposite end is the Helmholtz resonator with the Combustion chamber connected, wherein the diameter of the connection area (considerably) is smaller than the diameter of the resonator cavity.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein solchen Oberton des mindestens einen Resonators eingestellt ist, daß mindestens näherungsweise mindestens ein weiterer Oberton in Resonanz mit mindestens einer weiteren Eigenmode der Brennkammer steht. Dadurch lassen sich mit einem Resonator eine Mehrzahl von Eigenmoden dämpfen. Insbesondere sind die Eigenmoden tangentiale Eigenmoden. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß sich, wenn ein Resonator mit seinem ersten Oberton auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer abgestimmt ist, sich auch die zweite tangentiale Eigenmode (2T) und die dritte tangentiale Eigenmode (3T) über den zweiten Oberton bzw. dritten Oberton effektiv dämpfen lassen.All it is particularly advantageous if such an overtone of at least a resonator is set that at least approximately at least one other overtone resonating with at least one another eigenmode of the combustion chamber is. This can be with you damp a plurality of eigenmodes of a resonator. In particular, the Eigenmodes tangential eigenmodes. For example, it has been shown that, when a resonator with its first overtone on the first tangential Eigen mode (1T) of the combustion chamber is tuned, also the second tangential eigenmode (2T) and the third tangential eigenmode (3T) over effectively dampen the second overtone or third overtone.

Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn der erste Oberton des mindestens einen Resonators auf eine Eigenmode der Brennkammer abgestimmt ist. Es lassen sich dann mehrere Eigenmoden (insbesondere tangentiale Eigenmoden) effektiv dämpfen.All is particularly advantageous if the first overtone of at least a resonator is tuned to a natural mode of the combustion chamber. It can then be several eigenmodes (especially tangential Eigenmodes) effectively attenuate.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der zweite Oberton mindestens näherungsweise in Resonanz mit einer weiteren Eigenmode (beispielsweise mit der 2T-Mode) steht. Diese läßt sich dann dämpfen, ohne daß ein weiterer Resonator vorgesehen werden muß. Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der dritte Oberton mindestens näherungsweise in Resonanz mit einer weiteren Eigenmode wie beispielsweise der 3T-Mode steht.In particular, it is advantageous if the second overtone is at least approximately in resonance with another eigenmode (for example with the 2T mode). This can then be damped without the need for a further resonator. For the same reason, it is favorable if the third upper Sound is at least approximately in resonance with another eigenmode such as the 3T mode.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine Resonator auf die erste tangentiale Eigenmode der Brennkammer abgestimmt ist. Es hat sich gezeigt, daß sich dann beispielsweise auch die zweite tangentiale Eigenmode und die dritte tangentiale Eigenmode effektiv dämpfen lassen. Transverse Eigenmoden und insbesondere tangentiale Eigenmoden können bei Verbrennungsvorgängen zu Problemen führen, so daß deren Dämpfung sich günstig auswirkt.Especially it is advantageous if the at least one resonator to the first tangential eigenmode of the combustion chamber is tuned. It has shown that then, for example, the second tangential eigenmode and the Effectively dampen third tangential eigenmode. Transverse eigenmodes and in particular tangential eigenmodes can be used in combustion processes Cause problems, so that their damping favorable effect.

Günstigerweise weist der mindestens eine Resonator eine Röhre auf, in welcher ein Resonatorraum gebildet ist. Ein solcher Resonator läßt sich auf einfache Weise herstellen und abstimmen.conveniently, the at least one resonator has a tube in which a resonator chamber is formed is. Such a resonator can be easily create and vote.

Günstig ist es, wenn der Brennraum mindestens außerhalb eines Halsbereichs zylindrisch ausgebildet ist. Die Eigenmoden einer solchen Brennkammer lassen sich auf einfache Weise berechnen; die entsprechenden Eigenfunktionen sind Besselfunktionen. Es hat sich dabei gezeigt, daß auch für eine Brennkammer mit einem Halsbereich Bessel-Eigenwerte sehr gute Näherungen sind.Cheap is it if the combustion chamber is at least outside a neck area is cylindrical. The eigenmodes of such a combustion chamber can be calculated easily; the corresponding eigenfunctions are Bessel functions. It has been found that even for a combustion chamber with a neck area Bessel's eigenvalues very good approximations are.

Insbesondere ist der Abstand zwischen der Resonatoreinrichtung und dem Halsbereich bezogen auf eine Brennkammerachse größer als der Durchmesser des Brennraums im zylindrischen Bereich. Dadurch werden die akustischen Eigenschaften der Brennkammer durch den zylindrischen Bereich dominiert. Diese lassen sich auf einfache Weise berechnen. Es zeigt sich dann, daß beispielsweise über Abstimmung des ersten Obertons eines Resonators auf die erste tangentiale Eigenmode der Brennkammer sich auch die zweite tangentiale Eigenmode und die dritte tangentiale Eigenmode der Brennkammer effektiv dämpfen lassen.Especially is the distance between the resonator device and the neck area relative to a combustion chamber axis greater than the diameter of the Combustion chamber in the cylindrical area. This will cause the acoustic Characteristics of the combustion chamber dominated by the cylindrical area. These can be calculated easily. It then shows that, for example, by vote of the first overtone of a resonator to the first tangential eigenmode the combustion chamber is also the second tangential eigenmode and the effectively dampen the third tangential eigenmode of the combustion chamber.

