专利名称：主动降低喷气发动机的噪声发射的装置和方法及其诊断的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主动降低喷气发动机的噪声发射的装置和方法，及对它们的诊断。
来自喷气飞行器的内部噪声以及外部噪声目前主要的是通过自它们的喷气发动机的噪声发射进行控制。由于空中交通日益增加，在飞行器里的内部噪声的降低、特别是在靠近飞机场居住处的飞行器噪声的降低变得越来越重要。
人们一直在不断地努力，以便通过进一步改善消极的隔音和静音方式来降低飞行器内部的噪声程度。这种降低噪声的努力还包括涉及减弱结构支承声音的测量。这样，目标是防止由喷气发动机发射的、传送给飞行器的其它部分、特别是与飞行器内部连接的部分的声音。
此外，使用所谓的动力减振器，它在一限定的、相当窄的频谱里使用谐振吸收一部分通过飞行器机身结构传送的震动和摆动。
最后，在个别情况下，还在飞行器机身的乘客区的内侧覆层里安装噪声补偿系统。这样，使用喇叭发射补偿声音，以便降低尖锐的发动机噪声。
然而，所述的用来隔音、静音、结构支承声音消除等措施必然导致增加重量。通常，所有的增加重量的噪声防止措施由于降低有效载荷和增加燃料消耗量而降低了飞行器的效率。
此外，有效的噪声降低涉及寻找和消除各噪声源和噪声传送路径所需的高度开发的费用。最后，这种费用来自安装在喷气飞行器的新的内部设备。为了使噪声降低长期有效，所使用的材料的质量和老化及所使用的处理技术的效率必须通过昂贵的程序进行调查研究和证实。上述系统的总的缺陷是，它们不能在飞行器外侧区域的噪声发射方面得到任何降低。
在过去，使用了各种设计措施来降低喷气发动机的外部噪声发射。例如，双路式涡轮发动机的发展导致在噪声发射方面的降低。然而，这种噪声降低仍旧不能达到令人满意的程度。
美国专利第4,325,661号涉及一种高速喷气飞行器的喷流混合器的噪声抑制器。该混合器使高速气流与低速气流混合。通过安装在喷嘴里的障碍物产生的声波来抑制噪声。
美国专利第5,758,488号公开了一种降低来自飞行器涡轮的噪声的系统。该系统基本上包括一噪声降低单元、一风扇、一气流分流器、一中心流动膨胀室装置、一推力反向器和一排气尾管。
在这些方案里，试图通过设计手段和流体动力学改进降低噪声。此外，在现有技术中还建议使用主动降低噪声的装置，以便降低来自喷气发动机的外部噪声。
PCT申请WO 96/12269公开了一种电动气动装置。该装置利用一基准信号工作。该基准信号来自风扇角速度或叶片通过频率，并来自由声换能器检测到的错误信号。这些信号被用来起动风扇座上的阀，通过该阀，压力和温度已被调整的气流被用于噪声补偿。
PCT申请WO 96/11465也公开了一种主动降低发动机进口区域内的发动机噪声的装置。该装置具有检测风扇叶片通过频率的传感器和检测残留噪声的传感器。这两个传感器提供信号给一控制装置。该控制装置与一喇叭连接，该喇叭产生反相噪声，以便降低来自飞行器推进系统的噪声。用来检测风扇叶片提供频率的传感器和喇叭在发动机进口处的壁上沿圆周布置。
PCT申请WO 98/12420也涉及一种装置，以便主动降低来自飞行器发动机里的转动叶片的转动机械噪声。为此，使一流体高压通过震源信号的路径，从而相对震源信号的压力波产生相反的压力波。
本发明的目的是提供一种主动降低来自喷气发动机的噪声发射的装置和方法，其中，以尽可能简单的方式获得高水平的噪声降低，并长期有效，特别是在受控制的声学条件下和避免对发动机的大改动。这样，该方案试图应用在发动机的进口区和出口区。
