EP1746344A2 - Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer - Google Patents

Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer Download PDF

Info

Publication number
EP1746344A2
EP1746344A2 EP06117462A EP06117462A EP1746344A2 EP 1746344 A2 EP1746344 A2 EP 1746344A2 EP 06117462 A EP06117462 A EP 06117462A EP 06117462 A EP06117462 A EP 06117462A EP 1746344 A2 EP1746344 A2 EP 1746344A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resonator
combustion chamber
eigenmode
output
acoustic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06117462A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1746344A3 (de
Inventor
Zoltán Faragó
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP1746344A2 publication Critical patent/EP1746344A2/de
Publication of EP1746344A3 publication Critical patent/EP1746344A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005—Noise absorbing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting the acoustic properties of a combustion chamber, in which the combustion chamber is provided with at least one acoustic resonator as a damping element.
  • oscillating sub-processes of combustion can take place.
  • the fuel supply may oscillate, the mixture formation of fuel and oxidizer may oscillate and the chemical reactions in the combustion chamber may oscillate.
  • the atomization and evaporation may have oscillations.
  • the combustion chamber itself is a hollow body which has acoustic eigenmodes. It is basically possible that an acoustic coupling of the described oscillating processes can be carried out with eigenmodes of the combustion chamber. As a result, pressure pulsations may arise, which may, for example, damage the combustion chamber or disturb the combustion. It is even possible that the combustion extinguishes.
  • the acoustic properties of a combustion chamber can be influenced by the provision of one or more acoustic resonators as damping elements. These acoustic resonators can couple to eigenmodes of the combustion chamber in order to be able to shift eigenmodes into uncritical frequency ranges or to be able to dampen disturbing eigenmodes.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, can be set with the quick and easy way acoustic properties of a combustion chamber.
  • an acoustic eigenmode of an output combustion chamber is determined, the acoustic resonator is selected or adjusted so that it has a resonance in the range of the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber, from the output combustion chamber and the acoustic resonator, an output combustion chamber-resonator combination is formed, which is acoustically excited and the resulting frequency spectrum is recorded, a first eigenmode of the output combustor-resonator combination below the eigenmode of the output combustion chamber with a second eigenmode of the output combustion chamber Resonator combination above the eigenmode of the output combustion chamber with respect to intensity and / or half width is compared, and the resonator is modified, if necessary, such that the first eigenmode of the output combustor-resonator combination and the second eigenmode of output combustor R Esonator combination have at least approximately the same intensity and / or half width in the frequency spectrum.
  • the invention is based on the observation that special symmetries are present with an optimum resonator length.
  • the presence of these symmetries is used to adjust the acoustic resonator such that the first eigenmode and the second eigenmode of the output combustor-resonator combination lie with the same intensity and / or half-width.
  • a targeted resonator adjustment can be achieved with just a few measurements.
  • the output combustor may be a combustor already provided with one or more defined tuned or selected resonators.
  • the setting can be carried out for a given acoustic eigenmode. In particular, it can be carried out for a plurality of different acoustic eigenmodes.
  • the inventive method is based on the effect of the "avoided crossing" at certain excitations of the output combustion chamber and the acoustic resonator. If there is a avoided crossing, then there are two eigenmodes which are close to each other and have equal resonance characteristics; in particular, they have a substantially equal intensity and half-width.
  • the resonance frequency conditions for a radial mode of the combustion chamber and a ⁇ / 4 oscillation of a coupled resonator can be satisfied.
  • the ⁇ / 4 oscillation of the resonator requires a pressure node at a resonator opening in an interior of the combustion chamber.
  • a pressure annotation on the cylinder wall is required for the radial mode.
  • the ⁇ / 4 oscillation of the resonator requires radial velocity fluctuation at the mouth of the resonator into the combustion chamber, while the tangential eigenmode of the combustion chamber requires azimuthal oscillation at the same location.
  • the avoided crossing creates two eigenmodes, one of which has a slightly lower frequency than the eigenmode of the output combustion chamber, and the other a slightly higher frequency than the corresponding eigenmode of the output combustion chamber.
  • the output combustor-resonator combination is excited and the frequency spectrum is recorded. Based on this, if necessary, a further modification of the resonator can take place.
  • this modification of the resonator can be carried out in a targeted manner such that the differences in intensity and / or in the half-width of the first eigenmode and the second eigenmode are taken into account.
  • the resonator modification and subsequent frequency spectrum recordings are carried out iteratively, namely until the first eigenmode and the second eigenmode have at least approximately the same intensity and / or the same half-width.
  • An optimal resonator setting is achieved.
  • the first eigenmode of the output combustion chamber / resonator combination is chosen to be that which lies in the natural frequency directly below the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber.
  • the second eigenmode of the output combustion chamber / resonator combination is that which lies in the natural frequency directly above the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber. This makes it possible to excite the first eigenmode and the second eigenmode by exciting the output combustion chamber / resonator combination at the natural frequency of the output combustion chamber.
  • a theoretical value for the natural frequency is determined to determine the eigenmode of the output combustion chamber. This is determined by solving the corresponding equations with specification of the boundary conditions.
  • the measurement is performed in a range around a previously theoretically determined value. As a result, a determination of the eigenmode of the output combustion chamber can be carried out with less effort.
  • the resonator is modified (e.g., by tuning or selecting another resonator) to be a lower one Resonant frequency.
  • the differences in intensity and / or in the half-width can be reduced.
  • a targeted modification is carried out; This in turn reduces the measurement effort.
  • the resonator is modified to have a higher resonant frequency if the first eigenmode of the output combustor-resonator combination has a lower intensity than the second eigenmode of the output combustor-resonator combination ,
  • the modification of the resonator is carried out by modification of at least one geometric parameter.
  • the geometric parameter is in particular a length of a resonator space.
  • the length of the resonator chamber can be variably adjustable and / or fixed resonators are used, in which case appropriate resonators are selected.
  • Examples of usable acoustic resonators are quarter-wave resonators or Helmholtz resonators.
  • a quarter-wave resonator is formed via a tube which is open to the interior and closed to the other side.
  • a Helmholtz resonator has a neck area followed by a larger diameter continuation area.
  • a length of a resonator chamber is adjustable, for example via a displaceable wall, which may be arranged in particular in the manner of a piston on a spindle.
  • a resonator it is also possible in principle for a resonator to have a fixed boundary wall.
  • the at least one resonator has a resonator chamber, which is in communication with an interior of the combustion chamber.
  • a coupling of eigenmodes of the resonator can take place with eigenmodes of the combustion chamber in order, for example, to be able to damp away eigenmodes of the combustion chamber.
  • the at least one resonator is positioned on an outer side of the output combustion chamber.
  • the initial selection or initial setting of the resonator is such that one or more parameters are selected or set such that the resonant frequency of the resonator corresponds at least approximately to the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber. It has been found that only a few modification steps of the acoustic resonator are necessary in this choice or setting.
  • the first eigenmode can form below and the second eigenmode above the eigenmode of the output combustion chamber.
  • a first frequency spectrum is expediently determined, the resonator is modified, a second frequency spectrum is determined with the modified resonator, and the next resonator modification takes place by means of intrapolation or extrapolation.
  • From the intensity differences of the first eigenmode and the second eigenmode in the first frequency spectrum and in the second frequency spectrum can be a Resonatoreingnall interpolate or extrapolate. This minimizes the number of necessary resonator modifications.
  • a third frequency spectrum is recorded with the resonator modification determined by intrapolation or extrapolation. In practice, it has been found that usually no further frequency spectrum is needed.
  • the combustion chamber has an at least approximately rotationally symmetrical interior.
  • the resonator or cavities are arranged outside an interior of the combustion chamber in order to influence the combustion processes as little as possible.
  • the end result of the method according to the invention is a defined selected or defined resonator with which the predetermined eigenmode is wegdämpfbar or is modifiable so that it no longer bothers combustion processes.
  • the inventive method can be carried out for a plurality of eigenmodes of the combustion chamber or the output combustion chamber in order to obtain an optimized acoustic adjustment.
  • the output combustor may be provided with one or more resonators that affect the eigenmode of the output combustor accordingly.