Günstigerweise ist mindestens eine Öffnung vorgesehen, an welcher der mindestens eine Resonator angeordnet ist. Dadurch läßt sich eine akustische Kopplung zwischen dem Resonator und dem Brennraum erreichen.conveniently, is at least one opening provided on which the arranged at least one resonator is. This can be done an acoustic coupling between the resonator and the combustion chamber to reach.

Günstig ist es, wenn der mindestens eine Resonator quer zu einer Brennkammerachse orientiert ist. Dadurch lassen sich mehrere Resonatoren an einer Außenseite der Brennkammer anordnen. Die Resonatoren können dabei gerade oder gekrümmt ausgebildet sein.Cheap is if the at least one resonator is transverse to a combustion chamber axis is oriented. This allows several resonators on one outside Arrange the combustion chamber. The resonators can be formed straight or curved be.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der mindestens eine Resonator mindestens teilweise radial orientiert ist.Out for the same reason it is favorable if the at least one resonator is at least partially radially oriented is.

Günstig ist es, wenn die Resonatoreinrichtung an einer Außenseite der Brennkammer angeordnet ist. Dadurch werden die Strömungseigenschaften innerhalb der Brennkammer durch die Resonatoreinrichtung minimal beeinflußt.Cheap is it, when the resonator arranged on an outer side of the combustion chamber is. This will change the flow characteristics within the combustion chamber by the Resonatoreinrichtung minimal affected.

Günstig ist es, wenn eine Mehrzahl von Resonatoren ringförmig an der Brennkammer angeordnet ist. Dadurch läßt sich ein großer Raumbereich des Brennraums über die Resonatoren beeinflussen, um über einen großen Raumbereich Eigenmoden der Brennkammer effektiv dämpfen zu können.Cheap is when a plurality of resonators are annularly arranged on the combustion chamber is. This can be done a large Room area of the combustion chamber via the resonators affect over a large space area To be able to effectively dampen eigenmodes of the combustion chamber.

Insbesondere ist es günstig, wenn Resonatoren auf gleicher Höhe angeordnet sind. Beispielsweise wird dazu an der Brennkammer ein Ringflansch angeordnet, an dem die Resonatoren positioniert sind.Especially is it cheap if resonators are at the same height are arranged. For example, this is done at the combustion chamber Ring flange arranged on which the resonators are positioned.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchem sich die akustischen Eigenschaften der Brennkammer auf einfache und effektive Weise einstellen lassen.Of the Invention is also based on the object, a method of the initially to provide said type, by means of which the acoustic Set properties of the combustion chamber in a simple and effective way to let.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Resonator mit einem Oberton und nicht mit seinem Grundton auf eine Eigenmode der Brennkammer abgestimmt wird.These The object is achieved according to the invention in the method mentioned solved, that at least a resonator with an overtone and not with its fundamental tone a eigenmode of the combustion chamber is tuned.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkammer erläuterten Vorteile auf.The inventive method has the already in connection with the combustion chamber according to the invention explained Advantages.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkammer erläutert.Further advantageous embodiments were also already in connection with the combustion chamber according to the invention explained.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkammer mit einer Meßanordnung zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer sowie mit an der Brennkammer angeordneten Resonatoren; 1 a schematic representation of a combustion chamber with a measuring arrangement for determining the acoustic properties of the combustion chamber and arranged on the combustion chamber resonators;

2 eine Draufsicht auf die Brennkammer gemäß 1; 2 a plan view of the combustion chamber according to 1 ;

3 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Resonators (Lambda-Viertel-Resonator); 3 a schematic sectional view of a first embodiment of a resonator (quarter-wave resonator);

4 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Resonators (Helmholtz-Resonator); 4 a schematic sectional view of a second embodiment of a resonator (Helmholtz resonator);

5 die grafische Darstellung von Eigenfrequenzen einer zylindrischen Brennkammer und von Eigenfrequenzen eines Lambda-Viertel-Resonators sowie eines Lambda-Halbe-Resonators als Funktion des Verhältnisses Resonatorlänge L zu Brennraumradius r, wobei über eine Länge L₁ der Resonator mit seinem Grundton auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer abgestimmt ist; 5 the graphical representation of natural frequencies of a cylindrical combustion chamber and natural frequencies of a quarter-wave resonator and a half-wave resonator as a function of the ratio resonator length L to combustion chamber radius r, wherein over a length L _1, the resonator with its fundamental to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber is tuned;

6 ein ähnliches Diagramm wie in 5, wobei der Resonator hier erfindungsgemäß mit seinem ersten Oberton (entsprechend einer Länge L₂ des Resonatorraums) auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer abgestimmt ist; und 6 a similar diagram as in 5 , wherein the resonator according to the invention is tuned here with its first overtone (corresponding to a length L _{2 of} the resonator chamber) to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber; and

7 die gemessene Mikrofonspannung an einer Brennkammer, welche in akustische Schwingungen versetzt wurde und die mit einem Lambda-Viertel-Resonator mit einem Resonanzraum der Länge L versehen wurde, in Abhängigkeit des Verhältnisses L zu dem Radius r des Brennraums, für drei verschiedene Anregungsfrequenzbereiche. 7 the measured microphone voltage at a combustion chamber, which has been acoustically oscillated and which has been provided with a quarter-wave resonator with a resonance space of length L, as a function of the ratio L to the radius r of the combustion chamber, for three different excitation frequency ranges.

Ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer, welches in 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfaßt eine Brennkammerwand 12 und einen Innenraum als Brennraum 14. Der Brennraum 14 ist üblicherweise rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse 16 ausgebildet.An embodiment of a combustion chamber, which in 1 shown schematically and there with 10 is designated comprises a combustion chamber wall 12 and an interior as a combustion chamber 14 , The combustion chamber 14 is usually rotationally symmetrical about a combustion chamber axis 16 educated.

Die Brennkammer 10 weist ein Ende 18 auf, an welchem eine Einblaseinrichtung zum Einblasen von Brennstoff und Oxidator angeordnet ist (in 1 nicht gezeigt). Das Ende 18 liegt an einem zylindrischen Bereich 19, auf welchen ein eingeschnürter Halsbereich 20 folgt.The combustion chamber 10 has an end 18 on which a blowing device for injecting fuel and oxidizer is arranged (in 1 Not shown). The end 18 lies on a cylindrical area 19 on which a constricted neck area 20 follows.

Brenngase treten aus der Brennkammer 10 über den Halsbereich 20 aus.Fuel gases emerge from the combustion chamber 10 over the neck area 20 out.

Eine Brennkammer 10 weist akustische Eigenmoden auf. Kenntnis und Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer 10 kann für Verbrennungsvorgänge wichtig sein. Teilvorgänge der Verbrennung eines Treibstoffs in der Brennkammer 10 wie Brennstoffzufuhr, Mischungsbildung und chemische Reaktion sowie bei Flüssigbrennstoff Zerstäubung und Verdampfung können periodische bzw. pulsierende Vorgänge sein. Wenn die entsprechende Oszillationsfrequenz irgend eines dieser Teilvorgänge eine akustische Eigenmode der Brennkammer 10 zur Schwingung anregt, können in der Brennkammer 10 aufgrund akustischer Kopplung starke Druckpulsationen entstehen, die wiederum zu einer Beschädigung der Brennkammer 10 führen können bzw. zu Störungen der Verbrennung führen können.A combustion chamber 10 has acoustic eigenmodes. Knowledge and adjustment of the acoustic properties of a combustion chamber 10 may be important for combustion processes. Sub-processes of the combustion of a fuel in the combustion chamber 10 such as fuel supply, mixture formation and chemical reaction as well as liquid fuel atomization and evaporation can be periodic or pulsating processes. If the corresponding oscillation frequency of any of these sub-operations an acoustic eigenmode of the combustion chamber 10 to stimulate vibration, in the combustion chamber 10 due to acoustic coupling strong pressure pulsations arise, which in turn damage the combustion chamber 10 can cause or lead to disturbances of combustion.

Durch gezielte Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer 10 über eine Resonatoreinrichtung 21 kann man die geschilderten Probleme vermeiden.By targeted adjustment of the acoustic properties of the combustion chamber 10 via a resonator device 21 you can avoid the problems described.

An der Brennkammer 10 sind ein oder mehrere akustische Resonatoren 22 als Dämpfungselemente angeordnet. Wenn ein solcher akustischer Resonator 22 (oder eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren 22) mit einer akustischen Eigenmode der Brennkammer 10 koppelt (das heißt in Resonanz steht), dann kann bei geeigneter Wahl die Eigenmode in einen Frequenzbereich geschoben werden, in dem sie für den Verbrennungsvorgang nicht mehr störend ist, bzw. gedämpft werden und im Idealfall weitgehend unterdrückt werden.At the combustion chamber 10 are one or more acoustic resonators 22 arranged as damping elements. If such an acoustic resonator 22 (or a plurality of acoustic resonators 22 ) with an acoustic eigenmode of the combustion chamber 10 coupled (that is in resonance), then with proper choice, the eigenmode can be pushed into a frequency range in which it is no longer disturbing for the combustion process, or are damped and are largely suppressed in the ideal case.

Es kann beispielsweise ein Ringflansch 24 an einer Außenseite 26 der Brennkammer 10 fixiert sein, an welchem sich akustische Resonatoren 22 insbesondere um eine Umfangslinie an der Außenseite 26 der Brennkammer 10 positionieren lassen (vorzugsweise auf der gleichen Höhe). Der Abstand der Resonatoren 22 (längs der Brennkammerachse 16) zu dem Halsbereich 20 ist vorzugsweise größer als der Durchmesser 2r des Brennraums 14.It can, for example, an annular flange 24 on an outside 26 the combustion chamber 10 be fixed, at which acoustic resonators 22 in particular around a circumferential line on the outside 26 the combustion chamber 10 position (preferably at the same height). The distance of the resonators 22 (along the combustion chamber axis 16 ) to the neck area 20 is preferably larger than the diameter 2r of the combustion chamber 14 ,

Ein akustischer Resonator 22 weist dabei einen Resonatorraum 28 (Resonanzraum) auf, welcher über eine Öffnung in Verbindung mit dem Brennraum 14 der Brennkammer 10 steht.An acoustic resonator 22 has a resonator space 28 (Resonance space), which via an opening in communication with the combustion chamber 14 the combustion chamber 10 stands.

Zur akustischen Untersuchung der Brennkammer 10 erfolgt eine akustische Anregung der Brennkammer 10 über einen Lautsprecher 30. Zur Signalerzeugung ist ein Signalgenerator 32 vorgesehen, dessen Signale von einem Verstärker 34 verstärkt werden. Der Verstärker 34 ist an den Lautsprecher 30 gekoppelt.For the acoustic examination of the combustion chamber 10 An acoustic excitation of the combustion chamber takes place 10 over a loudspeaker 30 , For signal generation is a signal generator 32 provided, whose signals from an amplifier 34 be strengthened. The amplifier 34 is to the speaker 30 coupled.

