Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Ventile zum Steuern des Flusses eines Fluids zwischen einer ersten Umgebung und einer zweiten Umgebung und insbesondere ein Reduzieren eines Geräuschs, welches von dem durch ein derartiges Ventil fließenden Fluid erzeugt wird.

Schieberventile werden häufig verwendet, um den Fluss eines Fluids von einer Umgebung zu einer weiteren zu steuern. Zum Beispiel können Schieberventile den Fluss eines Fluids, wie zum Beispiel Luft, von einem Abschnitt einer Einschließung, wie zum Beispiel einem Rohr, zu einem anderen Abschnitt der Einschließung, oder von einem Innen- oder Außenbereich einer Einschließung, wie zum Beispiel einer mobilen Plattform, zu dem entsprechenden Außen- oder Innenbereich der Einschließung steuern. Wenn die Geschwindigkeit eines Flusses durch das Ventil ansteigt, steigt typischerweise die Menge eines hörbaren Geräuschs, welches von dem Fluid erzeugt wird, welches durch das Ventil und über den Ventilschieber (die Ventilschieber) fließt, an. Wenn zum Beispiel ein Ventil den Fluss von Luft steuert, ist, je schneller die Luft durch das Ventil und über den Ventilschieber (die Ventilschieber) strömt, die Wahrscheinlichkeit von hörbaren Tönen (d.h. einem Geräusch), welche von einer kohärenten Wirbelablösung erzeugt werden, wenn sich die Luft von der Schieberoberfläche (den Schieberoberflächen) trennt, umso größer. Eine Wirbelablösung tritt auf, wenn ein Fluid, welches über eine Fläche verläuft, sich von der Fläche aufgrund irgendeiner Inkongruenz, zum Beispiel einer Erhebung oder einem Vorsprung auf der Fläche, trennt. Wenn sich das Fluid von der Fläche trennt, wird das Fluid durcheinander gebracht. Wenn dieses Durcheinanderbringen bei einer konstanten Geschwindigkeit, d.h. Frequenz, auftritt, tritt eine kohärente Wirbelablösung auf und Töne werden erzeugt.

Ein spezielleres Beispiel wäre die Verwendung von Schieberventilen in mobilen Plattformen. Mobile Plattformen, wie zum Beispiel Flugzeuge, Busse, Schiffe oder Züge, steuern häufig derartige Sachen wie einen Insassenabteilluftdruck, eine Klimaanlage/Luftqualität und einen Luftumlauf, indem der Strom von Luft von einer Innenseite des Insassenabteils zu der Umgebung außerhalb des Insassenabteils unter Verwendung eines Schieberventils gesteuert wird. Bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten wird die Luft, welche durch das Ventil und über den Schieber (die Schieber) verläuft, Töne erzeugen, welche von der Luft, die durch die Ventilöffnung und über oder entlang der Oberflächen des Schiebers verläuft, hervorgerufen werden.

Das von einem Fluid erzeugte Geräusch, während das Fluid durch ein Schieberventil verläuft, kann eine Störung für Leute innerhalb eines Hörabstands sein und sehr irritierend über ausgedehnte Zeiträume werden.

Die US-2001/0014582 A1 offenbart eine Abdichtung einer Öffnung für einen Übergang eines Luftdurchgangs, durch welchen die Luft strömt, wie zum Beispiel eine Öffnung für einen Übergang über den Luftdurchgang einer Klimaanlage für Fahrzeuge.

Die EP-A-0548761 offenbart eine Drosselvorrichtung zum Einstellen eines volumentrischen Gasstroms, insbesondere eines volumentrischen Luftstroms, mit einem Strömungsbegrenzer, welcher eine Stabanordnung aufweist, welche einen Druckverlustkoeffizienten aufweist, der fest ist und somit unabhängig von dem volumetrischen Luftstrom, wobei die Stabanordnung in einer vorbestimmten einstellbaren Position von einem Halteelement gehalten wird, um den Druckverlustkoeffizienten einzustellen. Die Stäbe der Stabanordnung sind durch Borsten ausgebildet, welche den Strom innerhalb der Leitung behindern, um eine Druckverringerung in dem Strom hervorzurufen, um ein Geräusch zu verringern.