利用主动降低喷气发动机的噪声发射的装置可解决这个问题，该喷气发动机具有一进气口、一排气口和实际发动机，其中，该实际发动机安装在进气口和排气口之间。该装置具有至少一个在发动机上游的进气口里和/或在发动机下游的排气口里的第一声换能器，以便将声波转换成第一信号，该信号是衡量声波的频率、振幅和相位的尺度；一将第一信号转换成第二信号的电子控制装置以及至少一个将第二信号转换成补偿声波第二声换能器，该补偿声波的频率、振幅和相位是这样的，即使声波和补偿声波互相至少部分抵消。按照本发明，第二声换能器安装在发动机上游的进气口的中心和/或发动机下游的排气口的中心。
在本发明的说明中，术语“喷气发动机”也包括涡轮螺旋桨喷气发动机和在推进涡轮机不使用时给飞行器提供电力的涡轮，即所谓的“辅助电源设备(APU)”。
第一声换能器通常是一扩音机，以捡拾喷气发动机发射的声波，而第二声换能器通常是一喇叭，以便发射补偿声波。然而，在所有情况下同样也可使用其它的声换能器，以达到同一目的。按照本发明的目的，术语“声换能器”也可包括各种各样的声换能器。这些声换能器可用来覆盖整个相关的声音传播区，相关的声音前平面和所需的频率范围。
第一声换能器将声波转换成电磁的或光学的第一信号，该信号代表衡量发射的声波的频率、振幅和相位角的尺度。这些第一信号可利用一微型处理机处理。例如，可进行傅里叶分析，以便将复杂的声图分解成各种震动。此外，特殊的频率分量、例如人们可听到的频谱之外的可从补偿中排除，除非它被认为是必需的、例如为了物理噪声感觉。通过第二声换能器发出的噪声补偿要求尽可能地完整，亦即要求剩余的残留噪声水平尽可能地低。
按照本发明，第二声换能器安装在发动机上游的进气口中心和/或发动机下游的排气口中心。选择第二声换能器的中心布置是因为，用这种方式获得的、受侧面限制的对称声学环境将显著地提高噪声补偿的效率和简化整个噪声补偿系统。特别是，可避免由于许多喇叭不位于中心和声波的延迟的时间差造成的噪声补偿的缺陷，同样地，如果许多喇叭被安装在其它地方而不是中心、特别是互相相对设置的话，可能发生讨厌的干扰。
第一声换能器较佳的是同样安装在发动机上游的进气口中心和/或发动机下游的排气口中心。
在本发明的说明里，术语“中心”也包括基本上安装在中间的声换能器。喷气发动机在进气口和排气口处常常不具有完整的圆形横截面。这样，声换能器必须基本上安装在中心，由此它们可确保在很大程度上的对称声学环境。
通常，在喷气发动机里，噪声主要沿发动机的纵轴方向向进气口的前面和排气口的后面传播。因此，声换能器较佳的是对齐安装，这样，补偿声音在一个平面内发射，该平面基本上与发动机的纵轴成一直角，从而平行于其主声前平面。与其不同的次声前平面可通过使一个第二声换能器(它可能按照扇形原理发射)或许多第二声换能器的发射角倾斜而被覆盖。
在喷气发动机里的声换能器的对齐布置、特别是如果它们相对现有的喷气发动机作翻新改进时还必须考虑空气动力学方面。这是因为，由于其发动机里的给定的高空气速度，这些换能器必须不产生过度的阻力，并且必须不超越可以忽略的范围的降低发动机的性能。因此，较佳的是将声换能器安装在发动机的进气口区域内、发动机低压压缩机的毂的前圆锥体的上游。在发动机的后部排气口里，声换能器较佳的是安装在发动机尾部圆锥体的下游，即在其风寂区里。这样不仅降低阻力，而且也改善了机构坚固性，该坚固性与流动气团作用在它上面的力有关。
按照本发明装置的一个较佳实施例具有在发动机上游进气口和发动机下游排气口里的第一声换能器和第二声换能器。这将不仅允许喷气发动机向前发射的噪声、而且允许向后发射的噪声被消除。这样，噪声补偿系统可在互相完全独立的情况下工作。
降低噪声发射的装置较佳的是包括一圆锥体，它安装在喷气发动机进气口的中心，并具有至少一个开口，这样，第一声换能器和第二声换能器安装在该圆锥体里，从而能通过该开口与空气声学连接。包括两个声换能器和(可能)一微型处理机的噪声补偿单元可按照空气动力学原理安装在进气口里，从而防止直接入射气流撞击它和防尘，与此同时，优先地作用在进气口里的补偿区域中。此外，圆锥体在空气动力学方面的最佳化可确保，压力条件不仅在声换能器范围内、而且在补偿区域内、即在发生噪声补偿的区域内是可比较的。