Zur Signaldetektion ist ein Mikrofon 36 vorgesehen, welches an einen Verstärker 38 gekoppelt ist. Der Verstärker 38 liefert die verstärkten Signale an eine Auswerteeinrichtung 40, durch welche insbesondere das Frequenzspektrum der Brennkammer 10 ermittelbar ist.For signal detection is a microphone 36 which is connected to an amplifier 38 is coupled. The amplifier 38 supplies the amplified signals to an evaluation device 40 , by which in particular the frequency spectrum of the combustion chamber 10 can be determined.

Als akustischer Resonator läßt sich beispielsweise ein Lambda-Viertel-Resonator 42 einsetzen (3). Dieser umfaßt eine zylindrische Röhre 44, in welcher der Resonatorraum 28 gebildet ist. Die Röhre 44 mündet über ein offenes Ende 46 in den Brennraum 14 der Brennkammer 10. Die Röhre 44 ist quer zu der Brennkammerachse 16 orientiert und mindestens teilweise radial ausgerichtet.As an acoustic resonator can be, for example, a quarter-wave resonator 42 deploy ( 3 ). This comprises a cylindrical tube 44 in which the resonator space 28 is formed. The tube 44 flows over an open end 46 in the combustion chamber 14 the combustion chamber 10 , The tube 44 is transverse to the combustion chamber axis 16 oriented and at least partially radially aligned.

Der Resonatorraum 28 ist an dem dem Ende 46 gegenüberliegenden Ende 48 durch eine Wand 50 abgeschlossen. Diese Wand 50 kann festliegen oder sie kann, wie in 3 gezeigt, verschieblich sein, so daß die Länge L des Resonatorraums 28 zwischen dem Ende 46 und dem Ende 48 variabel einstellbar ist.The resonator room 28 is at the end 46 opposite end 48 through a wall 50 completed. This wall 50 may be fixed or it may, as in 3 be shown, so that the length L of the Resonatorraums 28 between the end 46 and the end 48 is variably adjustable.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt die Wand 50 an einer Spindel 52, wobei die Spindel 52 zur Einstellung des Resonatorraums 28 in eine Richtung 54, welche quer und insbesondere senkrecht zur Achse 16 der Brennkammer 10 orientiert ist, feststellbar verschieblich ist. Bei Vergrößerung des Volumens des Resonatorraums 28 (welches das Produkt von Länge und Querschnittsfläche ist) wird die Resonatorfrequenz verringert.In the embodiment shown, the wall sits 50 on a spindle 52 , where the spindle 52 for adjusting the resonator space 28 in one direction 54 which are transverse and in particular perpendicular to the axis 16 the combustion chamber 10 oriented, lockable is determinable. When increasing the volume of the resonator chamber 28 (which is the product of length and cross-sectional area), the resonator frequency is reduced.

Ein weiteres Beispiel für einen akustischen Resonator ist ein Helmholtz-Resonator, welcher in 4 schematisch gezeigt und dort mit 56 bezeichnet ist. Ein Helmholtz-Resonator umfaßt einen Resonatorraum 58, welcher beispielsweise teilweise in einer Röhre 60 gebildet ist. Die Röhre 60 ist über einen Hals 62 mit dem Innenraum 14 der Brennkammer 10 verbunden. Ein Innenraum 64 im Hals 62 ist auch Teil des Resonatorraums 58. Der Resonatorraum ist über eine Wand 65 geschlossen.Another example of an acoustic resonator is a Helmholtz resonator, which in 4 shown schematically and there with 56 is designated. A Helmholtz resonator includes a resonator cavity 58 which, for example, partially in a tube 60 is formed. The tube 60 is over a neck 62 with the interior 14 the combustion chamber 10 connected. An interior 64 in the throat 62 is also part of the Resonatorraums 58 , The resonator chamber is over a wall 65 closed.

Der Hals 62 weist eine kleinere Querschnittsfläche als die Röhre 60 auf.The neck 62 has a smaller cross-sectional area than the tube 60 on.

Durch gezielte Wahl bzw. Einstellung von einem oder mehreren akustischen Resonatoren 22 lassen sich die akustischen Eigenschaften der Brennkammer 10 einstellen. Die Einstellung erfolgt insbesondere derart, daß für pulsierende Vorgänge bei der Verbrennung in der Brennkammer 10 keine Kopplung mit Eigenmoden der Brennkammer 10 erfolgen kann.By specific choice or adjustment of one or more acoustic resonators 22 let the acoustic properties of the combustion chamber 10 to adjust. The adjustment is in particular such that for pulsating processes during combustion in the combustion chamber 10 no coupling with eigenmodes of the combustion chamber 10 can be done.

Die Eigenmoden der Brennkammer 10 (ohne akustische Resonatoren 22) und die entsprechenden Eigenfrequenzen hängen von der geometrischen Form der Brennkammer 10 ab. Für eine ideale zylindrische Brennkammer 10 sind die Eigenfunktionen beispielsweise zylindrische Besselfunktionen.The eigenmodes of the combustion chamber 10 (without acoustic resonators 22 ) and the corresponding natural frequencies depend on the geometric shape of the combustion chamber 10 from. For an ideal cylindrical combustion chamber 10 For example, the eigenfunctions are cylindrical Bessel functions.