  • the combustion chamber is provided with a plurality of resonators.
  • different eigenmodes of the combustion chamber can be influenced.
  • temporal variability of eigenmodes Due to temperature changes in the combustion chamber and / or in a resonator space, eigenmodes can vary in time, in particular with respect to their frequency. By providing a plurality of appropriately matched resonators, this temporal variation can be taken into account.
  • the resonators are arranged on a circumferential line of the combustion chamber. This results in easy positioning on the combustion chamber with minimal influence on the combustion chamber.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a combustion chamber, which is shown schematically in FIG. 1 and denoted there by 10, comprises a combustion chamber wall 12 and an interior space 14.
  • the interior space 14 is usually designed to be rotationally symmetrical about an axis 16.
  • the combustion chamber 10 has an end 18 at which a blowing device for injecting fuel and oxidizer is arranged (not shown in FIG. 1).
  • a combustion chamber 10 has acoustic eigenmodes. Knowing and adjusting the acoustic characteristics of a combustor 10 may be important to 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-processes an acoustic eigenmode of the combustion chamber 10 to vibrate, strong pressure pulsations may arise in the combustion chamber due to acoustic coupling, which in turn may lead to damage to the combustion chamber 10 and may lead to disturbances of combustion.
  • 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-processes an acoustic eigenmode of the combustion chamber 10 to
  • one or more acoustic resonators 22 are arranged as damping elements on the combustion chamber 10. If such an acoustic resonator 22 (or a plurality of acoustic resonators 22) couples with an acoustic eigenmode of the combustion chamber 10, then with a suitable choice, the eigenmode can be pushed into a frequency range in which it is no longer disturbing for the combustion process, or be largely suppressed.
  • annular flange 24 can be fixed on an outer side 26 of the combustion chamber 10, at which acoustic resonators 22 can be positioned in particular around a circumferential line on the outer side 26 of the combustion chamber 10.
  • An acoustic resonator 22 in this case has a resonator chamber 28 (resonance chamber), which is in communication with the interior 14 of the combustion chamber 10.
  • a signal generator 32 is provided whose signals are amplified by an amplifier 34.
  • the amplifier 34 is coupled to the speaker 30.
  • a microphone 36 is provided, which is coupled to an amplifier 38.
  • 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.
  • a quarter-wave resonator 42 can be used ( Figure 3).
  • This comprises a tube 44, in which the resonator chamber 28 is formed.
  • the tube 44 opens via an open end 46 into the interior 14 of the combustion chamber 10.
  • the resonator chamber 28 is closed off at the end 48 opposite the end 46 by a wall 50.
  • This wall 50 may be fixed or it may be adjustable as shown in FIG. 3 so that the length of the resonator space between the end 46 and the end 48 is adjustable.
  • the wall 50 is seated on a spindle 52, wherein the spindle 52 for adjusting the resonator chamber 28 in a direction 54 which is transverse and in particular perpendicular to the axis 16, lockable displaceable.
  • Increasing the volume of resonator cavity 28 (which is the product of length and cross-sectional area) reduces the resonator frequency.
  • a Helmholtz resonator is shown schematically in FIG. 4 and denoted by 56 there.
  • a Helmholtz resonator includes a resonator cavity 58, which is partially formed in a tube 60, for example.
  • the tube 60 is connected via a neck 62 with the interior 14 of the combustion chamber 10.
  • An interior 64 in the neck 62 is also part of the resonator 58.
  • the resonator is closed via a wall 65.
  • the neck 62 has a smaller cross-sectional area than the tube 60.
  • the acoustic properties of the combustion chamber 10 can be adjusted.
  • the setting 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 take place.
  • 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.
  • the eigenfunctions are, for example, cylindrical Bessel functions.
  • a method is provided with which the acoustic properties of the combustion chamber 10 can be adjusted in a targeted manner by one or more acoustic resonators 22.
  • the starting point is the observation that the mode spectrum of the combustion chamber 10 with an acoustic resonator with optimized resonator length has particular symmetries.
  • the method according to the invention works as follows:
  • the relevant acoustic eigenmode is determined, which is to be suppressed or shifted to another frequency range.
  • the starting combustion chamber may be the naked combustion chamber 10 without acoustic resonators 22 or it may be a combustion chamber, on which one or more acoustic resonators 22 are already arranged.
  • the acoustic eigenmode of the output combustor can be calculated, that is theoretically determined, by solving the appropriate acoustic equations for the particular combustor shape.
  • the acoustic eigenmode is determined by measurement, which is preferably measured to abbreviate the measurement in a measuring range to a previously theoretically determined eigenmode.
  • measurement is preferably measured to abbreviate the measurement in a measuring range to a previously theoretically determined eigenmode.
  • the excitation frequency is varied in order to find the eigenmode.
  • an acoustic resonator 22 is set on the combustion chamber wall 12 so that it has a resonance at the natural frequency of the eigenmode of the output combustion chamber or at least has a resonance in the vicinity of this natural frequency.
  • the resonator is selected or adjusted with its geometric parameters, that is, with its resonator chamber 28 or 58 selected or set such that a resonant frequency is at or at least in the range around the determined natural frequency of the output combustion chamber.
  • An output combustor-resonator combination is formed by the output combustor and the correspondingly selected or adjusted acoustic resonator. This is acoustically excited and the resulting frequency spectrum recorded. The acoustic excitation takes place on the natural frequency of the determined eigenmode of the output combustion chamber.
  • a broadband excitation takes place, wherein the determined natural frequency lies in the broadband range.
  • an excitation with a noise spectrum takes place. It is also possible to use a sweep signal for excitation.
  • Excitation with the excitation frequency or the broadband range takes place, for example, over a period of a few milliseconds.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the output combustor-resonator combination has eigenmodes of eigenfrequencies around the eigenmode of the output combustor.
  • the eigenmodes are analyzed in more detail, which lie with respect to the frequency directly below the eigenmode of the output combustion chamber and directly above the output combustion chamber.
  • the lower eigenmode is hereinafter referred to as the first eigenmode of the output combustor-resonator combination and the directly above eigenmode referred to as the second eigenmode of the output combustor-resonator combination.
  • the comparison is made with respect to intensity and / or half width.
  • first eigenmode and the second eigenmode have the same intensity and / or half width, then it is assumed that the correct resonator setting has been found. This is retained.
  • the method may then be continued with another acoustic resonator with respect to another eigenmode of the output combustor (which is now the original output combustor with additional resonator).
  • the acoustic resonator 22 is modified to have a lower resonant frequency.
  • an adjustable acoustic resonator such as the quarter-wave resonator 42 or an adjustable-wall Helmholtz resonator 56
  • adjustment (tuning) is made to a lower resonant frequency.
  • a resonator exchange is performed instead.
  • the acoustic resonator 22 is modified to have a higher resonant frequency.
  • a renewed excitation is carried out on the natural frequency of the output combustion chamber or broadband and in turn the frequency spectrum is recorded and the first eigenmode and the second eigenmode of the output combustion chamber-resonator combination are compared with each other and according to this comparison, a further resonator modification is performed.
  • a further resonator modification can also be carried out by intrapolation or extrapolation from the present values.
  • the acoustic behavior of the combustion chamber 10 can be adjusted with relatively little effort.
  • the acoustic adjustment can be carried out relatively quickly and with reduced effort.
  • the setting can be carried out for different eigenmodes, wherein the eigenmodes may be those of the bare combustion chamber or those of the combustion chamber, which is already provided with one or more acoustic resonators.
  • FIGS. 5 (a), (b), (c) frequency spectra are shown when performing the method on a combustion chamber for damping the 1T eigenmode (first tangential mode).
  • the natural frequency of this eigenmode for the output combustion chamber was determined to be 1005 Hz.
  • a quarter-wave resonator as the acoustic resonator 22 a resonator length of 81.6 mm was determined. The acoustic resonator 22 was then set corresponding to the combustion chamber 10.
  • the frequency spectrum according to FIG. 5 (a) was determined with a first eigenmode 66 of the output combustor / resonator combination directly below the frequency f A and a second eigenmode 68 of the output combustor / resonator combination directly above the frequency f A ,
  • the first eigenmode 66 is at a natural frequency of 960 Hz and the second eigenmode 68 is at a natural frequency of 1066 Hz.
