GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung betrifft die Geräusch- bzw. Lärmverminderung
von Flugzeugtriebwerken, und mehr im besonderen Einrichtungen
und Verfahren zum Minimieren von Triebwerksgebläsegeräusch
bzw. -lärm.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Frühere Bemühungen bei der Geräusch- bzw. Lärmkontrolle haben
umfasst:
-
Das US-Patent Nr. 4 044 203 an Swinbanks, welches sich auf
die aktive Steuerung von Schallwellen bezieht. Es sei auf
Fig. 10 Bezug genommen, wonach das System für die Verminderung
des Geräuschs bzw. Lärms in Flugzeugstrahltriebwerken
angewandt wird. Es sei auf Spalte 11, Zeile 57 - Spalte 12, Zeile
52 Bezug genommen, wonach ein Einlass 10 eines
Strahltriebwerks eine Gruppierung von Schallquellen 11, 11a, 11b hat,
von denen jede drei Lautsprecher umfasst, die gleichmäßig um
den kreisförmigen Querschnitt des Lufteinlasses beabstandet
sind. Eine ähnliche Gruppierung von Schalldetektoren 12, 12a,
12b, die aus ähnlich den Lautsprechern angeordneten
Mikrophonen besteht, ist benachbart dem Kompressor 13 lokalisiert.
Die Ausgangsgrößen der Detektoren 12, 12a, 12b werden
verstärkt, verzögert und dazu benutzt, die Quellen 11, 11a, 11b
zu betreiben. Das von dem rückwärtigen Ende des Triebswerks
hervorgehende Geräusch bzw. der von dem rückwärtigen Ende des
Triebwerks hervorgehende Lärm enthält einen wesentlich
höheren Anteil an longitudinal fortgepflanzten Schallwellen, und
daher hat die Rückseite des Triebwerks eine Gruppierung von
drei Schallquellen 14, 14a, 14b, die aus Lautsprechern
bestehen. Eine ähnliche Gruppierung von Schalldetektoren 15, 15a,
15b ist stromaufwärts von der Quellengruppierung lokalisiert
und besteht aus Mikrophonen, die in der gleichen
Konfiguration angeordnet sind. Die Schallwellen werden durch Erzeugen
von Schallwellen von der Gruppierung der Schallquellen
gedämpft. Jede Quelle erzeugt zwei Wellen, die in
entgegengesetzten Richtungen wandern, wobei sich jene, die in der
gleichen Richtung wie die unerwünschte Welle wandern, summieren,
so dass sie eine Resultierende ergeben, welche destruktiv mit
der unerwünschten Welle interferiert, während sich jene, die
in der entgegengesetzten Richtung wandern, summieren, um eine
vernachlässigbare Resultierende zu ergeben.
-
Das US-Patent Nr. 5 119 902 an Geddes, welches eine aktive
Schalldämpfer- bzw. Auspufftopfwandleranordnung für die
Verwendung in Motorfahrzeugen zeigt. Die Einrichtung umfasst
eine elektronische Steuerung bzw. Regelung, die auf ein Signal
anspricht, das von einem Sensor für das Erzeugen eines
Antriebssignals erzeugt wird, welches an einen Wandler
abgegeben wird, der Löschungsimpulse durch einen Kanal emittiert,
wobei beide, die vordere und rückwärtige Seite des Wandlers,
akustisch an den Kanal angekoppelt sind, um die
Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad des Wandlers zu verbessern. Das
System verwendet einen Lautsprecher, der in einer Kammer
eingeschlossen ist, umfassend eine Öffnung, die akustisch an den
Kanal zum Auslöschen von Schalldruckimpulsen in dem Kanal
angekoppelt ist.