Bei einer rotationssymmetrischen Brennkammer 10 mit Zylindergeometrie gibt es als Eigenmoden transverse Moden und Längsmoden (Axialmoden). Die Längsmoden tragen üblicherweise die Bezeichnung nL wie 1L, 2L usw. Die transversen Moden umfassen Radialmoden (R-Moden) und Tangentialmoden (T-Moden). Die Radialmoden werden üblicherweise mit der Bezeichnung nR wie 1R, 2R usw. versehen und die tangentialen Moden mit der Bezeichnung nT wie 1T, 2T usw.In a rotationally symmetrical combustion chamber 10 with cylinder geometry there are transverse modes and longitudinal modes (axial modes) as eigenmodes. The longitudinal modes are usually denoted nL such as 1L, 2L, etc. The transversal modes include radial modes (R-modes) and tangential modes (T-modes). The radial modes are usually labeled nR such as 1R, 2R, etc., and the tangential modes labeled nT are 1T, 2T, etc.

Wenn der zylindrische Bereich 19 eine genügend große Höhe aufweist im Vergleich zu dem Halsbereich 20, dann sind auch hier die Eigenfunktionen in guter Näherung Besselfunktionen. Auch die Öffnungen 46 zu Resonatoren 22 haben einen relativ geringen Einfluß.If the cylindrical area 19 has a sufficiently high height compared to the neck area 20 , then here too the eigenfunctions are, to a good approximation, Bessel functions. Also the openings 46 to resonators 22 have a relatively small influence.

Die Eigenfrequenzen der Brennkammer 10 für die transversen (radialen und tangentialen) Eigenschwingungen sind in guter Näherung durch die Gleichung

bestimmt, wobei α_n,m Eigenwerte der Besselfunktionen sind und c_B die Schallgeschwindigkeit im Brennraum 14 ist; r ist der Radius des Brennraums 14.The natural frequencies of the combustion chamber 10 for the transverse (radial and tangential) natural oscillations are in good approximation by the equation

where α _{n, m are} eigenvalues of the Bessel functions and c _{B is} the speed of sound in the combustion chamber 14 is; r is the radius of the combustion chamber 14 ,

(m-1) ist die Ordnung der radialen Eigenmode; n ist die Ordnung der tangentialen Eigenmode.(M-1) is the order of the radial eigenmode; n is the order of tangential Eigenmode.

In 5 sind mit den durchgezogenen Linien Eigenfrequenzen einer zylindrischen Brennkammer mit einem Radius r = 0,1 m bei einer Schallgeschwindigkeit c_B = 343 m/s als Funktion der Resonatorlänge L normiert auf den Radius r des Brennraums 14 gezeigt, wobei ein Resonator 42 vorgesehen ist. Da die Eigenfrequenzen der Brennkammer 10 unabhängig von der Resonatorlänge L sind, sind die Eigenfrequenzen der Brennkammer 16 in 5 parallele Geraden. Die Bezeichnung T bedeutet, daß es sich um eine tangentiale Eigenmode handelt. Die Bezeichnung R bedeutet, daß es sich um eine radiale Eigenmode handelt. Die Zahl vor T bzw. R bedeutet die Ordnung der Eigenmode; 1T ist die erste tangentiale Eigenmode und 1R ist die erste radiale Eigenmode. 1R1T ist eine radial-tangentiale Eigenmode.In 5 are normalized with the solid lines natural frequencies of a cylindrical combustion chamber with a radius r = 0.1 m at a speed of sound c _B = 343 m / s as a function of the resonator length L normalized to the radius r of the combustion chamber 14 shown, wherein a resonator 42 is provided. Because the natural frequencies of the combustion chamber 10 are independent of the resonator length L, the natural frequencies of the combustion chamber 16 in 5 parallel lines. The designation T means that it is a tangential eigenmode. The designation R means that it is a radial eigenmode. The number before T or R means the order of the eigenmode; 1T is the first tangential eigenmode and 1R is the first radial eigenmode. 1R1T is a radial-tangential eigenmode.

Die Eigenfrequenz eines Lambda-Viertel-Resonators ist

mit der Resonatorlänge L und der Schallgeschwindigkeit c_R im Resonator. I ist die Ordnungszahl der Eigenmoden des Lambda-Viertel-Resonators, wobei I = 1 dem Grundton entspricht, I = 2 ist der erste Oberton, I = 3 ist der zweite Oberton usw.The natural frequency of a quarter-wave resonator is

with the resonator length L and the speed of sound c _R in the resonator. I is the ordinal number of the eigenmodes of the quarter-wave resonator, where I = 1 corresponds to the root, I = 2 is the first overtone, I = 3 is the second overtone, and so on.

In 5 ist die Frequenzabhängigkeit der Eigenfrequenz eines solchen Lambda-Viertel-Resonators 42 in Abhängigkeit der Länge L und der Ordnung I gezeigt. Da die Länge L im Zähler der Eigenfrequenz steht, sind die entsprechenden Funktionen parallel beabstandete Hyperbeln.In 5 is the frequency dependence of the natural frequency of such a quarter-wave resonator 42 depending on the length L and the order I shown. Since the length L is in the natural frequency counter, the corresponding functions are parallel spaced hyperbolas.