为了避免在适当的天气条件下结冰，在发动机进气口里的噪声补偿单元的圆锥体和固定翼可被电加热。
在喷气发动机的后排气口里，声换能器较佳的是安装在一中心固定器上，该固定器按照流体动力学原理与发动机的尾部配合。空气动力学的最佳化在这里也可考虑，以便在声换能器区域和补偿区域内产生类似的压力条件。使声换能器朝向后部对齐可避免它们经受直接的入射气流，从而不仅防止由入射气流产生的噪声信号，而且防止声换能器与湿气和灰尘接触。
按照本发明装置的另一个较佳实施例具有一冷却装置，以便冷却在排气口里的第二声换能器和(可能)第一声换能器。为此，声换能器较佳的是通过覆层被掩蔽，以防止气流的直接作用。更佳的是，噪声补偿单元被安装在一外侧圆锥体里，并隔开一段距离。为了进行冷却，外部空气或在双路式发动机的情况下来自旁流的相当冷的空气可被分接并导入在一个或几个固定翼中的该外侧圆锥体。然后，冷却空气可流出，环绕声换能器，从发动机向外进入排气口，同时防止倒流的热气体紊流的产生，该紊流可撞击声换能器。在双路式发动机里，由于压力降，冷却空气自动地连续流动，只要在旁流和气流之间有足够的压差。它通过动压力而增强，该动压力是在声换能器的上游、通过来自发动机的、在排气口里的气流而产生的。如果飞行器的速度是足够的，特别是在普通的喷气发动机的情况下，冷却空气也可来自周围环境。在飞行过程中，外部空气的不断流动可通过浮铊风压的一点提供，该点适合于作为进气口之用。这将允许后部噪声补偿单元在热方面有良好的控制。
如果操作状态发生，例如在发动机起动和关闭过程中，或在使用倒车推力时，此时，空气的自然连续流动不足以冷却和补偿紊流，冷却空气可借助一风扇。
冷却噪声补偿单元的效率可通过选择适当的材料得到帮助，该材料对于外侧圆锥体和承载空气的固定翼来说具有低的导热性，如果必要还可进行表面处理，以反射热辐射。
按照本发明的装置还可用于喷气发动机的状态和工作的诊断。为此，按照本发明的装置具有一比较单元，以便将来自第一声换能器的第一信号与名义信号比较。被考虑的声波的频率在这里不必精确确定。如果存在非常窄的声音频谱，在某些情况下它甚至可以省去频率分析，而在一个范围内发生的所有的频率可被认为是有代表性的频率。祗要有足够的能力、以很好的方式区分不同频率的声波，从而将声图分解成实际所需要的水平。该水平可以根据用途和根据声音分析精度的要求改变。
由此使一实际声图与一名义声图相比较。这种比较允许对喷气发动机进行诊断，因为喷气发动机的每个不同工作状态具有特定的声图。例如，推进系统的损坏所造成的紊乱将干扰其声图。如果第一声换能器安装在发动机的进口圆锥体里或其排气区域，有关磨损、燃烧室沉淀，由于差的燃料质量和机械故障(例如由于飞机与鸟群的碰撞所引起的)引起的恶劣燃烧，就可能得出进一步结论。这样，它常常可由相对于声图的紊乱的性质推论出故障的性质。在许多情况下，这种关于喷气发动机的状态-长期的、或工作或工作状态-短期的推论需要进一步的处理步骤，特别是进一步的比较步骤。
然而，至少缺陷存在这一点可正常检测到，即使没有这种进一步的信号处理。
由第一声换能器获得的第一信号、该第一信号的一部分或来自该第一信号的第二信号被用来诊断喷气发动机的工作。由此获得的第一信号通常包含有关许多声波的频率、振幅和相位的信息。然而，在某些情况下，喷气发动机的诊断可仅根据频谱来进行，而不需要考虑振幅和相位。在这种情况下，振幅只需超过第一声换能器的特定的极限值，就得出频率发生的结论。该极限值也可由第一声换能器的响应阀简单地确定。如果差异在实际频谱相对名义频谱的预定的变量内，它们可用来得出上述的、有关喷气发动机的状态或工作的结论。名义值在各种类型的工作状态之前确定，例如不同的发动机速度、各种负载范围或工作温度，并把它们储存在比较单元里，从而可在日常工作中、针对大量的工作状态用名义值与实际值比较。这样，它不必使用噪声补偿单元的所有信息，例如，用实际值的全频谱与对应的名义值比较。有选择的比较在所有情况下可令人满意。这种比较本身可在微芯片或微型机(它们是比较单元的一部分)里有规律地进行。