  • the intensity of the first eigenmode 66 is smaller than the intensity of the second eigenmode 68.
  • the acoustic resonator was changed to have a higher resonance frequency. This was achieved by a length reduction at the resonator to 80.6 mm. With this modified resonator, excitation was again carried out at 1005 Hz.
  • the first eigenmode 66 ' has a higher intensity than the second eigenmode 68'.
  • the acoustic resonator 22 was newly modified, with a length adjustment made to 81.0 mm.
  • This length adjustment was determined by intrapolation from the frequency spectra of Figures 5 (a), 5 (b); the distance of the intensity between the eigenmodes 66 'and 68' is smaller than between the eigenmodes 66 and 68.
  • the corresponding resonator length should be closer to 80.6 mm than 81.6 mm.
  • the 1T eigenmode can then be damped away.
  • FIGS. 6 (a), (b), (c) frequency spectra for the attenuation of the 2T eigenmode (second tangential mode) are shown.
  • a resonator length of 47.7 mm was determined for this purpose.
  • the first eigenmode 70 has a smaller intensity than the second eigenmode 72 (each of the output combustor-cavity combination).
  • the acoustic resonator 22 was then tuned higher by shortening its length to 47.0 mm.
  • the first eigenmode 70 ' also has a lower intensity than the second eigenmode 72'. Therefore, the resonator frequency was further increased by decreasing the length to 46.8 mm. This value was determined in particular by intrapolation based on the spacing of the intensities of the eigenmodes 72, 70 and 72 ', 70'.
  • the method can be carried out for further eigenmodes.
  • eigenmodes can change over time.
  • the combustor temperature may change over time.
  • the temperature in an acoustic resonator 22 may change over time. This leads to a temporal change in the speed of sound. It is also the difference of the sound velocities between the combustion chamber 10 and the acoustic resonator 22 arise. It is therefore possible, for example, that different resonator lengths are required within a certain time after the ignition of the fuel in order to be able to effectively damp a specific eigenmode due to a temporally varying natural frequency.
  • a plurality of acoustic resonators 22 is provided.
  • the natural frequency of the first tangential mode 80 (1T) is approximately 1,005 Hz.
  • the natural frequency of the 2T eigenmode 82 is approximately 1,660 Hz.
  • the natural frequency of the first radial mode 84 (1R) is approximately 2,095 Hz.
  • the eigenmode 86 is approximately 2,300 Hz. Since the corresponding natural frequencies are dependent on R -1 according to the above equation, the natural frequencies in FIG. 7 are horizontal lines.
  • L is the resonator length.
  • l is the order of the axial eigenmode of the ⁇ / 4 resonator.
  • an equivalent resonator length L eq which is dependent on a diameter D of the resonator, may be used.
  • the equivalent resonator length is in the range between L + 0.2 • D and L + 0.4 • D.
  • the natural frequencies of a ⁇ / 4 resonator in the plot L over R are hyperbolas.
  • the hyperbolas 88, 90, 92 show the natural frequency profile of the ⁇ / 4 resonator without coupling to the combustion chamber.
  • the line width is shown for the eigenmodes of the coupled system.
  • the filled circles are the measured values for the 1T eigenmode
  • the filled triangles with the top up are the measured values for the 2T eigenmode
  • the filled triangles with the top down indicate the line width for the 1R eigenmode.
  • the frequency characteristic 94 according to FIG. 7 results for the 2T eigenmode of the coupled system comprising the combustion chamber and the ⁇ / 4 resonator (output combustion chamber / resonator combination).
  • the natural frequency of the system is the natural frequency of the output combustion chamber .
  • the natural frequency of the 2T eigenmode falls low.
  • the pitch of the natural frequency of the coupled system to the natural frequency of the output combustion chamber (without coupling) and the natural frequency of the ⁇ / 4 resonator (without coupling) is about the same.
  • the natural frequency of the resonance of the coupled system emanating from the 1R eigenmode of the combustion chamber has approximately the same distance to the 2T eigenmode of the combustion chamber (uncoupled combustion chamber) as the 2T eigenmode to the 1T eigenmode.
  • the eigens mode resulting from the 2T eigenmode is referred to as (2T -) eigenmode
  • the eigenmode emanating from the 1R eigenmode is referred to as (2T +) eigenmode.
  • the intensity of the 2T eigenmode is most reduced at a resonator length L at which the natural frequencies (2T +) and (2T-) are approximately equidistant from the natural frequency of the uncoupled combustion chamber.
  • the intensities of the (2T +) eigenmode and the (2T -) eigenmode are approximately equal. This gives maximum damping of a corresponding acoustic eigenmode, as can be seen from FIG.
  • the resonator length we set the resonator length so that we get approximately the same intensity and / or half-width in the frequency spectrum for the output combustor-resonator combination. This is because the first eigenmode of the output combustor-resonator combination and the second eigenmode of the output combustor-resonator combination are the plus eigenmode and the minus eigenmode.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Portable Nailing Machines And Staplers (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

Um ein Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird, bereitzustellen, wird vorgeschlagen, 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 zu vergleichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird.
  • In oder an Brennkammer, 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.
  • 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 erfolgen kann. 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich auf schnelle und einfache Weise akustische Eigenschaften einer Brennkammer einstellen lassen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine akustische Eigenmode einer Ausgangs-Brennkammer bestimmt wird, der akustische Resonator derart gewählt oder eingestellt wird, dass er eine Resonanz im Bereich der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer aufweist, aus der Ausgangs-Brennkammer und dem akustischen Resonator eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet wird, welche akustisch angeregt wird und das resultierende Frequenzspektrum aufgenommen wird, eine erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination unterhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mit einer zweiten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination oberhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite verglichen wird, und der Resonator modifiziert wird, sofern notwendig, und zwar derart, dass die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination mindestens näherungsweise die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite im Frequenzspektrum aufweisen.
  • Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass bei einer optimalen Resonatorlänge besondere Symmetrien vorliegen. Das Vorliegen dieser Symmetrien wird dazu genutzt, den akustischen Resonator derart einzustellen, dass die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination mit gleicher Intensität und/oder Halbwertsbreite liegen. Dadurch lässt sich mit wenigen Messungen eine gezielte Resonatoreinstellung erreichen.
  • Die Ausgangs-Brennkammer kann eine Brennkammer sein, welche bereits mit einem oder mehreren definiert eingestellten oder gewählten Resonatoren versehen ist. Die Einstellung lässt sich für eine vorgegebene akustische Eigenmode durchführen. Insbesondere lässt es sich für eine Mehrzahl von unterschiedlichen akustischen Eigenmoden durchführen.
  • Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass üblicherweise zwei oder drei Modifikationsvorgänge des akustischen Resonators genügen, um eine optimale Resonatoreinstellung bzw. Resonatorwahl zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich deshalb auf einfache Weise mit verringertem Zeitaufwand durchführen. Es lässt sich eine definierte Einstellung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer mit verringertem Zeitaufwand und verringertem Messaufwand durchführen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Effekt der "vermiedenen Kreuzung" bei bestimmten Anregungen der Ausgangs-Brennkammer und des akustischen Resonators. Wenn eine vermiedene Kreuzung vorliegt, dann liegen zwei Eigenmoden vor, die dicht beieinander liegen und gleiche Resonanzeigenschaften aufweisen; sie weisen insbesondere eine im Wesentlichen gleiche Intensität und Halbwertsbreite auf.
  • Eine vermiedene Kreuzung entsteht dann, wenn zwar die Resonanzbedingung bezüglich der Frequenz erfüllt ist, jedoch die Druckverteilung und die Geschwindigkeitsverteilung im Resonator und in der Brennkammer nicht zusammenpassen. So können beispielsweise die Resonanzfrequenzbedingungen für eine radiale Mode der Brennkammer und eine λ/4-Oszillation eines angekoppelten Resonators erfüllt sein. Jedoch erfordert die λ/4-Oszillation des Resonators einen Druckknoten an einer Resonatoröffnung in einem Innenraum der Brennkammer. Für die Radialmode ist dagegen ein Druckantiknoten an der Zylinderwand erforderlich.