-
Das US-Patent Nr. 5 221 185 an Pla et al., das sich auf ein
Verfahren und eine Einrichtung für das Synchronisieren von
rotierenden Maschinen zur Verminderung von Geräusch bzw. Lärm
bezieht. Das Patent befasst sich mit der Verwendung der
Einrichtung in Flugzeugtriebwerken und Turbogebläsen in
Mehrtriebwerksflugzeugen. Bezug nehmend auf Fig. 1 verwendet
eine Wellengeschwindigkeitssteuer- bzw. -regelschleife zwei
Tachometer 14 und 16, die an jeweiligen Wellen von zwei
Triebwerken 10 bzw. 12 angebracht sind, um die Wellengeschwindigkeiten
zu überwachen. Signale von den Tachometern werden zu
einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 18 geschickt, die
Wellengeschwindigkeitsfehlersignale durch Subtrahieren des
Wellengeschwindigkeitssignals des Nebentriebwerktachometers von dem
Wellengeschwindigkeitssignal des Haupttriebwerktachometers
erzeugt. Das System umfasst einen oder mehrere
Rückkopplungssensoren, wie Mikrophone oder andere Wandler, welche zum
Abfühlen des Geräusch- bzw. Lärmniveaus aufgestellt sind. Der
Sensor oder das Mikrophon 20 erzeugt ein Signal, welches das
abqefühlte Geräusch- bzw. Lärmniveau repräsentiert. Dieses
Signal wird zum einer Abtast-und-Halte-Schaltung 22
geschickt. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung erzeugt ein
Ausgangssignal in Ansprechung auf die Eingangsgrößen von den
Mikrophonen und den Tachometern, das den Triebwerken zum
Erzeugen von gewünschten Phasenbeziehungen zugeführt wird, so dass
dadurch Geräusch bzw. Lärm gelöscht wird.
-
Das US-Patent Nr. 5 157 596 an Alcone, das sich auf adaptive
Geräusch- bzw. Lärmlöschung in einem geschlossenschleifigen
Steuer- bzw. Regelsystem bezieht. Das System vermindert
unerwünschtes Geräusch bzw. unerwünschten Lärm in einem
geschlossenschleifigen Steuer- bzw. Regelsystem durch Injizieren
eines adaptiv aufgebauten bzw. konstruierten Geräusch- bzw.
Lärmlöschsignals.
-
Das US-Patent Nr. 4 715 559 an Fuller, das sich auf eine
Einrichtung und ein Verfahren für globale Geräusch- bzw.
Lärmverminderung zum Dämpfen von Schall bezieht, der von der
vibrierenden Oberfläche in ein Kontroll- bzw. Steuervolumen
ausgestrahlt wird. Es ist ein Stellantrieb oder Rüttler
vorgesehen und direkt mit der vibrierenden Oberfläche verbunden,
so dass demgemäss ein auslöschender Schall in das Kontroll-
bzw. Steuervolumen induziert wird, welcher mit dem dämpfenden
und ausgestrahlten Schall kombiniert wird. Außerdem ist ein
Sensor innerhalb des Kontroll- bzw. Steuervolumens lokalisiert,
um den resultierenden Schall aus der Kombination des
auslöschenden und ausgestrahlten Schalls zu detektieren, so
dass er dadurch ein Fehlersignal erzeugt. Eine Steuer- bzw.
Regeleinrichtung, nämlich ein Computer, der einen
Minimierungsalgorithmus enthält, spricht auf das Fehlersignal an, so
dass die Phase und Amplitude des Steuer- bzw. Regelsignals
modifiziert wird, um den Schall weiter zu dämpfen.
-
Das US-Patent Nr. 3 693 749 an Motsinger et al., das sich auf
die Verminderung von Gasturbinentriebwerkslärmbelästung durch
Modulation bezieht. Die Schallenergie wird moduliert, indem
auf ihr eine Schallquelle höherer Frequenz aufgeprägt wird,
welche mit der Schallenergie von dem Gasturbinentriebwerk so
in Wechselwirkung tritt, dass die ursprünglichen Töne
verschwinden und zwei neue Töne erscheinen. Die neuen Töne sind
auf Frequenzen, welche bei der Summe und bei der Differenz
der Frequenzen der ursprünglichen Töne auftreten.
-
Das US-Patent Nr. 4 199 295 an Raffy et al., das ein
Verfahren und eine Einrichtung zum Vermindern des Geräuschs bzw.
Lärms von Turbomaschinen durch Erzeugen von Gegengeräusch
bzw. -lärm von entgegengesetzter Phase offenbart.