按照本发明的装置较佳的是还具有一输出单元，以便在来自第一声换能器的第一信号与名义信号之间发生至少一个预先限定的差异时输出警告信号。该警告信号可包括由警告灯发出的直截了当的警告，或要求改变工作状态，例如降低推力。为便于描述，这种警告信号也可以是一种信号，它自动地导致一个具体结果，例如负载匹配、点火定时的改变、紧急情况断开、或在发生特殊故障时通过无线电发给控制中心的信息。
按照本发明的装置较佳的是还包括一选择单元，以便从第一声换能器中选择与一个或多个特殊频率范围对应的第一信号，以便进行信号比较。它允许频率的选择比较，它需要较少量的计算机容量，因而可一较快地进行。
按照本发明装置的另一较佳实施例具有一维修监控单元，以便当针对喷气发动机的下一次维修按照时间到点时计算和显示该数据，来自第一声换能器的信号情况与针对各工作状态的名义信号进行比较。维修监控单元监控第一信号或它们的一部分、例如频率的实际值的时间特征，利用它们得出结论，什么时候需要对发动机进行下一次检查。这是可行的，因为在发动机排出气体的声谱里的某些频率在发动机准备检查或大修时会愈加频繁发生。本发明的现有实施例可以用来限定各检查时间间隔，这不仅可以因平均的检查时间间隔变长而显著地节约成本，而且可以通过检查时间间隔实际上被缩短而在工作安全性方面得到改善。这样，具体的优点是显而易见的，例如，如果将飞行器发动机上的检查快到期这种情况直接汇报给管理中心，当飞行器下一次到达维修机场时，该中心将指定该飞行器进行检查。
按照本发明装置的另一较佳实施例，至少一个结构支承声音传感器安装在喷气发动机上，较佳的是安装在其壳体上，以便使故障源与喷气发动机的特定部分关联。如上所述，如果在推进系统里发现故障，最好能确定故障源的性质和位置。故障的性质常常可从实际信号、即接受到的频谱推断出。如果在喷气发动机的特定部分专门发生特定的故障，故障的性质也可推断出故障的源头，例如由于压缩机的不稳定性。如果情况不是这样，它不能确定故障的来源。针对这些情况，按照本发明装置的现有实施例通过在喷气发动机的壳体上安装一个、较佳的是几个结构支承声音传感器而具有确定故障来源的能力，因为它们的结果可互相比较，从而可确定缺陷的来源。例如，这种结构支承声音传感器可以安装在喷气发动机的壳体上，例如，在第一级压缩机处，另一个在主压缩机处，而再一个在涡轮机处。例如，如果故障发生在主压缩机里，对应的结构支承声音传感器将在声音断面上正常地出现最大的变化，由此可得出故障源位于主压缩机里的结论。
按照本发明装置的另一有利改进，它具有使两个或几个发动机同步的单元，这样，该单元比较来自准备同步的发动机的第一声换能器的第一信号，然后改变这些发动机的发动机控制参数，例如燃料供应，这样，来自不同发动机的第一声换能器的第一信号互相变得较一致。在飞行器的情况下，喷气发动机必须同步运转，以避免声音紊乱，诸如差频或隆隆的噪声。最近，发动机同步通常通过比较发动机速度而得到实施。然而，实际上，这种发动机速度比较会发生错误和时间延迟，从而阻碍快速有效的同步。在本发明的所述较佳实施例的内容里，可通过将来自第一声换能器的第一信号互相比较来互相比较发动机的工作状态，并适应于发动机控制参数，从而使这些第一信号、例如频谱变得互相一致。这导致简单的、有效的和快速的发动机同步。
按照本发明装置的另一较佳实施例，它具有一监控单元，较佳的是也可用于喷气发动机的转速计的校正。通常，转速计的输出是根据对转动部件、例如喷气发动机的中心驱动轴的转动频率的测量。根据原理，这种测量包括误差源的范围，它可能导致不准确的测量。这些测量误差可使用一监控单元来识别和纠正。来自发动机里的第一声换能器的第一信号与来自转速计的输出比较，如果需要，就纠正。这种比较是可能的，因为各喷气发动机速度与具体的发动机声图对应。除了监控正确操作，它还可以在限定的声传播条件下校正转速计。它可以在预定的时间间隔后、或在需要时进行，所谓需要时就是如果通过评估声图发现转速计的输出与确定的发动机速度有显著的差异时。
