Warum erzeugt ein Strahltriebwerk bei voller Leistung ein metallisches Heulen? [Duplikat]

Ich hatte gestern einen Flug mit einer AA Embraer ERJ-190. Als das Flugzeug am Ende der Start- und Landebahn im Leerlauf stand, ertönte das vertraute schrille Pfeifen des Düsenjets, das lauter wurde, als das Triebwerk anfing, sich zu drehen. Als es jedoch die volle Leistung erreichte, wurde das Pfeifen von einem weit tieferen metallischen Heulen begleitet, das anhielt, bis der Pilot nach dem anfänglichen steilen Anstieg Gas gab.

Ich habe das schon einmal in einigen (aber nicht allen?) Flugzeugen gehört. Nach Gehör war das Pfeifen ungefähr viereinhalb Oktaven über dem Heulen, was ungefähr einem Faktor von 24 entspricht (ich war möglicherweise um eine Oktave oder einen anderen Faktor von zwei daneben).

Bei einem vergangenen Flug habe ich berechnet, dass, wenn sich der Hauptventilator so dreht, dass sich seine Außenkante mit Schallgeschwindigkeit bewegt, das Heulen ungefähr die Rotationsfrequenz des Ventilators hat. Wenn der Lüfter 24 Flügel hätte (oder 48, wenn ich die falsche Oktave habe), könnte die Pfeife die Lüfterflügel sein und das Jammern der Lüfter selbst.

Eine Erklärung könnte sein, dass der Lüfter etwas asymmetrisch ist, zB ein Flügel etwas zu lang ist und bei voller Leistung gegen das Gehäuse schlägt. (Natürlich würde dies aus technischer und zuverlässiger Sicht keinen Sinn machen.)

Was verursacht dieses weit tiefere metallische Heulen?

Bearbeiten: Ich bin gerade mit einem JetBlue-Flug zurückgekehrt, aber auch mit einem ERJ-190. Wo ich vorher in Reihe drei saß, saß ich diesmal in Reihe 24 von 25. Beim Start gab es nur ein lautes Dröhnen; kein "jaulen" oder "pfeifen". Es ist also ziemlich klar, dass die Geräusche, auf die ich mich beziehe, vom Motoreinlass ausgehen.

Und auf dieser Seite habe ich ein Foto des Einlasses des GE CF34-10E Efficient Engine des ERJ-190 gefunden:

ERJ-190 GE CF34-10E Effizienter Motoreinlass

Tatsächlich hat der Ansauglüfter 24 Flügel. Meine obige Vermutung zum Frequenzverhältnis zwischen meinem "Jammern" und "Pfeifen" hat also eine physikalische Grundlage.

Und ich möchte auf einen Kommentar von @kevin antworten:

Könnte es sein, dass das "Jammern" immer im Frequenzspektrum vorhanden ist, aber bei Betrieb mit niedriger Drehzahl knapp unter der Erkennungsschwelle unseres menschlichen Ohrs (sowohl Tonhöhe als auch Amplitude) liegt?

Wenn das "Jammern" beginnt und endet, ist mein Eindruck, dass die Tonhöhe ansteigt, wenn sie anfänglich stärker wird, und abfällt, wenn sie schließlich versagt. Allerdings ist seine Lautstärke stark von der Tonhöhe abhängig, so dass er bei 80 % der maximalen Tonhöhe/Drehzahl deutlich leiser und darunter unhörbar ist. Es hört sich so an, als ob die Klinge, die angeblich auf das Gehäuse trifft, dies erst ab einer bestimmten Drehzahl tut (nochmals: so hört es sich an, es ist mit ziemlicher Sicherheit nicht das, was tatsächlich passiert). Allgemeiner gesagt, meine Interpretation ist, dass die Ursache des "Jammerns" erst ab einer bestimmten Drehzahl auftritt.

Bearbeiten 2: @footot war so freundlich, auf eine andere Frage hinzuweisen, die im Grunde ein Duplikat ist. Mein Text und meine Vermutungen sind (glaube ich) viel klarer, aber die andere Frage verlinkt auf zwei Videos, die genau zeigen, wovon ich gesprochen habe:

Keine der Antworten auf die andere Frage ist richtig; Der eine konzentriert sich auf das Lüfterflügelgeräusch (zu hoch) und der andere auf die Druckausgleichsöffnungen (nicht drehzahlabhängig).