Fluidstrahlen werden unter Druck durch Öffnungen, die der Rotor
aufweist, injiziert, welche nahe dem Umfang der Schaufeln
lokalisiert sind, und die Strömung des Fluids wird mit einer
Frequenz moduliert, die ein ganzzahliges Vielfaches der
Rotationsfrequenz der Rotorwelle ist. Die Regulierung der Phase des
modulierten injizierten Fluids wird in einer solchen Art und
Weise ausgeführt, dass die durch das injizierte Fluid
erzeugten akustischen Wellen im wesentlichen mit Bezug auf die
Phase entgegen jenen des zu reduzierenden Geräuschs bzw. Lärms
sind.
-
Triebwerksgebläsegeräusch bzw. -lärm aufgrund von erhöhtem
Gebläsedurchmesser erfordert die Entwicklung einer Geräusch-
bzw. Lärmverminderungstechnologie, die zum Reduzieren von
Geräusch bzw. Lärm niedrigerer Frequenz geeignet ist, das bzw.
der das Kabineninnengeräusch beinflusst und die lokalen
Flughafenge- räuschniveaus herabsetzt.
-
Es ist demgemäss ein Ziel der vorliegenden Erfindung, für die
Verminderung von Gebläsegeräusch bzw. -lärm zu sorgen.
-
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Vermindern der Tonkomponente von Gebläsegeräusch
bzw. -lärm zur Verfügung zu stellen.
-
Diese Ziele werden durch das Verfahren erreicht, wie es im
Anspruch 1 definiert ist.
ABRISS DER ERFINDUNG
-
Da das Gebläsegeräusch bzw. der Gebläselärm sowohl aus
Breitband- als auch aus Tonkomponenten zusammengesetzt ist,
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Anwendung
aktiver Geräusch- bzw. Lärmsteuerung bzw. -regelung zum
Beeinflussen der Tonkomponente. Sie bezieht sich weiter auf Mittel
zum Reduzieren der Breitbandkomponente. Das Gebläse selbst
wird als eine Quelle von Gegengeräusch bzw. -lärm durch
Einführen von Strömungsverzerrungen stromaufwärts oder
stromabwärts von dem Gebläse benutzt. Da Strömungsverzerrungen der
Hauptgrund des primären Geräuschs bzw. Lärms sind, benutzt
das vorliegende System Geräusch- bzw. Lärmquellen von
gleichartiger Stärke, die mit künstlichen Verzerrungen erzeugt
werden. Ein Wirbelstromerzeuger ist in einer kreisförmigen
Gruppierung vorwärts von dem Gebläse lokalisiert, oder ein
potenzieller Strömungsverzerrungserzeuger ist in einer
Umfangsgruppierung hinter dem Gebläse lokalisiert. Benachbart dem
Wirbelstromerzeuger liefern Mikrophongruppierungen ein
Abfühlen für das Steuer- bzw. Regelsystem. Das Steuer- bzw.
Regelsystemsignal für die Wirbelstromerzeugerbetätigung wird von
einem Steuer- bzw. Regelalgorithmus abgeleitet, dessen
Eingangsgröße die Mikrophonsignale sind, die mit einer
definierten Rate basierend auf der Gebläseschaufeldurchgangsfrequenz
(BPF) gesampelt bzw. probegenommen werden. In dem
vorliegenden Steuer- bzw. Regelsystem werden Tongeräusch- bzw.
-lärmmikrophonsignale in die Amplituden der Umfangsmodi für die
BPF und deren Harmonische zerlegt. Die Steuer- bzw.
Regelalgorithmusausgangsgröße stellt kontinuierlich den
Wirbelstromerzeuger ein, um die Modusamplituden zu minimieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Verschiedene Aspekte und Merkmale der Erfindung werden
nachstehend, genommen in Verbindung mit den Zeichnungen,
beschrieben, worin:
-
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer
exemplarischen Anordnung von Sensoren und Steuer- bzw.