按照本发明，还提供一种主动降低喷气发动机噪声发射的方法，该喷气发动机具有一进气口、一排气口和安装在进气口和排气口之间的实际发动机，该方法包括下列步骤(1)在至少一个第一声换能器里，将声波转换成第一信号，该第一信号是衡量声波的频率、振幅和相位的尺度，而该第一声换能器安装在发动机上游的进气口和/或发动机下游的排气口处；(2)在一电子控制装置里将第一信号转换成第二信号；以及(3)将第二信号转换成补偿声波，其频率、振幅和相位是这样的，即声波和补偿声波在第二声换能器里互相至少部分抵偿，而第二声换能器安装在发动机上游的进气口中心和/或发动机下游的排气口中心。
因此，本发明提供一种装置和一种方法，以有效地降低来自喷气发动机的噪声发射，这样，对噪声源处的噪声进行补偿可以简单的和有效的方式降低来自飞行器的噪声发射，无论对环境和居民都有利。按照本发明的装置和按照本发明的方法提供如下的优点，使用极少的能量，设计简单，以及可以忽略不计的性能损失，同时，减轻了在飞行器里的噪声防止装置的重量。在此，至少第二声换能器安装在发动机的中心处，从而创造最佳的对称、横向有限的声学条件。在该方案里，可发射补偿声波，如果适当的话，该声音可基本上平行于主噪声振动平面被接受，从而获得高的噪声补偿效果。按照本发明的装置可以简单的方式安装在发动机里，而不需进行任何大的设计改动。因此，按照本发明的装置也适应于已经使用的发动机。这种噪声补偿装置不仅可用在进气口里，而且可用在排气口里。它可在发动机的两端进行噪声补偿。当比较单元加入其中时，按照本发明的装置也可用于喷气发动机的诊断。从而可在任何时候确定喷气发动机的确切情况。
在下文中将参考附图和使用例子描述本发明。
图1显示了按照本发明装置的一个实施例，以降低来自喷气发动机的噪声发射，它包括诊断功能；图2显示了图1中的发动机后端的细节，它具有通过气流冷却的声换能器；图3显示了一示意图，它描述了按照本发明的装置的工作。
在所有情况下，后面加撇号的标号表示在发动机后部的零件。
图1显示了喷气发动机1，在此，它是安装在一悬挂装置2上的双转子双路式涡轮喷气发动机。喷气发动机1安装有一按照本发明的装置，以便降低噪声发射。喷气发动机1具有一前进气口3和一后排气口4。实际发动机5安装在前进气口3和后排气口4之间。图1中所示的喷气发动机1具有在进气口3及排气口4里的第一声换能器7和/或7＇，例如一扩音器，和第二声换能器8和/或8＇，例如一喇叭。前噪声补偿单元6由电子控制装置16监视，而后噪声补偿单元6＇由电子控制装置16＇监视。
包括声换能器7和8的前噪声补偿单元6安装在进气口3处的圆锥体12里，它具有一开口13，以便声换能器7和8与进气口3里的补偿区域在声学上连通。由进气口3的内侧表面限定的噪声补偿区域具有锥形、从而是对称的形状，它引导至限定的声学环境。在圆锥体12内的开口13延续这种对称。扩音器7和喇叭8(在这里，它是一圆环形)安装在中心处。然而，设计特性、特别是在空气动力学的特性上也可能以不同的布置为条件，这是不完全的，但实质上仍在中心。使用三个固定翼来悬置圆锥体12，它们互相之间具有均匀的角度间隔，在图1中只能完整地看到一个固定翼11。它被安装在低压压缩机前端的前面的短距离处，该压缩机也具有一圆锥形体。这种设计导致噪声补偿系统只产生少量的额外阻力。这种阻力通过固定翼的通过根据空气动力学设计的有利形状而可被进一步降低。