  • Für eine tangentiale Mode erfordert die λ/4-Oszillation des Resonators eine radiale Geschwindigkeitsfluktuation an der Mündung des Resonators in die Brennkammer, während die tangentiale Eigenmode der Brennkammer eine azimutale Oszillation an der gleichen Stelle erfordert.
  • Durch die vermiedene Kreuzung entstehen zwei Eigenmoden, von denen die eine eine leicht niedrigere Frequenz hat als die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer, und die andere eine leicht höhere Frequenz als die entsprechende Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer.
  • Insbesondere wird nach Modifikation der Resonators die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination angeregt und das Frequenzspektrum aufgenommen. Darauf aufbauend kann, sofern nötig, eine weitere Modifikation des Resonators erfolgen. Insbesondere lässt sich diese Modifikation des Resonators derart gezielt durchführen, dass die Unterschiede in der Intensität und/oder in der Halbwertsbreite der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode berücksichtigt werden.
  • Insbesondere wird die Resonatormodifikation und nachfolgende Frequenzspektrumsaufnahmen iterativ durchgeführt und zwar solange, bis die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode mindestens näherungsweise die gleiche Intensität und/oder die gleiche Halbwertsbreite aufweisen. Es ist eine optimale Resonatoreinstellung erreicht.
  • Insbesondere wird als erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar unterhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt.
  • Ebenfalls wird als zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar oberhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt. Es lässt sich dadurch durch Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination auf der Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer eine Anregung der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode erreichen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination auf der Eigenfrequenz oder in einem Bereich um die Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer. Dadurch lassen sich Eigenmoden der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination in der Nähe der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer anregen.
  • Es ist grundsätzlich möglich, dass die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination breitbandig erfolgt, beispielsweise durch ein Rauschspektrum oder ein Sweep-Spektrum. Dadurch lassen sich Eigenmoden der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination um die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer anregen.
  • Bei einer Ausführungsform wird zur Bestimmung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer ein theoretischer Wert für die Eigenfrequenz ermittelt. Diese wird durch Lösung der entsprechenden Gleichungen mit Vorgabe der Randbedingungen bestimmt.
  • Günstig ist es, wenn die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer durch Messung bestimmt wird. Dadurch lassen sich durch die Gleichungen nicht berücksichtigte Effekte wie beispielsweise auch nicht-lineare Effekte erfassen.
  • Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Messung in einem Bereich um eine zuvor theoretisch bestimmten Wert durchgeführt wird. Dadurch lässt sich eine Bestimmung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mit weniger Aufwand durchführen.
  • Wenn die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine höhere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist, dann wird der Resonator so modifiziert (beispielsweise durch Einstellung oder Wahl eines anderen Resonators), dass er einen niedrigere Resonanzfrequenz aufweist. Dadurch lassen sich die Unterschiede in der Intensität und/oder in der Halbwertsbreite verringern. Es wird eine gezielte Modifikation durchgeführt; dadurch wiederum lässt sich der Messaufwand verringern.
  • Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der Resonator so modifiziert wird, dass er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist, wenn die ersten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine niedrigere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist.
  • Insbesondere erfolgt die Modifikation des Resonators durch Modifikation mindestens einen geometrischen Parameters. Der geometrische Parameter ist insbesondere eine Länge eines Resonatorraums. Die Länge des Resonatorraums kann dabei variabel einstellbar sein und/oder es werden fest eingestellte Resonatoren verwendet, wobei dann entsprechende Resonatoren gewählt werden.
  • Beispiele für einsetzbare akustische Resonatoren sind Lambda-Viertel-Resonatoren oder Helmholtz-Resonatoren. Ein Lambda-Viertel-Resonator ist über eine Röhre gebildet, welche zu dem Innenraum hin offen ist und zur anderen Seite hin abgeschlossen ist.
  • Ein Helmholtz-Resonator weist einen Halsbereich auf, auf den ein Fortsetzungsbereich mit größerem Durchmesser folgt.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Länge eines Resonatorraums einstellbar ist, beispielsweise über eine verschiebliche Wand, welche insbesondere in der Art eines Kolbens an einer Spindel angeordnet sein kann. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, dass ein Resonator eine feste Begrenzungswand aufweist.
  • Insbesondere weist der mindestens eine Resonator einen Resonatorraum auf, welcher in Verbindung mit einem Innenraum der Brennkammer steht. Dadurch kann eine Kopplung von Eigenmoden des Resonators mit Eigenmoden der Brennkammer erfolgen, um beispielsweise Eigenmoden der Brennkammer wegdämpfen zu können.
  • Insbesondere wird der mindestens eine Resonator an einer Außenseite der Ausgangs-Brennkammer positioniert. Dadurch ist eine Anordnung erreicht, über welche das akustische Verhalten der Brennkammer über den mindestens einen Resonator beeinflussbar ist, wobei die Störung der Verbrennung durch den akustischen Resonator minimiert ist.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die anfängliche Wahl oder anfängliche Einstellung des Resonators derart erfolgt, dass ein oder mehrere Parameter so gewählt oder eingestellt werden, dass die Resonanzfrequenz des Resonators der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mindestens näherungsweise entspricht. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Wahl oder Einstellung nur wenige Modifikationsschritte des akustischen Resonators notwendig werden. Insbesondere kann sich die erste Eigenmode unterhalb und die zweite Eigenmode oberhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer ausbilden.
  • Günstigerweise wird ein erstes Frequenzspektrum ermittelt, der Resonator modifiziert, mit modifiziertem Resonator ein zweites Frequenzspektrum ermittelt, und die nächste Resonatormodifikation erfolgt über Intrapolation oder Extrapolation. Aus den Intensitätsunterschieden der ersten Eigenmode und der zweiten Eigenmode im ersten Frequenzspektrum und im zweiten Frequenzspektrum lässt sich eine Resonatoreinstellung interpolieren oder extrapolieren. Dadurch lässt sich die Zahl der notwendigen Resonatormodifikationen minimieren.
  • Insbesondere wird ein drittes Frequenzspektrum mit der durch Intrapolation oder Extrapolation ermittelten Resonatormodifikation aufgenommen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass üblicherweise kein weiteres Frequenzspektrum mehr benötigt wird.
  • Günstigerweise weist die Brennkammer einen mindestens näherungsweise rotationssymmetrischen Innenraum auf. Dadurch liegen Symmetrien vor, die günstig für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind.
  • Insbesondere werden der oder die Resonatoren außerhalb eines Innenraums der Brennkammer angeordnet, um die Verbrennungsvorgänge so wenig wie möglich zu beeinflussen.
  • Das Endergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein definiert gewählter oder definiert eingestellter Resonator, mit dem die vorgegebene Eigenmode wegdämpfbar ist bzw. so modifizierbar ist, dass sie Verbrennungsvorgänge nicht mehr stört.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich für eine Mehrzahl von Eigenmoden der Brennkammer oder der Ausgangs-Brennkammer durchführen, um eine optimierte akustische Einstellung zu erhalten.
  • Die Ausgangs-Brennkammer kann mit einem oder mehreren Resonatoren versehen sein, die entsprechend die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer beeinflussen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Brennkammer mit einer Mehrzahl von Resonatoren versehen wird. Dadurch können unterschiedliche Eigenmoden der Brennkammer beeinflusst werden. Es ist auch möglich, die zeitliche Variabilität von Eigenmoden zu berücksichtigen. Aufgrund von Temperaturänderungen in der Brennkammer und/oder in einem Resonatorraum können Eigenmoden insbesondere bezüglich ihrer Frequenz zeitlich variieren. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von entsprechend angepassten Resonatoren kann diese zeitliche Variation berücksichtigt werden.