Regeleinrichtungen in einem Triebwerkseinlass stromaufwärts von
dem Gebläse ist;
-
Fig. 2 eine schematische Darstellung ist, welche für die
Einführung von Strömungsverzerrungen in einem steuer- bzw.
regelbaren Muster durch Nebenluftdüsen veranschaulichend ist;
-
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer piezoelektrisch
gesteuerten bzw. geregelten Düse für die Verwendung in dem
vorliegenden System ist;
-
Fig. 4A eine schematische Darstellung ist, die einen
variablen Eintauchstab als Wirbelstromerzeuger in dem vorliegenden
System zeigt, während Fig. 4B ein Schnitt ist, der längs der
Linien 4B-4B ausgeführt ist; und
-
Fig. 5A für einen gelenkigen mechanischen
Wirbelstromerzeuger zur Verwendung in dem vorliegenden System ist, während
Fig. 5B
ein Schnitt ist, der längs der Linien 5B-5B
ausgeführt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung benutzt das Gebläse selbst als eine
Gegengeräusch- bzw. -lärmquelle durch Einführen von
Strömungsverzerrungen, mit denen das Gebläse in Wechselwirkung
tritt. Da Strömungsverzerrungen der Hauptgrund des primären
Geräuschs bzw. Lärms sind, werden Geräusch- bzw. Lärmquellen
von gleichartiger bzw. ähnlicher Stärke mit künstlichen
Verzerrungen erzeugt. Einrichtungen, die gesteuerte bzw.
geregelte Einlassverzerrungen erzeugen, würden
Anstellwinkeländerungen an den Rotorschaufeln bewirken, welche ihrerseits eine
gesteuerte bzw. geregelte Erzeugung von Gegengeräusch bzw.
-lärm in speziellen Umfangsmodusmustern bewirken würden.
-
Es werden zwei Verfahren zum Erzeugen der Verzerrungen für
die Verwendung in dem vorliegenden System offenbart. Die
Einrichtungen sind in einer umfänglichen Gruppierung auf der
Wand angebracht und bestehen entweder aus 1) Düsen, die aktiv
gesteuerte bzw. geregelte Mengen an Luft ausstoßen oder
aufnehmen, oder 2) Stäben mit aktiv gesteuertem bzw. geregeltem
Vorstehen in die Strömung.
-
Die Ton-Geräusch- bzw. -Lärmsteuerung bzw. -regelung basiert
auf wandmontierten Mikrophongruppierungen in dem Einlass oder
dem Gebläsekanal und richtet sich nur auf Tongeräusch- bzw.
-lärm bei der Schaufeldurchgangsfrequenz (BPF) und deren
höheren Harmonischen. Die Anordnung der Sensorgruppierungen 11
und 13 und der Stellantriebsgruppierung 15 ist in Fig. 1
veranschaulicht.
-
Die Steuerung bzw. Regelung geht wie folgt vor sich: Die
Mikrophonsignale werden in die Amplituden der Umfangsmodi an
der Wand für die BPF und deren Harmonische unter Verwendung
von bekannter Signalverarbeitungsmethodologie zerlegt. Der
Steuer- bzw. Regelalgorithmus stellt die Gegengeräusch- bzw.
-lärmeinrichtungen so ein, dass die Modulamplituden
minimiert werden. Zu diesem Zweck werden Transferfunktionen
zwischen der Einrichtungsbetätigung und den vorher gemessenen
und mittels des Systems gespeicherten modalen
Schallamplituden benutzt. Die restlichen gemessenen Modusamplituden werden
erneut für das Steuern bzw. Regeln der Gegengeräusch- bzw.
-lärmeinrichtungen benutzt, wobei das Steuer- bzw.
Regelprinzip in dem nachstehend enthaltenen Anhang im einzelnen
angegeben ist.
-
Die Verwendung von mehr als einer Sensorgruppierung wird in
Betracht gezogen. Der Grund hierfür besteht darin, dass jeder
Umfangsmodus aus einer Anzahl Von Radialmodi aufgebaut ist,
welche in unterschiedlichen Beträgen zu dem Wanddruck an
unterschiedlichen Axialstationen beitragen. Durch Minimieren
des Wanddrucks an mehreren Stationen in einem Sinn der
kleinsten Quadrate würde es möglich sein, mehr als einen
Radialmodus pro Umfangsmodus zu steuern bzw. zu regeln.