在发动机的后端，扩音机7＇和喇叭8＇安装在一平台上，该平台按照流体动力学原理与发动机5的尾部15配合，以避免紊流的形成，而紊流一方面可能导致阻力增加，另一方面可能导致与噪声补偿有关的声学环境恶化。这样，噪声补偿单元6＇如同安装在发动机5的风寂区里。该单元由三个固定翼固定，它们互相以相同的角度间隔安装，其中只有一个、即固定翼11＇可完整地看到。固定翼较佳的是按照空气动力学形成。这样，可避免紊流，并使阻力降到最低程度。
带有第一声换能器7、7＇和第二声换能器8、8＇的噪声补偿单元6、6＇由通过在固定翼11、11＇里的供电线路供电。控制单元16、16＇(它们安装在发动机短舱里)的连接也通过固定翼11、11＇。如果必须冷却后部噪声补偿单元6＇及声换能器7＇和8＇的话，固定翼11＇还可用来通过通向固定物的冷却空气。
图Ⅰ还显示了另外两个扩音器9和9＇，它们安装在固定翼11和11＇里的噪声补偿平面的上游。扩音器9和9＇被用作发动机噪声的辅助探测，以供测量。声学测量是通过背向通过固定翼11和11＇的后边缘的气流进行的。后扩音器9＇以与噪声补偿单元6＇相同的方式防热，如下文所要描述的。
附图还显示了两个校正扩音器10和10＇，它们安装在喷气发动机1里，在噪声补偿平面的下游，在进气口3或排气口4的壁上。校正扩音器10和10＇记录来自喷气发动机1的任何残留噪声，它们还未被补偿，因此被用来监控噪声补偿。
按照本发明装置的现有实施例还包括诊断喷气发动机1的状态或工作的装置。代表喷气发动机的进气口3或排气口4里的噪声的第一信号由第一声换能器7和7＇提供给电子控制装置16和16＇，它们在那里被处理，以供噪声补偿。比较单元17和17＇或者接受来自电子控制装置16和16＇的、比较上面所述的名义的和实际的值所需要的数据，或者接受直接来自单元声换能器7和7＇的第一信号。
图1还显示了一诊断终端18，以便比较来自比较单元17和17＇的输出信号。在终端18里，将已由前比较单元17检测到的实际数值信号和名义数值信号之间的差异与已由后比较单元17＇发现的差异进行比较，以便由此获得一个可靠的和/或不同的、与可能发生的任何故障有关的信息。以这种方式可较好地分析故障的性质和故障源的位置。在诊断终端18里的、供诊断数据外部使用的界面例如通过数据线提供给驾驶员座舱，提供给数据无线电、提供给软盘驱动器或一屏幕。
图1还显示了三个结构支承声音传感器21、22和23，其中传感器21安装在发动机5的外壳19上，而传感器22和23安装在发动机5的内壳20上。它们被分散安装，这样，在许多情况下，通过前比较单元17或后比较单元17＇诊断到的、已发生的任何故障的位置可以较好地定位。这是因为除了不同的空气传播的声谱外，许多缺陷会产生结构支承声音，该结构支承声音具有或多或少的特性，但在任何情况下，允许其局部源被识别。这样，缺陷可更可靠地和更快速地局部化，从而使必须进行的维修测量可预先确定。来自结构支承声音传感器21、22和23的信号传送给比较单元17、17＇和/或诊断终端18。
按照本发明装置的现有实施例以简单和省钱的方式给喷气发动机提供状态和工作诊断的能力。
为了防止前声换能器在适当的天气条件下结冰，也可电加热进气口圆锥体12和固定翼11。
图1所示的、用来降低喷气发动机的噪声发射的装置可以简单的方式、作为一个附件安装在现有的发动机里。在新的发动机设计情况下，也可提供整体结构，从而更好地符合空气动力学原理。
图2显示了图1中的装置的一个细节。提供一外侧圆锥体14，其中安装着补偿单元6＇，以便冷却后噪声补偿单元6＇及声换能器7＇和8＇。为了冷却噪声补偿单元6＇，冷却空气通过固定翼11＇进入外侧圆锥体14。进入的冷却空气被导入外侧圆锥体14的后部，然后环绕声换能器7＇和8＇并向外流入排气口4。与此同时，它防止倒流热气体紊流的产生，而该紊流可能撞击声换能器7＇和8＇。为此，外侧圆锥体14具有适当的开口。外部空气、或在所述的双路式涡轮发动机的情况下来自旁路流的相当冷的空气可能被分接，以便冷却。如果需要，在启动或关闭发动机的操作过程中，冷却空气通过风扇传送。后噪声补偿单元7＇和8＇在所述的方式里可进行良好的热控制。
