DE102006050869A1

DE102006050869A1 - Schalldämpfungseinrichtung für eine Luftrohrleitung eines Flugzeuges, insbesondere bei einer Flugzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102006050869A1
Application number: DE102006050869A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Potschka
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-04-30
Also published as: CA2665152C; JP5258776B2; CN101636594B; EP2076679B1; RU2009120098A; US20090200103A1; EP2076679A1; BRPI0717338A2; RU2453775C2; US8210307B2; WO2008049885A1; EP2076679B8; CA2665152A1; JP2010507525A; CN101636594A

Abstract

Schalldämpfungseinrichtung für eine Luftrohrleitung eines Flugzeuges, die mindestens einen gebogenen Rohrabschnitt (1; 1') aufweist, dessen jeweilige Innenwandung mit einem Schallabsorptionsmaterial (2) verkleidet ist, wobei innerhalb des gebogenen Rohrabschnittes (1; 1') mindestens ein Luftleitmittel zur Strömungsoptimierung angeordnet ist, wobei zur weiteren gewichtsneutralen Schalldämpfung das innerhalb des gebogenen Rohrabschnittes (1; 1') angeordnete Luftleitmittel an zumindest einer Seitenfläche (3a; 3b) mit einer Mikroperforierung ausgestattet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalldämpfungseinrichtung für eine Luftrohrleitung eines Flugzeuges, die mindestens einen gebogenen Rohrabschnitt aufweist, dessen jeweilige Innenwandung mit einem Schallabsorptionsmaterial verkleidet ist, wobei innerhalb des gebogenen Rohrabschnittes mindestens ein Luftleitmittel zur Strömungsoptimierung angeordnet ist.
Die im Flugzeugbau zum Einsatz kommenden Luftrohrleitungen unterliegen besonders strengen Anforderungen hinsichtlich Schallschutz und Strömungsdynamik. Gleichzeitig sind Luftrohrleitungen in einem Flugzeug derart zu bemessen, dass Strömungsverluste möglichst minimal bleiben, um beispielsweise die zum Transport der Klimaluft erforderliche Energie zu minimieren. Durch die beengten Platzverhältnisse innerhalb eines Flugzeuges weisen Luftrohrleitungen recht viele gebogene Rohrabschnitte auf. An dieser Stelle kommen vorzugsweise Dispersionsschalldämpfer zum Einsatz, da diese hier besonders effizient wirken. Weiterhin werden die Richtungsänderung der Luftströmung Verwirbelungen erzeugt, die zum einen die Strömungsgeschwindigkeit der Luft vermindern.
Zwecks Dispersionsschalldämpfung sind gewöhnlich insbesondere die gebogenen Rohrabschnitte der Luftrohrleitung mit einem Schallabsorptionsmaterial ausgekleidet.
Weiterhin treten insbesondere bei stark gebogenen Rohrabschnitten den Wirkungsgrad verschlechternde Verwirblungen im Luftstrom auf, denen mit Luftleitmitteln entgegengewirkt wirkt.
Eine Kombination von Luftleitmitteln mit Schallabsorptionsauskleidungen bei einem gebogenen Rohrabschnitt kann jedoch die Effizienz in der Schalldämpfung negativ beeinträchtigen. Denn beispielsweise zwei parallel zueinander angeordnete Luftleitbleche als Luftleitmittel innerhalb eines gebogenen Rohrabschnittes erzeugen drei voneinander getrennte Kanalabschnitte, welche für sich betrachtet vollständig nicht mit Schallabsorptionsmaterialien ausgestattet sind. Insbesondere der durch zwei beabstandet zueinander angeordnete Luftleitbleche gebildete mittlere Kanal ist diesbezüglich ungeschützt.
Es ist bereits versucht worden, diesem Problem durch eine Vergrößerung des Biegeradius des gebogenen Rohrabschnittes entgegen zu wirken, so dass höchstens ein Luftleitmittel innerhalb des gebogenen Rohrabschnitts erforderlich ist. Allerdings erfordert diese Maßnahme einen erhöhten Bauraum innerhalb eines Flugzeuges, der wiederum knapp ist. Weiterhin ist bereits versucht worden, Luftleitmittel in Form von akustischen Teilern auszubilden. Ein akustischer Teiler ist ein aerodynamisch geformtes Luftleitmittel, der eine Flügelform aufweist und dessen Innenraum mit einem Schallabsorptionsmaterial gefüllt ist. Die Verbindung zum Schallabsorptionsmaterial wird durch eine herkömmliche Perforierung von ca. 20° Perforationsgrad hergestellt. Als Perforationsgrad wird derjenige Oberflächenanteil bezeichnet, welcher durch die Perforation eingenommen wird. Zwar arbeitet ein solcher akustischer Teiler selbst als Schalldämpfer; jedoch erfordert diese Lösung wegen der Dicke des akustischen Teilers einen entsprechend großen Bauraum im Inneren des gebogenen Rohrabschnittes, der wiederum den Druckabfall nachteilig vergrößert. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass ein Perforationsgrad von größer als 10% selbst eine Schallquelle bildet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schalldämpfungseinrichtung für einen gebogenen Rohrabschnitt einer Luftrohrleitung eines Flugzeugs zu schaffen, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig minimal erforderlichem Bauraum auszeichnet.