-
Ein Problem bzw. eine Aufgabe des vorliegenden
Aktiv-Geräusch- bzw. -Lärmsteuer- bzw. --regelsystems besteht im
Ausbilden einer Gegengeräusch- bzw. -lärmquelle mit genügender
Amplitude und von genügender Umfangsgleichförmigkeit, so dass
keine zusätzlichen, sich fortpflanzenden Modi erzeugt werden.
Das Erfordernis des nicht unangemessenen Erhöhens des
Breitbandgeräuschs bzw. -lärms muss auch in Betracht gezogen
werden. Das Ziel der Verzerrungs-Geräusch- bzw. -Lärmeinrichtung
ist das Einführen von Strömungsverzerrungen in einem steuer-
bzw. regelbaren Muster, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist.
Strömungsdüsen 21, die entweder Nebenluft blasen oder
Grenzschichtluft saugen, zum Erzeugen der Verzerrungen 23 sind
hierfür das Vorsehen der Einströmung zu dem Rotor 25 gezeigt,
aber ein gleichartiges bzw. ähnliches Muster könnte mit
mechanischen Einrichtungen erhalten werden.
-
Obwohl mechanische Einrichtungen vor dem Gebläse aufgrund von
Sicherheitsbetrachtungen keine bevorzugte Konfiguration
wären, könnten solche Einrichtungen gut unmittelbar
stromabwärts von der rotierenden Schaufelreihe verwendet werden. Die
Verzerrungen würden in diesem Falle nicht durch Wirbelströme,
sondern vielmehr durch die Potenzialströmung um die
Einrichtungen verursacht werden.
-
Es ist zu beachten, dass die Modus erzeugenden Steuer- bzw.
Regelsignale quasi-statisch sind, d. h., die Steuerung bzw.
Regelung durch Einführen einer Anzahl von stationären Stäben,
entweder aktuell oder aerodynamisch, nahe dem Gebläse
erreicht wird. Damit dieses Gegenquellenverzerrungen sind, muss
ihre Umfangsausrichtung und demgemäss die akustische Phase
kontinuierlich veränderbar sein. Dieses kann durch die Wahl
einer Anzahl von Einrichtungen, wenigstens das Zweifache der
größten erforderlichen Umfangsmoduszahl, die gesteuert bzw.
geregelt werden soll, bewerkstelligt werden. Dieses würde es
ermöglichen, irgendeinen Modus mit irgendeiner Phase ohne
"Signalverfälschung", d. h., Einführung von unerwünschten
Modi, zu erzeugen.
-
Die steuer- bzw. regelbaren Düsen stellen eine interessante
Gestaltungsfrage dar. In Abhängigkeit von der erforderlichen
Luftströmung werden mehrere Betätigungsprinzipien betrachtet:
piezoelektrisch, magnetostriktiv, elektrodynamisch,
pneumatisch, hydraulisch und andere. Die Wahl wird auf ökonomischer
Basis getroffen, wenn einmal die Strömungserfordernisse
erfüllt sind. Aufgrund der quasi-statischen Natur der
Düsensteuerung bzw. -regelung führt eine Nichtlinearität des
Materialansprechens zu der Verwendung von Kalibriertabellen. Eine
piezoelektrisch gesteuerte bzw. geregelte Düse ist in Fig. 3
gezeigt. Die Abdichtung und die zweiseitige Unterdrucksetzung
des piezoelektrischen Elements sind eingeführt worden, um
Strömungsänderungen aufgrund von Nebenluftdruckvariationen zu
minimieren.
-
Die piezoelektrisch gesteuerte bzw. geregelte Düse 40 umfasst
eine Dichtung 42, eine Kanalwand 52 und einen Zweielement-
Piezobieger 44. Die positiven und negativen Anschlüsse für
die Steuer- bzw. Regelspannung sind bei 46 gezeigt. Die
Düsenströmung ist bei 48 gezeigt, und der Nebenluftdruck im
Bereich 50 und 54, wobei das Nebenluftdruckverhältnis größer
als 2 ist. Digital gesteuerte bzw. geregelte Ventile können
auch in dem vorliegenden System verwendet werden.