Wenn der Resonator 42 auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer 10 abgestimmt ist, dann entsprechen sich die Frequenzen. Die Abstimmung erfolgt durch gezielte Wahl bzw. Einstellung der Länge L eines Resonators 42. In 5 ist ein Resonator 42 mit seinem Grundton (I = 1) über Einstellung der Länge L auf L₁ auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) abgestimmt. Bei dieser Länge L₁ ist das Verhältnis L₁ zu r ca. 0,85. c_R/c_B.If the resonator 42 to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber 10 is tuned, then the frequencies correspond. The vote is made by selective choice or adjustment of the length L of a resonator 42 , In 5 is a resonator 42 with its fundamental tone (I = 1) tuned to the first tangential eigenmode (1T) by setting the length L to L ₁ . With this length L ₁ , the ratio L ₁ to r is about 0.85. c _R / c _B.

Man erkennt aus 5, daß bei dieser Einstellung nur die erste tangentiale Eigenmode (1T) gedämpft ist. Um weitere Eigenmoden zu dämpfen, sind weitere Resonatoren notwendig, die auf die zu dämpfenden Eigenmoden abgestimmt werden müssen.One recognizes 5 in that with this setting only the first tangential eigenmode (1T) is damped. In order to dampen further eigenmodes, further resonators are necessary, which must be tuned to the eigenmodes to be damped.

Es ist auch möglich, daß ein Lambda-Viertel-Resonator bei einer Kopplung zwischen Brennkammer und Resonator als Lambda-Halbe-Resonator oszillieren kann. Die entsprechende Eigenfrequenz ist

It is also possible that a quarter-wave resonator can oscillate at a coupling between the combustion chamber and the resonator as a half-wave resonator. The corresponding natural frequency is

Die entsprechenden Resonanzfrequenzen sind in 5 ebenfalls gezeigt.The corresponding resonance frequencies are in 5 also shown.

Bei dem Diagramm gemäß 5 ist davon ausgegangen, daß die Schallgeschwindigkeit in dem Brennraum 14 und in einem Resonator 42 die gleiche ist, das heißt daß C_R = C_B ist. Grundsätzlich ist das Verhältnis F = c_R/c_B eine Funktion der Zeit nach dem Brennerstart, wobei bei genügendem zeitlichen Abstand F = 1 ist.In the diagram according to 5 It is assumed that the speed of sound in the combustion chamber 14 and in a resonator 42 is the same, that is that C _R = C _B. Basically, the ratio F = c _R / c _{B is} a function of the time after the burner start, with F = 1 at a sufficient time interval.

Man benötigt deshalb zusätzliche Resonatoren, um während der Startphase zeitlich veränderliche Eigenmoden dämpfen zu können.you needed therefore additional Resonators to while the starting phase temporally variable Dampen eigenmodes to be able to.

Wie aus 5 ersichtlich ist, sind beispielsweise zur Dämpfung der ersten bis dritten tangentialen Eigenmode (mindestens) drei Resonatoren mit Längen gemäß untenstehender Tabelle notwendig: Eigenmode L/r 1T cR/cB·0,85 2T cR/cB·0,5 3T cR/cB·0,35 How out 5 can be seen, for example, for damping the first to third tangential eigenmode (at least) three resonators with lengths according to the table below: eigenmode L / r 1T cR / c B · 0.85 2T cR / c B · 0.5 3T cR / c B · 0.35

Für transiente Vorgänge, bei denen sich das Verhältnis F zeitlich ändert, sind weitere Resonatoren zur Dämpfung von transienten Eigenmoden vorzusehen.For transient operations where the ratio F changes over time, are further resonators for damping to provide transient eigenmodes.

Erfindungsgemäß ist mindestens ein Resonator mit einem Oberton (I ≥ 2) auf eine oder mehrere Eigenmoden der Brennkammer 10 abgestimmt, das heißt nicht mit seinem Grundton (I = 1) auf eine Eigenmode abgestimmt, wie es anhand 5 erläutert wurde.According to the invention, at least one resonator with an overtone (I ≥ 2) is based on one or more eigenmodes of the combustion chamber 10 tuned, that is not with its fundamental tone (I = 1) tuned to a eigenmode, as it is based 5 was explained.

Das Resultat der erfindungsgemäßen Lösung ist in 6 schematisch gezeigt. Dort ist ein Resonator 42 über seine Länge L mit seinem ersten Oberton (I = 2) auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer 10 abgestimmt. Daraus ergibt sich eine Länge L₂ des Resonators 42, welche bei ca. F. 2,58 liegt. Diese Länge ist ca. dreifach größer als die Länge L₁.The result of the solution according to the invention is in 6 shown schematically. There is a resonator 42 over its length L with its first overtone (I = 2) to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber 10 Voted. This results in a length L _{2 of} the resonator 42 , which is at about F. 2.58. This length is about three times larger than the length L ₁ .

Wie aus 6 ersichtlich ist, liegt ein solcher Resonator mit seinem zweiten Oberton (I = 3) in Resonanz mit der zweiten tangentialen Eigenmode (2T) und mit seinem dritten Oberton (I = 4) in Resonanz mit der dritten tangentialen Eigenmode (3T) der Brennkammer 10. Dadurch werden auch diese Eigenmoden effektiv gedämpft.How out 6 is apparent, is such a resonator with its second overtone (I = 3) in resonance with the second tangential eigenmode (2T) and with its third overtone (I = 4) in resonance with the third tangential eigenmode (3T) of the combustion chamber 10 , This effectively dampens these eigenmodes as well.

Es lassen sich also durch einen einzigen Resonator 42, welcher mit seinem ersten Oberton auf die erste tangentiale Eigenmode (1T) der Brennkammer 10 abgestimmt ist, über den zweiten Oberton auch die zweite tangentiale Eigenmode (2T) und über den dritten Oberton auch die dritte tangentiale Eigenmode (3T) der Brennkammer 10 effektiv dämpfen.It can be so by a single resonator 42 , which with its first overtone to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber 10 is tuned over the second overtone and the second tangential eigenmode (2T) and the third overtone and the third tangential eigenmode (3T) of the combustion chamber 10 dampen effectively.