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Schalldämpfungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur weiteren gewichtsneutralen Schalldämpfung das innerhalb eines gebogenen Rohrabschnitts angeordnete Luftleitmittel an zumindest einer Seitenfläche mit einer Mikroperforierung ausgestattet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass Dank der Mikroperforierung eine nur geringe Verwirbelung der Luftströmung beim entlanggleiten an dem Luftleitmittel entsteht, so dass aus dem Luftleitmittel keine Geräuschquelle wird oder die Gefahr eines signifikanten Druckabfalls besteht. Andererseits ist das aerodynamische Verhalten der erfindungsgemäßen mikroperforierten Luftleitmittel ähnlich gut wie bei unperforierten herkömmlichen Luftleitmitteln. Damit vereint die erfindungsgemäße Lösung die strömungstechnischen Vorteile herkömmlicher Luftleitmittel mit einer optimierten Schalldämpfung. Der Absorptionskoeffizient der erfindungsgemäßen Schalldämpfungslösung ist einstellbar auf die erforderliche Frequenz durch Änderung der Größe und/oder der Distanz der Öffnungen der Mikroperforierung. Die erfindungsgemäße Maßnahme einer Mikroperforierung von Luftleitmitteln hat keinen Einfluss auf Gewicht und Bauraum im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen.
Die Luftleitmittel können verschiedenartig ausgebildet sein. So ist es denkbar diese nach Art mindestens eines Luftleitbleches oder nach Art eines akustischen Teilers auszuführen. Ersterenfalls erstreckt sich die Mikroperforierung durch die gesamte Dicke des Luftleitblechs. Im Fall eines akustischen Teilers ist dessen Absorptionsmittelkern einschließendes Blechgehäuse im Bereich der Innenseite oder Außenseite des akustischen Teilers mit einer Mikroperforie rung versehen. Als Innenseite wird hier bei den nach Innen gekrümmte Fläche des akustischen Teilers verstanden, wogegen als Außenseite die nach Außen gekrümmte Fläche des akustischen Teilers verstanden wird.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme bezüglich des akustischen Teilers wird vorgeschlagen, dass die nicht mit einer Mikroperforierung versehende Innenseite bzw. Außenseite des Blechgehäuses eine herkömmliche Perforation von zumindest 20% Perforationsgrad aufweist. Insbesondere bei größeren Krümmungsradien gebogener Rohrabschnitte können mit dieser Maßnahme optimale Ergebnisse im Hinblick auf Schalldämpfung und Strömungsleitung erzielt werden. Weiterhin haben Versuche ergeben, dass sich die erfindungsgemäße Lösung insbesondere bei Strömungsgeschwindigkeiten von größer als 5m/s bewährt.
Die erfindungsgemäße Mikroperforierung ist vorzugsweise durch einzelne kreisrunde oder ovale Öffnungen realisiert, welche einen Durchmesser von weniger als 1mm aufweisen. Somit grenzt sich die Mikroperforierung ab von herkömmlichen Perforierungen, deren einzelnen Öffnungen einen Durchmesser von mehr als 2mm aufweisen. Weiterhin vorzugsweise wird durch die erfindungsgemäße Mikroperforierung bezogen auf die gesamte Oberfläche ein Perforationsgrad von kleiner als 5% erzielt.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht eines gebogenen Rohrabschnittes mit Luftleitmitteln in einer ersten Ausführungsform, und
2 eine Seitenansicht eines gebogenen Rohrabschnittes mit Luftleitmitteln in einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß 1 wird ein gebogener Rohrabschnitt 1 einer – nicht weiter dargestellten – Luftrohrleitung eines Flugzeuges von Klimaluft in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung durchströmt. Die Innenwandung des Rohrabschnittes ist mit einem Schallabsorptionsmaterial 2 verkleidet, das hier in Form von Glaswolle ausgebildet ist. Innerhalb des gebogenen Rohrabschnitts 1 sind zwei strömungsparallel angeordnete Luftleitbleche 4a und 4b montiert. Jedes der Luftleitbleche 4a und 4b weist über die gesamte Dicke gesehen eine durchgängige Mikroperforierung zwecks Schalldämpfung auf.
Gemäß 2 ist im Inneren eines ebenfalls gebogenen Rohrabschnitts 1' mit einer Auskleidung durch Schallabsorptionsmaterial 2 ein akustischer Teiler 5 als Luftleitmittel angeordnet. Der flügelartig geformte akustische Teiler 5 weist einen inneren Absorptionskern 6 aus Schallabsorptionsmaterial aus, der von einem Blechgehäuse 7 umschlossen ist. Das Blechgehäuse 7 bildet die beiden in etwa gegenüberliegenden Seitenflächen 3a und 3b des akustischen Teilers 5. In diesem Ausführungsbeispiel ist in die Innenseite des akustischen Teilers mit einer Mikroperforierung versehen, wogegen die Außenseite 3a mit einer herkömmlichen Perforation versehen ist.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen beiden bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, akustische Teiler und Luftleitbleche zusammen innerhalb eines gebogenen Rohrabschnitts unterzubringen, falls strömungs- und schalltechnische Gründe dafür sprechen. Die Erfindung lässt sich nicht allein anwenden auf Luftrohrleitungen von Klimaanlagen, sondern auch auf Ein- oder Auslasskanäle von Turbinen oder dergleichen.