-
In der bevorzugten Konfiguration, in welcher Luftdüsen dazu
benutzt werden, Wirbelströme zu erzeugen, besteht ein Risiko,
dass die Breitbandgeräusch- bzw. -lärmerzeugung erhöht wird.
Einer solchen Erhöhung wird durch die Tatsache
entgegengewirkt, dass Schall absorbierende Auskleidungen, die fast
immer in Triebwerkskanälen angewandt werden, für das
Breitbandgeräusch bzw. den Breitbandlärm optimiert werden können,
anstatt dass sie für einen Kompromiss zwischen Ton-Geräusch-
bzw. Ton-Lärm- und Breitbandgeräusch- bzw. Breitbandlärm-
Verminderung ausgebildet sind.
-
Eine weitere Art des Reduzierens von Breitbandgeräusch bzw.
-lärmerzeugung ist die Benutzung von Saugen anstatt von
Blasen. In diesem Fall würde die Grenzschicht von den Düsen
abgesaugt werden, so dass dadurch die Grenzschichtdicke in
einem Muster moduliert würde, das ähnlich jenem der Fig. 2
ist. Da die Grenzschicht, die mit den Rotorspitzen in
Wechselwirkung ist, ein Hauptbreitbandgeräusch- bzw.
-lärmerzeugungsmechanismus ist, ist es möglich, dass die so modulierte
Strömung weniger Breitbandgeräusch bzw. -lärm erzeugt als die
unmodulierte Strömung. Wenn dieses der Fall ist, könnte eine
generelle Breitbandgeräusch- bzw. -lärmreduktion durch
gleichförmiges Saugen um den Triebwerksumfang erhalten
werden, und eine Ton-Geräusch- bzw. -Lärmreduktion durch
zusätzliches, moduliertes Saugen. Der Betrag an gleichförmigem
Saugen würde durch Beobachtung des an den Mikrophongruppierungen
gemessenen Breitbandgeräuschs bzw. -lärms gesteuert bzw.
geregelt werden.
-
Ein Stab 100 variablen Eintauchens als Wirbelstromerzeuger
ist in Fig. 4A gezeigt, und zwar umfasst er einen
Gewindestab 101, ein Gehäuse 103 eines rotierenden Schrittmotors,
eine Einlasswand 105 und eine Gebläsespitze 107, wobei Fig.
4B eine längs der Linien 4B-4B der Fig. 4A ausgeführte
Schnittansicht ist, welche die Strömung veranschaulicht.
-
Ein weiterer exemplarischer Wirbelstromerzeuger, der für die
Verwendung in dem vorliegenden Verfahren geeignet ist, ist in
Fig. 5A gezeigt, wonach ein gelenkiger bzw. angelenkter
mechanischer Wirbelstromerzeuger 200 einen Stellantrieb 201
aufweist, wobei außerdem die Einlasswand 202 und eine
Gebläsespitze 203 gezeigt sind, während Fig. 5B eine längs den
Linien 5B-5B der Fig. 5A ausgeführte Querschnittsansicht
ist.
-
Es sind vorstehend veranschaulichende Ausführungsformen mit
Abwandlungen derselben, die dem Fachmann ersichtlich sind,
offenbart worden. Der Bereich der Erfindung ist nur durch die
auf den Anhang folgende Ansprüche begrenzt.
ANHANG
-
Aktiver Geräusch- bzw. Lärmsteuer- bzw. -regelalgorithmus für
Töne unter Verwendung von Umfangsmodus-Messgruppierungen.
Modalamplituden
-
Die Umfangsmodus-Komplexamplituden bzw. die komplexen
Amplituden des Umfangsmodus werden in der folgenden Art und Weise
bei laufendem Triebwerk gemessen:
-
1. Taste die M Mikrophone mit einer Rate Von z. B. dem
8-fachen der Schaufeldurchgangsfrequenz (BPF) ab.