图3显示了本发明操作方法的示意图。声波30到达第一声换能器7和7＇、例如一扩音器，并被转换成第一信号31，它是衡量声波30的频率、振幅和相位的尺度。第一信号31在电子控制装置16和16＇里被处理，并被转换成第二信号32，以供噪声补偿，这些第二信号32相对第一信号31移相180度。声波30在这种情况下还可经受(例如)傅里叶分析，以便将复杂的声图分解成基本的正弦波。这种正弦波如图3所示。
第二声换能器8和8＇、例如一喇叭输出对应第二信号32的、补偿的声波33。如果傅里叶分析已经进行，一个基本的补偿波将在每次基本波时发射。这种基本补偿波也如图3所示。它具有相同的频率和振幅，但与也是图3中所示的相关的基本波的相位相反。
权利要求
1．一种主动降低来自一喷气发动机(1)的噪声发射的装置，该喷气发动机具有一进气口(3)、一排气口(4)和一安装在进气口(3)和排气口(4)之间的发动机(5)，该装置具有(a)至少一个第一声换能器(7,7＇)，其安装在发动机(5)上游的进气口(3)里和/或发动机(5)下游的排气口(4)里，以便将声波(30)转换成衡量声波(30)的频率、振幅和相位尺度的第一信号(31)；(b)一电子控制装置(16,16＇)，以便将第一信号(31)转换成第二信号(32)；(c)至少一第二声换能器(8,8＇)，它安装在发动机(5)上游的进气口(3)的中心处和/或发动机(5)下游的排气口(4)里的固定器中心处，，以便将第二信号(32)转换成补偿声波(33)，其频率、振幅和相位是这样的，使声波(30)和补偿声波(33)至少互相部分抵消。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个第一声换能器(7,7′)安装在发动机(5)上游的进气口(3)中心处和/或发动机(5)下游的排气口(4)中心处。
3．如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，进气口(4)的中心处还具有一圆锥体(12)，该圆锥体具有至少一个开口(13)，而第一声换能器(7)和第二声换能器(8)安装在圆锥体(12)里，且它们通过开口(13)与进气口(13)声学连接。
4．如权利要求3所述的装置，其特征在于，在进气口(3)里的中心圆锥体(12)按照流体动力学原理安装在发动机的前端。
5．如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，排气口(4)具有一中心固定器(14)，其中安装第一声换能器(7＇)和第二声换能器(8＇)。
6．如权利要求5所述的装置，其特征在于，该中心固定器(14)按照流体动力学原理安装在发动机(5)的尾部(15)上。
7．如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括一冷却装置，以便冷却在排气口(4)里的第二声换能器(8＇)和第一声换能器(7＇)。
8．如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括一比较单元(17,17＇)，以便将来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)与名义信号进行比较。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括一输出单元，以便当来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)和名义信号之间发生至少一个预定差异时输出一警告信号。