GB-1207194 betrifft Düsentriebwerke mit Mitteln zum Verringern des Geräuschpegels. Ein Düsentriebwerk, welches für das Unterdrücken von Strahlgeräuschen eingerichtet ist, umfasst ein Gehäuse oder eine Gondel, welche eine Leitung für einen Abgasstrahl umgibt, Klappen, welche angeordnet sind, um einen konvergierenden Abschnitt benachbart zu dem Ende der Leitung auszubilden, Einblasöffnungen, welche schwenkbar an dem Ende des Gehäuses oder der Gondel angebracht sind, um sich nach innen zu bewegen, einen ringförmigen Körper, welcher hinter dem Gehäuse oder der Gondel angeordnet ist, wobei die Innenfläche des Körpers einen Einlassdurchgang mit jeder Einblasöffnung ausbildet, und Turbulenz hervorrufende Mittel, um eine Scherschicht zu erzeugen, welche den sich ausdehnenden Abgasstrom umgibt. Die Turbulenzbereiche verringern ein Geräusch während eines Starts.

Die US-6116541 offenbart ein Flugzeugkabinenausströmventil, welches eine hintere Öffnung aufweist, welche verändert wird, um eine Geschwindigkeit von Kabinenluft, welche an der hinteren Öffnung vorbei und aus dem Ausströmventil strömt, zu stören oder zu erhöhen, wodurch ein Geräusch gedämpft wird. Die Druckschrift offenbart eine Flugzeugkabine, ein Ausströmventil, welches in einer Öffnung angeordnet ist, die ausgestaltet ist, um den Strom von Luft zwischen der Flugzeugkabine innerhalb des Flugzeugs und einer Umgebung außerhalb des Flugzeugs zu steuern, wobei das Ventil einen ersten und einen zweiten Schieber umfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Flugzeug bereitgestellt, wobei das Flugzeug umfasst:

• – einen Körper, welcher eine äußere Hülle mit einer Öffnung dadurch aufweist;
• – ein Abteil innerhalb der Außenhülle; und
• – ein in der Öffnung angeordnetes Ventil, welches ausgestaltet ist, den Fluss von Luft zwischen der Flugzeugkabine innerhalb des Flugzeugs und einer Umgebung außerhalb des Flugzeugs zu steuern, wobei das Ventil umfasst:
• – einen ersten Schieber und einen zweiten Schieber, welche jeweils eine Fläche aufweisen;
• – wobei der erste Schieber einen ersten rauen Strukturabschnitt, welcher an einer vorderen Kante des ersten Schiebers angeordnet ist, und einen zweiten rauen Strukturabschnitt, welcher an einer Vorderseite des ersten Schiebers angeordnet ist, umfasst, und wobei der zweite Schieber einen dritten rauen Strukturabschnitt, welcher an einer Rückseite des zweiten Schiebers angeordnet ist, umfasst, wobei die rauen Strukturabschnitte eine kohärente Wirbelablösung der Luft verringern, wenn die Luft durch das Ventil verläuft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern des Flusses eines Fluids zwischen einer ersten Umgebung zu einer zweiten Umgebung bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines Ventils, welches in einem Teiler installiert ist, der die erste Umgebung und die zweite Umgebung trennt, auf. Das Ventil weist mindestens einen Schieber auf, welcher den Fluss des Fluids zwischen der ersten und der zweiten Umgebung steuert. Der Schieber weist eine Oberfläche auf, wobei zumindest ein Abschnitt der Oberfläche eine raue Struktur zum Verringern einer kohärenten Wirbelablösung des Fluids aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen klarer werden, wobei.

1 eine schematische Vorderansicht eines Ventils zum Steuern der Strömung eines Fluids zwischen einer ersten Umgebung und einer zweiten Umgebung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

2 eine schematische Draufsicht des in 1 gezeigten Ventils ist;

3 eine schematische Vorderansicht eines in 2 gezeigten Ventils gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Steuern der Strömung eines Fluids zwischen der ersten und zweiten Umgebung ist;

4 eine schematische Draufsicht des in 3 gezeigten Ventils ist;

5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des in 4 gezeigten Ventils ist, wobei ein erster Schieber zwei raue Strukturabschnitte aufweist und ein zweiter Schieber einen Strukturabschnitt aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist auf beliebige Verhältnisse anwendbar, in welchen ein Ventil verwendet wird, um die Strömung eines Fluids zwischen einer ersten Umgebung oder einem ersten Ort und einer zweiten Umgebung oder einem zweiten Ort zu steuern. Zum Beispiel ist die Erfindung auf eine mobile Plattform anwendbar, welche ein Ventil verwendet, um die Strömung von Luft zwischen einer inneren Umgebung der mobilen Plattform und einer äußeren Umgebung der mobilen Plattform zu steuern. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung hier ein eine mobile Plattform referenzieren werden, wird für einen Fachmann leicht verständlich sein, dass der Umfang der Erfindung nicht derartig beschränkt sein soll.