  • Es ist günstig, wenn die Resonatoren auf einer Umfangslinie der Brennkammer angeordnet werden. Dadurch ergibt sich eine leichte Positionierbarkeit an der Brennkammer mit minimaler Beeinflussung der Brennkammer.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkammer mit einer Messanordnung zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften der Brennkammer sowie mit an der Brennkammer angeordneten Resonatoren;
    Figur 2
    eine Draufsicht auf die Brennkammer gemäß Figur 1;
    Figur 3
    eine erste schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Resonators (Lambda-Viertel-Resonator);
    Figur 4
    eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Resonators (Helmholtz-Resonator);
    Figuren 5(a), (b), (c)
    Beispiele für das Frequenzspektrum eines Ausführungsbeispiels einer Brennkammer um eine 1T-Eigenmode bei einer Frequenz von 1005 Hz bei verschiedenen Resonatorlängen;
    Figuren 6(a), (b), (c)
    Beispiele für das Frequenzspektrum um die 2T-Eigenmode einer Ausführungsform einer Brennkammer bei einer Eigenfrequenz von 1666 Hz für verschiedene Resonatorlängen;
    Figur 7
    ein Diagramm für die Resonanzfrequenzen verschiedener Eigenmoden einer zylindrischen Brennkammer mit Durchmesser R, eines λ/4-Resonators mit Länge L und eines gekoppelten Systems von zylindrischer Brennkammer und λ/4-Resonator in Abhängigkeit von L/R; und
    Figur 8
    ein Diagramm der 3dB-Linienbreite der Resonanzfrequenzen des gekoppelten Systems gemäß Figur 7 multipliziert mit 20 in Abhängigkeit von L/R.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer, welches in Figur 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Brennkammerwand 12 und einen Innenraum 14. Der Innenraum 14 ist üblicherweise rotationssymmetrisch um eine Achse 16 ausgebildet.
  • Die Brennkammer 10 weist ein Ende 18 auf, an welchem eine Einblaseinrichtung zum Einblasen von Brennstoff und Oxidator angeordnet ist (in Figur 1 nicht gezeigt).
  • Brenngase treten aus der Brennkammer 10 über einen Halsbereich 20 aus.
  • 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 aufgrund akustischer Kopplung starke Druckpulsationen entstehen, die wiederum zu einer Beschädigung der Brennkammer 10 führen können bzw. zu Störungen der Verbrennung führen können.
  • Durch gezielte Einstellungen der akustischen Eigenschaften der Brennkammer 10 kann man die geschilderten Probleme vermeiden.
  • Es ist vorgesehen, dass an der Brennkammer 10 ein oder mehrere akustische Resonatoren 22 als Dämpfungselemente angeordnet werden. Wenn ein solcher akustischer Resonator 22 (oder eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren 22) mit einer akustischen Eigenmode der Brennkammer 10 koppelt, dann kann bei geeigneter Wahl die Eigenmode in einen Frequenzbereich geschoben werden, in dem sie für den Verbrennungsvorgang nicht mehr störend ist, bzw. weitgehend unterdrückt werden.
  • 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.
  • Ein akustischer Resonator 22 weist dabei einen Resonatorraum 28 (Resonanzraum) auf, welcher in Verbindung mit dem Innenraum 14 der Brennkammer 10 steht.
  • Zur akustischen Untersuchung der Brennkammer 10 erfolgt eine akustisch 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.
  • 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.
  • Als akustischer Resonator lässt sich beispielsweise ein Lambda-Viertel-Resonator 42 einsetzen (Figur 3). Dieser umfasst eine Röhre 44, in welcher der Resonatorraum 28 gebildet ist. Die Röhre 44 mündet über ein offenes Ende 46 in den Innenraum 14 der Brennkammer 10.
  • 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 Figur 3 gezeigt, einstellbar sein, so dass die Länge des Resonatorraums zwischen dem Ende 46 und dem Ende 48 einstellbar ist.
  • 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 liegt, feststellbar verschieblich ist. Bei Vergrößerung des Volumens des Resonatorraums 28 (welches das Produkt von Länge und Querschnittsfläche ist) wird die Resonatorfrequenz verringert.
  • Ein weiteres Beispiel für einen akustischen Resonator ist ein Helmholtz-Resonator, welcher in Figur 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.
  • Der Hals 62 weist eine kleinere Querschnittsfläche als die Röhre 60 auf.
  • 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.
  • 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.
  • Bei einer rotationssymmetrischen Brennkammer 10 gibt es als Eigenmoden Tangentialmoden, Radialmoden und Axialmoden.
  • Es wird ein Verfahren bereitgestellt, mit welchem die akustischen Eigenschaften der Brennkammer 10 durch einen oder mehrere akustische Resonatoren 22 gezielt eingestellt werden können. Der Ausgangspunkt ist dabei die Beobachtung, dass das Modenspektrum der Brennkammer 10 mit einem akustischen Resonator bei optimierter Resonatorlänge besondere Symmetrien aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt:
  • Für eine Ausgangs-Brennkammer wird die relevante akustische Eigenmode bestimmt, die unterdrückt bzw. auf einen anderen Frequenzbereich verschoben werden soll. Die Ausgangs-Brennkammer kann dabei die nackte Brennkammer 10 ohne akustische Resonatoren 22 sein oder es kann sich um eine Brennkammer handeln, an welcher bereits ein oder mehrere akustische Resonatoren 22 angeordnet sind. Die akustische Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer kann berechnet werden, das heißt theoretisch bestimmt werden, indem die entsprechenden akustischen Gleichungen für die spezielle Brennkammerform gelöst werden.
  • Vorzugsweise wird die akustische Eigenmode durch Messung bestimmt, wobei vorzugsweise zur Abkürzung der Messung in einem Messbereich um eine zuvor theoretisch bestimmte Eigenmode gemessen wird. Zur Messung erfolgt eine akustische Anregung der Brennkammer 10 über das Mikrofon 36, wobei die Anregungsfrequenz variiert wird, um die Eigenmode aufzufinden.
  • Nach Auffinden der Eigenmode und Ermittlung der entsprechenden Eigenfrequenz wird ein akustischer Resonator 22 an der Brennkammerwand 12 so eingestellt, dass er eine Resonanz bei der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer hat oder zumindest eine Resonanz im näheren Bereich um diese Eigenfrequenz hat. Der Resonator wird mit seinen geometrischen Parametern so gewählt bzw. eingestellt, das heißt mit seinem Resonatorraum 28 bzw. 58 so gewählt bzw. eingestellt, dass eine Resonanzfrequenz auf oder mindestens im Bereich um die ermittelte Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer liegt.
  • Durch die Ausgangs-Brennkammer und den entsprechend gewählten oder eingestellten akustischen Resonator ist eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet. Diese wird akustisch angeregt und dabei das resultierende Frequenzspektrum aufgenommen. Die akustische Anregung erfolgt auf der Eigenfrequenz der ermittelten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass eine breitbandige Anregung erfolgt, wobei die ermittelte Eigenfrequenz in dem Breitbandbereich liegt.
  • Beispielsweise erfolgt eine Anregung mit einem Rauschspektrum. Es kann auch ein Sweep-Signal zur Anregung eingesetzt werden.
  • Die Anregung mit der Anregungsfrequenz bzw. dem Breitbandbereich erfolgt beispielsweise über eine Zeitdauer von einigen Millisekunden.
  • Zur Ermittlung des Frequenzspektrums werden die resultierenden akustischen Signale beispielsweise über Fast-Fourier-Transformation (FFT) analysiert.
  • Die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombinaton weist Eigenmoden mit Eigenfrequenzen um die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer auf. Es werden dabei die Eigenmoden näher analysiert, welche bezüglich der Frequenz direkt unterhalb der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer und direkt oberhalb der Ausgangs-Brennkammer liegen. Die untere Eigenmode wird im folgenden als erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination bezeichnet und die direkt oberhalb liegende Eigenmode als zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination bezeichnet. Der Vergleich erfolgt bezüglich Intensität und/oder Halbwertsbreite.
  • Wenn die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite aufweisen, dann wird davon ausgegangen, dass die richtige Resonatoreinstellung gefunden wurde. Diese wird beibehalten.
  • Das Verfahren kann dann fortgesetzt werden mit einem weiteren akustischen Resonator bezüglich einer weiteren Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer (welche jetzt die ursprüngliche Ausgangs-Brennkammer mit zusätzlichem Resonator ist).