In 6 ist auch ersichtlich, daß beispielsweise bei L₃ = 3,65 der dritte Oberton in Resonanz mit der 2T-Eigenmode steht und der vierte Oberton des Resonators 42 in Resonanz mit der 1R-Mode steht. Bei dieser Einstellung eines Resonators 42 lassen sich also gleichzeitig die 2T-Eigenmode und die 1R-Eigenmode dämpfen.In 6 It can also be seen that, for example, at L ₃ = 3.65, the third overtone resonates with the 2T eigenmode and the fourth overtone of the resonator 42 is in resonance with the 1R mode. At this setting of a resonator 42 At the same time, the 2T eigenmode and the 1R eigenmode can be attenuated.

Nach dem oben beschriebenen Prinzip, bei dem ein Oberton, auf eine Eigenmode abgestimmt wird, lassen sich beispielsweise auch longitudinale Moden (L-Moden) dämpfen.To the principle described above, in which an overtone, a eigenmode is tuned, let, for example, also longitudinal modes (L-modes) dampen.

In 7 ist die Mikrofonspannung U des Mikrofons 36 als Funktion der Resonatorlänge L (normiert auf den Brennraumradius r) in verschiedenen Anregungsfrequenzbereichen gezeigt. Die Anregung erfolgte über den Lautsprecher 30. Mit Kreisen als Meßpunkte dargestellt ist die erste tangentiale Eigenmode (1T), welche durch eine Anregung in einem Frequenzbereich zwischen 947 Hz und 1061 Hz erzeugt wurde. Mit Dreiecken als Meßpunkte dargestellt ist die zweite tangentiale Eigenmode (2T), welche durch Anregung in einem Frequenzbereich zwischen 1637 und 1710 Hz erzeugt wurde. Weiterhin dargestellt mit Quadraten als Meßpunkte ist die dritte tangentiale Eigenmode (3T), welche durch die Anregung in einem Frequenzbereich zwischen 2286 und 2387 Hz erzeugt wurde.In 7 is the microphone voltage U of the microphone 36 shown as a function of the resonator length L (normalized to the combustion chamber radius r) in different excitation frequency ranges. The excitation took place via the loudspeaker 30 , The first tangential eigenmode (1T) generated by excitation in a frequency range between 947 Hz and 1061 Hz is represented by circles as measuring points. Shown as triangles as measuring points is the second tangential eigenmode (2T), which was generated by excitation in a frequency range between 1637 and 1710 Hz. Further represented with squares as measuring points is the third tangential eigenmode (3T), which was generated by the excitation in a frequency range between 2286 and 2387 Hz.

Man erkennt, daß sich, wenn der Resonator 42 auf die Länge L₁, wie oben beschrieben, eingestellt wird, dann die erste tangentiale Eigenmode effektiv dämpfen läßt. Die zweite tangentiale Eigenmode und die dritte tangentiale Eigenmode werden jedoch nicht ausreichend gedämpft.It can be seen that when the resonator 42 is set to the length L ₁ as described above, then effectively attenuates the first tangential eigenmode. However, the second tangential eigenmode and the third tangential eigenmode are not sufficiently attenuated.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei welcher der Resonator 42 mit einem Oberton (insbesondere seinem ersten Oberton) auf die erste tangentiale Eigenmode eingestellt ist, lassen sich, wie in 7 ersichtlich ist, sowohl die erste tangentiale Eigenmode als auch die zweite tangentiale Eigenmode und auch die dritte tangentiale Eigenmode effektiv dämpfen.In the inventive solution in which the resonator 42 is set to the first tangential eigenmode with an overtone (in particular its first overtone) can be, as in 7 It can be seen that both the first tangential eigenmode and the second tangential eigenmode and also the third tangential eigenmode effectively attenuate.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird mindestens ein Resonator 22 in Resonanz mit einem Oberton auf eine Eigenmode der Brennkammer 10 abgestimmt. Insbesondere wird der erste Oberton auf die erste tangentiale Eigenmode abgestimmt. Dadurch lassen sich auch effektiv die zweite tangentiale Eigenmode über Resonanz mit dem zweiten Oberton und die dritte tangentiale Eigenmode über Resonanz mit dem dritten Oberton dämpfen.In the solution according to the invention at least one resonator 22 in resonance with an overtone on a eigenmode of the combustion chamber 10 Voted. In particular, the first overtone is tuned to the first tangential eigenmode. As a result, it is also possible effectively to dampen the second tangential eigenmode via resonance with the second overtone and the third tangential eigenmode via resonance with the third overtone.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich deshalb die Anzahl der benötigten Resonatoren 22 der Resonatoreinrichtung 21 reduzieren, da mit einem Resonator mehrere Eigenmoden effektiv gedämpft werden können, bzw. es läßt sich mit einer gleichen Anzahl von Resonatoren 22 (bezogen auf den Fall, daß Resonatoren mit ihrem Grundton auf Eigenmoden der Brennkammer 10 abgestimmt sind) eine effektivere Dämpfung erreichen.The solution according to the invention therefore permits the number of resonators required 22 the resonator device 21 reduce, since it can be effectively damped with a resonator more eigenmodes, or it can be with an equal number of resonators 22 (referring to the case where resonators with their fundamental tone on eigenmodes of the combustion chamber 10 are tuned) achieve a more effective attenuation.