Könnte es sein, dass das "Jammern" immer im Frequenzspektrum vorhanden ist, aber bei Betrieb mit niedriger Drehzahl knapp unter der Erkennungsschwelle unseres menschlichen Ohrs (sowohl Tonhöhe als auch Amplitude) liegt?
Es ist höchstwahrscheinlich, dass die Spitzen der Schaufeln lokal die Schallgeschwindigkeit überschreiten.
"24 oder 48" könnte eine Frage der Obertöne sein. Die erste Harmonische liegt bei der doppelten Grundfrequenz, also genau eine Oktave höher. (Und ja, ein Faktor von 24 sind 4,58 Oktaven)
Die Anzahl der Klingen entspricht dem Verhältnis zwischen den beiden Tönen, die ich höre, was stark impliziert, dass ein Ton die Frequenz pro Klinge und der andere Ton die Frequenz pro Rotation hat.
Eine Störung zwischen statischen Leitschaufeln ("Turbinenschaufeln" ist eine Fehlbezeichnung, dies sind Schaufeln, die sich nicht drehen, sie befinden sich im Verdichterabschnitt) und den Verdichterschaufeln wäre meine Vermutung. Wie das Zusammenspiel zwischen dem Hauptrotor und dem Heckrotor eines Hubschraubers, wodurch das "Chopper" -Geräusch entsteht. Ich bin allerdings nur ein Laie...

Antworten (3)

Ich habe die folgenden Drehzahlgrenzen für den GE CF34-10E gefunden: 6325 U / min und 18018 U / min für N1- und N2-Stufen. Bei 100 % Leistung beträgt die Drehzahl für die N2-Stufe 17160 U/min.

Wir betrachten also im Grunde eine Rotationsfrequenz von etwa 300 Hz. Deutlich über der 20-Hz-Hörschwelle, wenn auch nicht bei 100 % Leistung.

Interessant wird die Tatsache, dass das menschliche Ohr für Töne unterhalb von 300 Hz deutlich unempfindlicher wird. Wenn der Motor also von 200 Hz auf 300 Hz hochdreht, wird die erhöhte Leistung wahrscheinlich nicht nur mehr rohe Geräusche erzeugen, sondern auch eine Frequenz, die besser hörbar ist. Aber wie stark dieser Effekt ist, ist schwer zu beschreiben. Dafür gibt es sogar eine Norm, die speziell auf Flugzeuggeräusche abzielt!

Meine große Frage ist, warum eine Turbine, die zweifellos genau ausbalanciert und symmetrisch ist, bei ihrer Grundrotationsfrequenz ein starkes Geräusch erzeugt.
Die Turbine muss mit der Luft interagieren, das ist der springende Punkt einer Turbine. Die Rotationsbewegung ist periodisch. Durch das Auswuchten werden Asymmetrien reduziert, aber Sie können sie nicht realistisch beseitigen. Aber selbst wenn Sie dies getan haben, ist der Eingangsluftstrom auch nicht perfekt symmetrisch. Eine kleine Störung wird wahrscheinlich eine Vibration verursachen, die nur langsam gedämpft wird – es ist schwierig, Vibrationen in sich schnell bewegenden Maschinen zu dämpfen.

Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "metallisch" meinen, aber der Klang der Embraer ERJ-190-Motoren unterscheidet sich stark von dem Klang größerer Motoren, wie denen von A-320 oder B737 ... Ich denke, der Lüfter erzeugt viel Geräusch mit niedrigerer Frequenz aufgrund der viel niedrigeren Drehzahl. Und bei Vollgas klingen die Motoren der 190er im Vergleich zu niedrigeren Leistungseinstellungen wirklich "anders". Ich habe sogar eine Art summende zyklische Variationen bemerkt, sowohl im Klang als auch in einigen leichten Vibrationen. Vergessen wir nicht, dass die Embraer insgesamt leichter und leichter sind und sich tatsächlich anders anfühlen. Auf jeden Fall ist ein längerer Kontakt zwischen Rotor und Stator weder wünschenswert noch üblich. Es gibt eine "Dichtung" vom Labyrinthtyp, aber sie ist berührungslos.

Es ist möglich, dass Sie hören, wie die Klingenspitzen an den Wabendichtungen „bürsten“ (es ist das, was die Klingen an der Spitze abdichten). Schlagen Sie nach "Turbinenabdeckungsdichtungen ..."

Können Sie nähere Angaben machen? Obwohl es dort sicherlich zu Kontakten kommen kann, scheint dies zu Verschleißproblemen zu führen, wenn die Klingen regelmäßig an den Dichtungen reiben.
Warum erzeugt ein Strahltriebwerk bei voller Leistung ein metallisches Heulen? [Duplikat]
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v