10．如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，还包括一维修监控单元，以便当针对喷气发动机(1)的下一次维修按照时间到点时计算和显示该数据，来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)的情况与针对各工作状态的名义信号进行比较。
11．如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括使至少两个喷气发动机(1)同步的单元，其中，该单元使来自喷气发动机(1)的第一声换能器(7,7＇)的各第一信号(31)互相比较，在存在差异的情况下，改变喷气发动机(1)的控制参数，使来自各喷气发动机(1)的第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)互相配合。
12．一种主动降低喷气发动机(1)的噪声发射的方法，该喷气发动机具有一进气口(3)、一排气口(4)和安装在进气口(3)和排气口(4)之间的一发动机(5)，该方法包括下列步骤(a)在至少一个第一声换能器(7,7＇)里，将声波(30)转换成第一信号(31)，该第一信号是衡量声波(30)的频率、振幅和相位的尺度，而该第一声换能器安装在电动机(5)上游的进气口(3)和/或电动机(5)下游的排气口(4)处；(b)在一电子控制装置(16,16＇)里将第一信号(31)转换成第二信号(32)；以及(c)将第二信号(32)转换成补偿声波(33)，其频率、振幅和相位是这样的，即声波(30)和补偿声波(33)在第二声换能器(8,8＇)里互相至少部分抵消，而第二声换能器(8)安装在发动机(5)上游的进气口(3)中心和/或发动机(5)下游的排气口(4)里的固定器的中心。
13．如权利要求12所述的方法，其特征在于，在方法步骤(a)里的第一声换能器(7,7＇)安装在发动机(5)上游的进气口(3)的中心处和/或发动机(5)下游的排气口(4)的中心处。
14．如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)在一比较单元(17,17＇)里与名义信号比较。
15．如权利要求12至14之一所述的方法，其特征在于，当至少一个预定差异在来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)与名义信号之间发生时由一输出单元输出一警告信号。
16．如权利要求12至15之一所述的方法，其特征在于，当喷气发动机(1)的下次维修按照时间到点时，通过一维修监控单元计算和显示该数据，来自第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)的情况与名义信号进行比较。
17．如权利要求12至16之一所述的方法，其特征在于，来自两个或多个喷气发动机(1)的第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)互相比较，根据该比较，改变喷气发动机(1)的控制参数，使来自喷气发动机的第一声换能器(7,7＇)的第一信号(31)互相配合，从而使各喷气发动机(1)互相配合。
全文摘要
本发明涉及一种主动降低来自一喷气发动机(1)的噪声的装置和方法,至少一第一声换能器(7,7')安装在发动机(5)的进气口(3)和/或排气口(4)里。第一声换能器将声波(30)转换成第一信号(31)。一电子控制装置(16,16')将第一信号转换成第二信号(32)。至少一第二声换能器(8,8')安装在发动机的进气口和/或排气口。第二声换能器将第二信号转换成补偿声波(33),使声波和补偿声波至少互相部分抵消。
文档编号F02C7/24GK1310785SQ99808951
公开日2001年8月29日 申请日期1999年7月22日 优先权日1998年7月22日
发明者福利德蒙德·纳格尔 申请人:福利德蒙德·纳格尔