  • Wenn die Intensität der ersten Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination höher ist als die Intensität der zweiten Eigenmode, dann wird der akustische Resonator 22 so modifiziert, dass er eine niedrigere Resonanzfrequenz aufweist. Bei einem einstellbaren akustischen Resonator (wie beispielsweise dem Lambda-Viertel-Resonator 42 oder einem Helmholtz-Resonator 56 mit verstellbarer Wand 65) erfolgt eine Einstellung (Stimmung) auf eine niedrigere Resonanzfrequenz. Bei einem nicht einstellbaren Resonator wird statt dessen ein Resonatoraustausch durchgeführt.
  • Ist entsprechend die Intensität der ersten Eigenmode kleiner als die Intensität der zweiten Eigenmode, dann wird der akustische Resonator 22 so modifiziert, dass er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist.
  • Nach der Modifikation des Resonators wird eine erneute Anregung auf der Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer bzw. breitbandig durchgeführt und wiederum der Frequenzspektrum aufgenommen und die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination werden miteinander verglichen und entsprechend diesem Vergleich wird eine weitere Resonatormodifikation durchgeführt.
  • Nach der zweiten Resonatormodifikation kann eine weitere Resonatormodifikation auch durch Intrapolation bzw. Extrapolation von den vorliegenden Werten durchgeführt werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass in der Regel nach zwei bis drei Resonatormodifikationen die optimale Resonanzfrequenz für den akustischen Resonator 22 gefunden wurde, das heißt eine optimale Entkopplung bzw. Wegdämpfung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer gefunden wurde.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich mit relativ geringem Messaufwand das akustische Verhalten der Brennkammer 10 einstellen. Dadurch lässt sich die akustische Einstellung relativ schnell und mit verringertem Aufwand durchführen.
  • Die Einstellung lässt sich für unterschiedliche Eigenmoden durchführen, wobei die Eigenmoden solche der nackten Brennkammer oder solche der Brennkammer sein können, die bereits mit einem oder mehreren akustischen Resonatoren versehen ist.
  • Es ist beispielsweise auch grundsätzlich möglich, über das erfindungsgemäße Verfahren eine Vereinfachung bezüglich der Resonatoranordnung zu erreichen. Beispielsweise lassen sich mehrere Resonatoren durch einen einzigen ersetzen.
  • In den Figuren 5(a), (b), (c) sind Frequenzspektren bei der Durchführung des Verfahrens an einer Brennkammer zur Dämpfung der 1T-Eigenmode (erste Tangentialmode) gezeigt. Die Eigenfrequenz dieser Eigenmode für die Ausgangs-Brennkammer wurde als 1005 Hz ermittelt. Für einen Lambda-Viertel-Resonator als akustischen Resonator 22 wurde eine Resonatorlänge von 81,6 mm ermittelt. Der akustische Resonator 22 wurde dann entsprechend an der Brennkammer 10 eingestellt.
  • Anschließend wurde die Brennkammer mit einer Frequenz von 1005 Hz, das heißt mit der Eigenfrequenz der zu dämpfenden Eigenmode, angeregt. (In den Diagrammen ist diese Eigenfrequenz fA jeweils eingezeichnet.)
  • Es wurde zunächst das Frequenzspektrum gemäß Figur 5(a) ermittelt mit einer ersten Eigenmode 66 der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination direkt unterhalb der Frequenz fA und einer zweiten Eigenmode 68 der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination direkt oberhalb der Frequenz fA. Die erste Eigenmode 66 liegt bei einer Eigenfrequenz von 960 Hz und die zweite Eigenmode 68 liegt bei einer Eigenfrequenz von 1066 Hz.
  • Wie man aus Figur 5(a) erkennen kann, ist die Intensität der ersten Eigenmode 66 kleiner als die Intensität der zweiten Eigenmode 68.
  • Daraufhin wurde der akustische Resonator so verändert, dass er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist. Dies wurde durch eine Längenverkürzung am Resonator auf 80,6 mm erreicht. Mit diesem modifizierten Resonator wurde erneut eine Anregung bei 1005 Hz durchgeführt.
  • Das resultierende Frequenzspektrum in Figur 5(b) gezeigt.
  • In diesem Frequenzspektrum weist die erste Eigenmode 66' eine höhere Intensität auf als die zweite Eigenmode 68'.
  • Davon ausgehend wurde der akustische Resonator 22 neu modifiziert, wobei eine Längeneinstellung auf 81,0 mm durchgeführt wurde. Diese Längeneinstellung wurde durch Intrapolation ausgehend von den Frequenzspektren der Figuren 5(a), 5(b) ermittelt; der Abstand der Intensität zwischen den Eigenmoden 66' und 68' ist kleiner als zwischen den Eigenmoden 66 und 68. Die entsprechende Resonatorlänge sollte dabei dichter bei 80,6 mm liegen als bei 81,6 mm.
  • Es wurde für diese neue Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination (mit modifiziertem Resonator) erneut das Frequenzspektrum aufgenommen, welches in Figur 5(c) gezeigt ist. Die Eigenmoden 66" und 68" weisen näherungsweise die gleiche Intensität und auch die gleiche Halbwertsbreite auf.
  • Durch den so gewählten bzw. eingestellten Resonator lässt sich dann die 1T-Eigenmode wegdämpfen.
  • In den Figuren 6(a), (b), (c) sind Frequenzspektren für die Dämpfung der 2T-Eigenmode (zweite Tangentialmode) gezeigt.
  • Es wurde dabei von einer Ausgangs-Brennkammer ausgegangen, an welcher beispielsweise das Messdiagramm gemäß Figur 5(c) ermittelt wurde.
  • Als Eigenfrequenz für die 2T-Eigenmode ergab sich fA = 1666 Hz. Es wurde dazu eine Resonatorlänge von 47,7 mm ermittelt.
  • Ausgehend von dieser Resonatorwahl bzw. -einstellung wurde eine Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination gebildet, welche mit der Frequenz von 1666 Hz angeregt wurde. Aus dieser Anregung resultiert das Frequenzspektrum gemäß Figur 6(a).
  • Man erkennt, dass die erste Eigenmode 70 eine kleinere Intensität aufweist als die zweite Eigenmode 72 (jeweils der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination).
  • Der akustische Resonator 22 wurde dann höher gestimmt, indem dessen Länge verkürzt wurde auf 47,0 mm.
  • Es wurde erneut eine Anregung mit der Frequenz 1666 Hz durchgeführt. Das resultierende Frequenzspektrum ist in Figur 6(b) gezeigt. Die erste Eigenmode 70' weist weiterhin eine niedrigere Intensität als die zweite Eigenmode 72' auf. Daher wurde die Resonatorfrequenz weiter erhöht, indem die Länge erniedrigt wurde auf 46,8 mm. Dieser Wert wurde insbesondere durch Intrapolation bezogen auf den Abstand der Intensitäten der Eigenmoden 72, 70 und 72', 70' ermittelt.
  • Anschließend wurde das Frequenzspektrum neu aufgenommen; dieses ist in Figur 6(c) gezeigt. Wie man sieht, liegen die Eigenmoden 70" und 72" annähernd bei der gleichen Intensität. Es wurde dadurch die optimale Resonatoreinstellung zur Wegdämpfung der zwei T-Eigenmode gefunden.
  • Das Verfahren lässt sich für weitere Eigenmoden durchführen.
  • Es kann auch berücksichtigt werden, dass sich Eigenmoden zeitlich verändern können. Innerhalb einer Brennkammer 10 kann sich die Brennkammertemperatur mit der Zeit verändern. Ebenso kann sich die Temperatur in einem akustischen Resonator 22 mit der Zeit ändern. Dies führt zu einer zeitlichen Änderung in der Schallgeschwindigkeit. Es kann auch die Differenz der Schallgeschwindigkeiten zwischen Brennkammer 10 und akustischem Resonator 22 entstehen. Es ist deshalb beispielsweise möglich, dass innerhalb einer bestimmten Zeit nach der Brennstoffzündung unterschiedliche Resonatorlängen benötigt werden, um eine bestimmte Eigenmode aufgrund einer zeitlich variierenden Eigenfrequenz effektiv dämpfen zu können.