Da ein Resonator 22 üblicherweise nur in einem begrenzten Raumbereich des Brennraums 14 wirkt, müssen um die Brennkammer 10 verteilt eine Mehrzahl von Resonatoren 22 angeordnet werden. Da sich, wie oben erwähnt, das Verhältnis F während der Startphase der Brennkammer 10 stark ändert, sind zusätzliche Resonatoren 22 notwendig, um Brennkammerschwingungen auch in einer transienten Phase unterdrücken zu können. Es ist beispielsweise bekannt, 48 Resonatoren an einer Brennkammer anzuordnen. Da der zur Verfügung stehende Raum um eine Brennkammer begrenzt ist, läßt sich die Anzahl der Resonatoren nicht beliebig erhöhen; wenn eine große Anzahl von Resonatoren benötigt wird, dann muß der Durchmesser von Resonatorräumen entsprechend verringert werden. Dadurch wiederum verringert sich die dämpfende Wirkung der Resonatoren.Because a resonator 22 usually only in a limited space area of the combustion chamber 14 acts, have to go around the combustion chamber 10 distributes a plurality of resonators 22 to be ordered. Since, as mentioned above, the ratio F during the start phase of the combustion chamber 10 Strong changes are additional resonators 22 necessary to be able to suppress combustion chamber vibrations even in a transient phase. For example, it is known to arrange 48 resonators on a combustion chamber. Since the available space is limited to a combustion chamber, the number of resonators can not be increased arbitrarily; if a large number of resonators are needed, then the diameter of resonator cavities must be reduced accordingly. This in turn reduces the damping effect of the resonators.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich die Anzahl der Resonatoren verhältnismäßig gering halten mit hoher Dämpfungseffektivität.By the solution according to the invention can be keep the number of resonators relatively low with high damping effectiveness.

Weiterhin ist die Einstellbarkeit erleichtert, da mit einem Resonator, welcher mit einem Oberton auf eine Eigenmode abgestimmt ist, sich auch weitere Eigenmoden effektiv dämpfen lassen.Farther the adjustability is facilitated, as with a resonator, which tuned to a eigenmode with an overtone, there are also more Effectively dampen eigenmodes to let.

Claims

Combustion chamber with a combustion chamber ( 14 ) and a resonator device ( 21 ), which has one or more resonators ( 22 ) and serves to adjust the acoustic properties of the combustion chamber, characterized in that at least one resonator ( 22 ) is tuned to an eigenmode of the combustion chamber with an overtone and not with its fundamental tone.

Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the tuning via adjustment of the geometric dimensions of a resonator chamber ( 28 ) of the at least one resonator ( 22 ) is reached.

Combustion chamber according to Claim 2, characterized in that the length (L) of the resonator chamber ( 28 ) is set.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resonator is a quarter-wave resonator ( 42 ).

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resonator ( 22 ) a Helmholtz resonator ( 56 ).

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that such an overtone of the at least one resonator ( 22 ) is set so that at least approximately at least one further overtone is in resonance with a further eigenmode (2T, 3T) of the combustion chamber.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that such an overtone of the at least one resonator ( 22 ) is set so that at least approximately a plurality of further harmonics is in resonance with further tangential eigenmodes (2T, 3T) of the combustion chamber.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the first overtone of the at least one resonator ( 22 ) is tuned to a natural mode (1T) of the combustion chamber.

Combustion chamber according to claim 8, characterized in that that the second overtone at least approximately is in resonance with another eigenmode (2T).

Combustion chamber according to claim 8 or 9, characterized that the third overtone at least approximately is in resonance with another eigenmode (3T).

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resonator ( 22 ) is tuned to the first tangential eigenmode (1T) of the combustion chamber.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resonator ( 22 ) a tube ( 44 ), in which a resonator space ( 28 ) is formed.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber ( 14 ) at least outside a neck area ( 20 ) is cylindrical.

Combustion chamber according to claim 13, characterized in that the distance relative to a combustion chamber axis ( 16 ) between the resonator device ( 21 ) and the neck area ( 20 ) is greater than the diameter (2r) of the combustion chamber ( 14 ) in the cylindrical region ( 19 ).

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that at least one opening ( 46 ) is provided, on which the at least one resonator ( 22 ) is arranged.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one resonator ( 22 ) is at least partially radially oriented.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the resonator device ( 21 ) on an outside ( 26 ) of the combustion chamber is arranged.

Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of resonators ( 22 ) is arranged annularly on the combustion chamber.

Combustion chamber according to Claim 18, characterized in that resonators ( 22 ) at the same height relative to a combustion chamber axis ( 16 ) are arranged.

Method for adjusting the acoustic properties a combustion chamber in which the combustion chamber with one or more Resonators is provided, characterized in that at least a resonator with an overtone and not with its fundamental tone a eigenmode of the combustion chamber is tuned.

Method according to claim 20, characterized in that that the Vote done so will that several overtones at least approximately are in resonance with different eigenmodes.

Method according to claim 20 or 21, characterized that the first overtone of the at least one resonator to a eigenmode the combustion chamber is tuned.

Method according to one of claims 20 to 22, characterized that the at least one resonator with an overtone on a tangential Eigenmode the combustion chamber is tuned.

Method according to one of claims 20 to 23, characterized that the at least one resonator to the first tangential eigenmode of Combustion chamber is tuned.