-
2. Akkumuliere solche gesampelten bzw. probegenommenen
Daten für eine Zeitdauer von beispielsweise einer Sekunde,
für jedes Mikrophon, um Effekte des Geräuschs bzw. Lärms
bei anderen Frequenzen als den BPF-Harmonischen
auszumitteln.
-
3. Führe eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) auf
jedem Mikrophon durch und speichere die komplexe bzw.
komplizierte Amplitude für jede interessierende
Harmonische.
-
4. Führe für jede Harmonische eine komplexe digitale
Fourier-Transformation (DFT) über die M Mikrophone aus.
Dieses ergibt die gewünschten komplexen Modalamplituden
-
worin Chn die komplexe Amplitude des n-ten Modus bei der
BPF-Harmonischen h ist und Ahn die komplexe Amplitude
bei der BPF-Harmonischen h für das Mikrophon m ist.
-
Beachte, dass die Modalamplituden sowohl für positive als
auch für negative Indices berechnet werden sollen, und dass
die Anzahl der Mikrophone wenigstens gleich der Anzahl der
gewünschten Modi sein sollte, typischerweise mehr als das
Zweifache der Anzahl der Rotorschaufeln (es kann keine
Unterscheidung zwischen den Modi -M/2 und M/2 gemacht werden).
Transferfunktionen
-
Die Steuerung bzw. Regelung erfordert die Transferfunktion
(TF) zwischen einer gegebenen Erregung der Betätiger- bzw.
Stellantriebe und den resultierenden Modalamplituden. Die
Erregungs-amplitude wird nicht in Ausdrücken der individuellen
Betätiger- bzw. Stellantriebsverlagerungen gegeben, sondern
vielmehr in Ausdrücken der Verzerrungs-Harmonischen-(DH)-
Amplituden bzw. Amplituden der Verzerrungsharmonischen (DH).
Diese Amplituden, die komplex sind, sind als die DFT über die
K-Betätiger- bzw. -stellantriebsamplituden definiert. Die
TFen werden wie folgt bestimmt:
-
1. Miss bei laufendem Triebwerk die Modalamplituden bei
Nullbetätigung.
-
2. Verwende die Betätiger bzw. Stellantriebe in der ersten
DH genügend, um eine wesentliche Änderung in den
Mikrophonsignalen zu erzeugen.
-
3. Miss die Modalamplituden wieder und zeichne die
Differenz gegenüber dem Nullbetätigungsfall auf.
-
4. Berechne die TF als die Modalamplitudenänderung, geteilt
durch die DH-Amplitude. Diese Berechnung wird für jede
BPF-Harmonische ausgeführt.
-
5. Wiederhole die Schritte 2-4 für jede DH.
Steuerung bzw. Regelung
-
Die Steuerung bzw. Regelung geht wie folgt vor sich:
-
1. Miss die Modalamplituden.
-
2. Berechne die DH-Amplitudenänderungen, die zum Minimieren
der Modalamplituden notwendig sind.
-
ThnkdDk = -Cn
-
worin Thnk die Transferfunktion zwischen der Amplitude im
Modus n und der Erregungsamplitude in der
Verzerrungsharmonischen k ist, dük ist die gewünschte Änderung in der Amplitude
der Verzerrungsharmonischen k und Chn ist die gemessene
Amplitude des Modus n für die BPF-Harmonische h. Diese
Relation stellt ein überbestimmtes System von Gleichungen dar,
wenn mehr als eine Modus-Messungsgruppierung verwendet wird,
und sie wird in einem Sinn der kleinsten Quadrate für alle
BPF-Harmonischen gleichzeitig gelöst.
-
3. Wende die DH-Amplitudenänderungen an.
-
4. Wiederhole die Schritte 1-3 unbegrenzt.
-
Beachte, dass jede Verzerrungsharmonische ein Ansprechen in
allen BPF-Harmonischen erzeugt und daher die Minimierung
einen Kompromiss unter den Tonreduktionen darstellt. Mit einer
genügend großen K (Anzahl der Betätiger bzw. Stellantriebe)
kann noch eine Steuerung bzw. Regelung von jedem Ton erreicht
werden.