  • Über das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich auch unterschiedliche akustische Resonatoren einstellen bzw. wählen, um die zeitliche Variation von Eigenmoden zu berücksichtigen.
  • Insbesondere ist deshalb eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren 22 vorgesehen.
  • Es ist möglich, dass es keine ausgezeichnete optimale Resonatorlänge gibt, bei der die erste Eigenmode und die zweite Eigenmode sowohl gleiche Intensität als auch gleiche Halbwertsbreite aufweisen. In solchen Fällen kann es einen Bereich von Resonatorlängen geben, innerhalb dem man gleiche Intensität erreicht oder gleiche Halbwertsbreite erreicht.
  • Der Resonanzfrequenzverlauf und das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Diagramme gemäß Figur 7 und 8 erläutert:
    • Die Resonanzfrequenz einer Brennkammer mit zylindrischem Brennraum ergibt sich aus der Gleichung: f ⁢ n , m = α n , m ⋅ c 2 ⁢ π ⁢ R
      Figure imgb0001
      mit m = 1, 2, 3 ... und n = 0, 1, 2 ...
    • Dabei sind αn, m Eigenwerte der Bessel-Funktion, m-1 und n sind die Ordnung der radialen bzw. tangentialen Eigenmoden, c ist die Schallgeschwindigkeit und R ist der Radius des Brennraums der zylindrischen Brennkammer.
  • In Figur 7 sind die Eigenfrequenzen für eine Ausgangs-Brennkammer mit R = 0,1 m und einer Schallgeschwindigkeit c = 344 m/s als durchgezogene Linien gezeigt.
  • Die Eigenfrequenz der ersten Tangentialmode 80 (1T) liegt bei ca. 1.005 Hz. Die Eigenfrequenz der 2T-Eigenmode 82 liegt bei ca. 1.660 Hz. Die Eigenfrequenz der ersten Radialmode 84 (1R) liegt bei ca. 2.095 Hz. Die Eigenfrequenz der 3T-Eigenmode 86 liegt bei ca. 2.300 Hz. Da die entsprechenden Eigenfrequenzen gemäß obiger Gleichung abhängig von R-1 sind, sind die Eigenfrequenzen in Figur 7 horizontale Linien.
  • Ein λ/4-Resonator weist mindestens in erster Näherung die Eigenfrequenzen f l = 2 ⁢ l − 1 ⁢ c 4 ⁢ L
    Figure imgb0002
    mit l = 1, 2, 3, ... auf. L ist die Resonatorlänge. l ist die Ordnung der axialen Eigenmode des λ/4-Resonators.
  • In besserer Näherung kann anstelle L eine äquivalente Resonatorlänge Leq verwendet werden, welche abhängig ist von einem Durchmesser D des Resonators. Die äquivalente Resonatorlänge liegt im Bereich zwischen L + 0,2 • D und L + 0,4 • D.
  • In Figur 7 sind die Eigenfrequenzen eines λ/4-Resonators in der Auftragung L über R Hyperbeln. Die Hyperbel 88 entspricht l = 1, die Hyperbel 90 l = 2 und die Hyperbel 92 l = 3.
  • Die Hyperbeln 88, 90, 92 zeigen den Eigenfrequenzverlauf des λ/4-Resonators ohne Ankopplung an die Brennkammer.
  • Bei Ankopplung des λ/4-Resonators an die Brennkammer (Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination) ergibt sich ein Resonanzfrequenzverlauf, welcher von dem Resonanzfrequenzverlauf der Ausgangs-Brennkammer und des λ/4-Resonators abweicht. Der tatsächliche Eigenfrequenzverlauf ist in Figur 7 durch die offenen Symbole, welche gemessen worden sind, gezeigt. Die offenen Kreise beziehen sich auf die 1T-Eigenmode, die offenen Dreiecke mit der Spitze nach oben auf die 2T-Eigenmode, die offenen Dreiecke mit der Spitze nach unten auf die 1R-Eigenmode und die Rauten auf die 3T-Eigenmode.
  • In Figur 8 ist für die Eigenmoden des gekoppelten Systems die Linienbreite gezeigt. Die ausgefüllten Kreise sind die gemessenen Werte für die 1T-Eigenmode, die ausgefüllten Dreiecke mit der Spitze nach oben sind die gemessenen Werte für die 2T-Eigenmode und die gefüllten Dreiecke mit der Spitze nach unten geben die Linienbreite für die 1R-Eigenmode an.
  • Beispielsweise ergibt sich für die 2T-Eigenmode des gekoppelten Systems aus Brennkammer und λ/4-Resonator (Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination) der Frequenzverlauf 94 gemäß Figur 7. Bei L = 0 ist die Eigenfrequenz des Systems die Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer. Für eine Resonatorlänge im Bereich 0 < L/R < 0,4 fällt die Eigenfrequenz der 2T-Eigenmode gering.
  • Die Dämpfung der 2T-Eigenmode steigt schwach mit steigender Resonatorlänge L (Figur 8); bei steigender Dämpfung nimmt die Linienbreite zu.
  • Bei L/R ungefähr 0,5 ist der Abstand der Eigenfrequenz des gekoppelten Systems zu der Eigenfrequenz der Ausgangs-Brennkammer (ohne Ankopplung) und der Eigenfrequenz des λ/4-Resonators (ohne Ankopplung) etwa gleich groß. Die Eigenfrequenz der aus der 1R-Eigenmode der Brennkammer ausgehenden Resonanz des gekoppelten Systems weist näherungsweise den gleichen Abstand zu der 2T-Eigenmode der Brennkammer (ungekoppelte Brennkammer) auf wie die 2T-Eigenmode zu der 1T-Eigenmode.
  • Bei einer weiteren Erhöhung der Resonatorlänge (L/R > 0,5) ist die Eigenmode, welche aus der 2T-Eigenmode der "reinen" Brennkammer ausgeht, keine 2T-Eigenmode mehr. Die Eigenmode, welche aus der 1R-Eigenmode der ungekoppelten Brennkammer ausgeht, nimmt die Eigenschaft der 2T-Eigenmode an.
  • Bei der Resonatorenlänge 0,5 ≤ L/R ≤ 0,53 wird die aus der 2T-Eigenmode hervorgehende akustische Eigenmode als (2T-)-Eigenmode bezeichnet und die aus der 1R-Eigenmode ausgehende Eigenmode wird als (2T+)-Eigenmode bezeichnet.
  • Die Intensität der 2T-Eigenmode ist am stärksten reduziert bei einer Resonatorenlänge L, bei der die Eigenfrequenzen (2T+) und (2T-) von der Eigenfrequenz der ungekoppelten Brennkammer etwa gleich weit entfernt sind. Bei entsprechend gewählter Resonatorenlänge L sind die Intensitäten der (2T+)-Eigenmode und der (2T-)-Eigenmode etwa gleich. Man erhält dadurch maximale Dämpfung einer entsprechenden akustischen Eigenmode, wie aus Figur 8 ersichtlich ist.
  • Dies ist der Effekt der "vermiedenen Kreuzung" bei bestimmten Anregungen der Ausgangs-Brennkammer mit angekoppeltem akustischen Resonator.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wir die Resonatorlänge so eingestellt, dass man für die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination näherungsweise die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite im Frequenzspektrum erhält. Dies ergibt sich dadurch, dass die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination die Plus-Eigenmode und die Minus-Eigenmode sind.