1: gebogener Rohrabschnitt
2: Schallabsorptionsmaterial
3: Seitenfläche
4: Strömungsrichtung
5: akustischer Teiler
6: Absorptionsmittelkern

Claims

Schalldämpfungseinrichtung für eine Luftrohrleitung eines Flugzeuges, die mindestens einen gebogenen Rohrabschnitt (1; 1') aufweist, dessen jeweilige Innenwandung mit einem Schallabsorptionsmaterial (2) verkleidet ist, wobei innerhalb des gebogenen Rohrabschnittes (1; 1') mindestens ein Luftleitmittel zur Strömungsoptimierung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren gewichtsneutralen Schalldämpfung das innerhalb des gebogenen Rohrabschnittes (1; 1') angeordnete Luftleitmittel an zumindest einer Seitenfläche (3a; 3b) mit einer Mikroperforierung ausgestattet ist.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitmittel nach Art mindestens eines Luftleitblechs (4a; 4b) ausgeführt ist, das eine über die Dicke gesehen durchgängige Mikroperforierung aufweist.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitmittel nach Art eines akustischen Teilers (5) ausgeführt ist, dessen einen Absorptionsmittelkern (6) einschließendes Blechgehäuse (7) im Bereich der inneren Seitenfläche (3b) oder der äußeren Seitenfläche (3a) mit einer Mikroperforierung versehen ist.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit einer Mikroperforierung versehene innere Seitenfläche (3b) oder äußere Seitenfläche (3a) des Blechgehäuses (7) eine herkömmliche Perforation mit zumindest 20% Perforationsgrad aufweist.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallabsorptionsmaterial (2) aus Glaswolle, Mineralwolle oder offenporigem Schaumstoff besteht.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroperforierung aus einzelnen Öffnungen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm besteht.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Perforationsgrad der Mikroperforierung kleiner als 5% beträgt.
Schalldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch den gebogenen Rohrabschnitt (1; 1') während des normalen Betriebs größer als 5 m/s ist.