Claims (31)

  1. Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer, bei dem die Brennkammer mit mindestens einem akustischen Resonator als Dämpfungselement versehen wird, umfassend die Schritte:
    - Bestimmung einer akustischen Eigenmode einer Ausgangs-Brennkammer;
    - Wahl oder Einstellung des akustischen Resonators derart, dass er eine Resonanz im Bereich der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer aufweist;
    - akustische Anregung der Ausgangs-Brennkammer mit akustischem Resonator als Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und Aufnahme des resultierenden Frequenzspektrums;
    - Vergleich einer ersten Eigenmode der 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; und
    - Modifikation des Resonators, sofern notwendig, derart, dass die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination und die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination mindestens näherungsweise die gleiche Intensität und/oder Halbwertsbreite im Frequenzspektrum aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Modifikation des Resonators die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination angeregt wird und das Frequenzspektrum aufgenommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatormodifikation und nachfolgende Frequenzspektrumsaufnahme iterativ durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt wird, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar unterhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination diejenige gewählt wird, welche in der Eigenfrequenz unmittelbar oberhalb der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination auf der Eigenfrequenz oder in einem Bereich um die Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination breitbandig erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer ein theoretischer Wert für die Eigenfrequenz ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer durch Messung bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in einem Bereich um einen zuvor theoretisch bestimmten Wert durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine höhere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist, der Resonator so modifiziert wird, dass er eine niedrigere Resonanzfrequenz aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die erste Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination eine niedrigere Intensität als die zweite Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination aufweist, der Resonator so modifiziert wird, dass er eine höhere Resonanzfrequenz aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation des Resonators durch Modifikation mindestens eines geometrischen Parameters erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Abmessungen eines Resonatorraums eingestellt werden.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Resonator ein Lambda-Viertel-Resonator ist.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Resonator ein Helmholtz-Resonator ist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge eines Resonatorraums einstellbar ist.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Resonator einen Resonatorraum aufweist, welcher in Verbindung mit einem Innenraum der Brennkammer steht.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Resonator an einer Außenseite der Ausgangs-Brennkammer positioniert wird.
  20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anfängliche Wahl oder anfängliche Einstellung des Resonators derart erfolgt, dass ein oder mehrere Parameter so gewählt oder eingestellt werden, dass die Resonanzfrequenz des Resonators der Eigenfrequenz der Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer mindestens näherungsweise entspricht.
  21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Frequenzspektrum ermittelt wird, der Resonator modifiziert wird, mit modifiziertem Resonator ein zweites Frequenzspektrum ermittelt wird, und die nächste Resonatormodifikation über Intrapolation oder Extrapolation erfolgt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Frequenzspektrum mit der durch Intrapolation oder Extrapolation ermittelten Resonatormodifikation aufgenommen wird.
  23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer einen mindestens näherungsweise rotationssymmetrischen Innenraum aufweist.
  24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Resonatoren außerhalb eines Innenraums der Brennkammer angeordnet werden.
  25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Endergebnis ein definiert gewählter oder definiert eingestellter Resonator bereitgestellt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem definiert gewählten oder definiert eingestellten Resonator für die Ausgangs-Brennkammer-Resonator-Kombination die Eigenmode der Ausgangs-Brennkammer nicht auftritt oder zumindest stark gedämpft ist.
  27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Durchführung für eine Mehrzahl von Eigenmoden der Brennkammer oder der Ausgangs-Brennkammer.
  28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Brennkammer mit einem oder mehreren Resonatoren versehen ist.
  29. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer mit einer Mehrzahl von Resonatoren versehen sind.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren auf einer Umfangslinie der Brennkammer angeordnet werden.
  31. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einstellung und/oder Anordnung von Resonatoren die zeitliche Variabilität von Eigenmoden der Brennkammer-Resonator-Kombination berücksichtigt wird.
EP06117462A 2005-07-20 2006-07-19 Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer Withdrawn EP1746344A3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005035085.2A DE102005035085B4 (de) 2005-07-20 2005-07-20 Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1746344A2 true EP1746344A2 (de) 2007-01-24
EP1746344A3 EP1746344A3 (de) 2011-07-13

Family

ID=37110207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06117462A Withdrawn EP1746344A3 (de) 2005-07-20 2006-07-19 Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1746344A3 (de)
DE (1) DE102005035085B4 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006053278A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammervorrichtung
EP1775515A3 (de) * 2005-10-14 2014-10-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Resonatorvorrichtung für eine Brennkammer, Brennkammer und Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer
JP2017089397A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 三菱重工業株式会社 燃焼器及びロケットエンジン

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006007711B4 (de) * 2006-02-14 2008-07-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammer und Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4414232A1 (de) * 1994-04-23 1995-10-26 Abb Management Ag Vorrichtung zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen in einer Brennkammer
EP0892219B1 (de) * 1997-07-15 2002-10-23 Alstom Verfahren und Vorrichtung zum Minimieren thermoakustischer Schwingungen in Gasturbinenbrennkammern
DE19851636A1 (de) * 1998-11-10 2000-05-11 Asea Brown Boveri Dämpfungsvorrichtung zur Reduzierung der Schwingungsamplitude akustischer Wellen für einen Brenner
DE10058688B4 (de) * 2000-11-25 2011-08-11 Alstom Technology Ltd. Dämpferanordnung zur Reduktion von Brennkammerpulsationen
EP1476699B1 (de) * 2002-01-16 2013-11-13 Alstom Technology Ltd Brennkammer und dämpferanordnung zur reduzierung von brennkammerpulsationen in einer gasturbinenanlage
EP1342952A1 (de) * 2002-03-07 2003-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Brenner, Verfahren zum Betrieb eines Brenners und Gasturbine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1775515A3 (de) * 2005-10-14 2014-10-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Resonatorvorrichtung für eine Brennkammer, Brennkammer und Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer
DE102006053278A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammervorrichtung
DE202007019553U1 (de) 2006-11-03 2013-08-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammervorrichtung
JP2017089397A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 三菱重工業株式会社 燃焼器及びロケットエンジン
EP3372820A4 (de) * 2015-11-02 2018-10-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Brennkammer und raketentriebwerk

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005035085B4 (de) 2014-01-16
DE102005035085A1 (de) 2007-02-01
EP1746344A3 (de) 2011-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69912285T2 (de) Messung der Schallgeschwindigkeit in einem Gas mit einem kleinen sphärischen Resonator und einer nicht radialen Mode für die Analyse von Gasgemischen
DE2703486A1 (de) Doppler-stroemungsmesser und verfahren
DE1573968B2 (de) Vorrichtung zum Messen einer Material eigenschaft
DE4217624A1 (de) Kalibrierung von seismischen kabeln in einem helmholz-resonator
EP2857811A1 (de) Spektrometer zur Gasanalyse
DE2858092C2 (de) Anordnung zur Messung des Strömungsmitteldurchsatzes durch eine Leitung
EP3521774B1 (de) Ultraschall-durchflussmessvorrichtung und verfahren zum bestimmen der strömungsgeschwindigkeit
DE102005038649A1 (de) Verfahren und System zum Betreiben eines Ultraschallwandlers
EP0274071A2 (de) Einrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Dicke von sich verändernden Material-Schichten
EP1746344A2 (de) Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer
DE4411815A1 (de) Verfahren zur Messung eines mehrkomponentigen und/oder mehrphasigen strömenden Mediums
DE202006020481U1 (de) Mikrowellenmessvorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Messgröße an einem Produkt
DE2811070A1 (de) Zweimoden-filter
DE10137679C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung akustischer Parameter von Flüssigkeiten
EP3894799B1 (de) Ultraschallwandleranordnung einer clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle, und eine clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle sowie verfahren zur inbetriebnahme der clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle
DE102004016725A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Anregung von Resonanzmoden in einem Resonator
DE102016206965B4 (de) Verfahren zur Messung und Bestimmung eines THz-Spektrums einer Probe
DE19526098C1 (de) Verfahren zur Maximierung der Dämpfungswirkung einer Vorrichtung zur aktiven Geräuschdämpfung
DE3826315A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum messen der temperatur in unterschiedlich gelegenen zonen in einem stroemungsfaehigen medium
EP1624251B1 (de) Vorrichtung zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen in Brennkammern mit veränderbarer Resonanzfrequenz
DE102006053277B4 (de) Resonatorvorrichtung und Brennkammervorrichtung
DE2833853A1 (de) Verfahren zur aufnahme von spinresonanzspektren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE102006007711B4 (de) Brennkammer und Verfahren zur Einstellung der akustischen Eigenschaften einer Brennkammer
DE102016112683B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der Feuchtigkeit innerhalb eines Garraumes eines Gargeräts sowie Gargerät
EP1300079A2 (de) Gargerät mit Feuchtemesseinrichtung und Verfahren zur Feuchtemessung in einem Gargerät

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

AKY No designation fees paid
REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R108

Effective date: 20120321

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20120114