1 bzw. 2 sind eine schematische Darstellung einer Vorderansicht und einer Draufsicht eines Ventils 10 zum Steuern der Strömung eines Fluids, zum Beispiel Luft, zwischen einer ersten Umgebung E1 und einer zweiten Umgebung E2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ventil 10 weist einen Rahmen 14 auf, welcher ausgestaltet ist, um in einen Umfang einer Öffnung 18 in einem Teiler 22 zu passen. Der Rahmen 14 ist mit dem Teiler 22 unter Verwendung eines Befestigungsmittels 26, wie zum Beispiel Schweißen oder mehrere Nieten, Muttern und Bolzen, Schrauben und Heftschweißungen, gekoppelt. Mindestens ein Schieber 30 ist gelenkig mit dem Rahmen 14 über mindestens ein Gelenk 34 derart gekoppelt, dass der Schieber 30 beweglich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position innerhalb des Rahmens 14 ist. In der geschlossenen Position weist der Schieber 30 näherungsweise einen Null-Grad-Winkel (0°) mit dem Teiler 22 auf. In der offenen Position kann der Schieber 30 einen beliebigen Winkel größer als null Grad (0°) und kleiner als einhundertachzig Grad (180°) basierend auf einer gewünschten Fluidmengenströmung durch die Öffnung 18 aufweisen. Zum Beispiel wird der Öffnungswinkel des Schiebers 30 umso größer sein, je größer die gewünschte Mengenströmung durch die Öffnung 18 ist, während für kleinere gewünschte Mengenströmungen der Schieber 30 mit kleineren Winkeln geöffnet sein wird. Der Öffnungswinkel des Schiebers 30 basiert ferner auf der Größe des Ventils 10. Das Ventil 10 kann von einer beliebigen Größe sein, welche für eine spezielle Anwendung geeignet ist. Zum Beispiel wird in Anwendungen, wo große Fluidmengenströmungen gewünscht sind, das Ventil 10 größer als in Anwendungen, wo kleinere Fluidmengenströmungen gewünscht sind, sein.

Eine (nicht gezeigte) Steuerung, welche mit einem Aktuator 36 gekoppelt ist, bewegt den Schieber 30 innerhalb des Rahmens 14. Ventil 10 steuert die Strömung des Fluids zwischen Umgebungen E1 und E2 derart, dass die Richtung einer Fluidströmung in beiden Richtungen sein kann. Das heißt, das Fluid kann von E1 durch das Ventil 10 nach E2 strömen oder das Fluid kann von E2 durch das Ventil 10 nach E1 strömen.

Der Schieber 10 weist eine vordere Kante 38, eine hintere Kante 42, eine vordere Seite 46, eine hintere Seite 50, eine obere Kante 54 und eine untere Kante 58 auf. Zusätzlich weist der Schieber 30 eine allgemeine Fläche, welche in 1 und 2 im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 'S' bezeichnet wird, auf. Fläche S weist zusammenfassend die Flächen der vorderen Kante 38, der hinteren Kante 42, der vorderen Seite 46, der hinteren Seite 50, der oberen Kante 54 und der unteren Kante 58 auf. Schieber 30 weist ein im Wesentlichen aerodynamisch sauberes Profil auf, so dass die Fläche S glatt und im Wesentlichen frei von Vorsprüngen ist, welche die Strömung eines Fluids über die Fläche S des Schiebers 30 und/oder durch das Ventil 10 behindern würden. Deshalb wird einem Fluid, welches über den Schieber 30 verläuft, ermöglicht, im Allgemeinen an der Fläche S anzuhaften, wenn das Fluid über den Schieber 30 strömt, wodurch das Auftreten einer kohärenten Wirbelablösung, was ein hörbares Geräusch erzeugt, welches hierin auch als Töne bezeichnet wird, verringert wird. Anders ausgedrückt ermöglicht die aerodynamisch saubere Fläche S, dass eine laminare Strömung auftritt, wenn das Fluid über die Fläche S strömt, wenn der Schieber 30 in kleinen Öffnungswinkeln, zum Beispiel 0° bis 6°, angeordnet ist. Für größere Öffnungswinkel des Schiebers 30, zum Beispiel 7° bis 90°, kann jedoch eine kohärente Wirbelablösung dennoch auftreten und lästige Töne hervorrufen. Um ein Geräusch zu reduzieren, welches durch die kohärente Wirbelablösung hervorgerufen wird, vorzugsweise das Geräusch im Wesentlichen zu eliminieren, wird eine Geräuschbehandlung in kritischen Bereichen des Schiebers 30 angewendet. Die Geräuschbehandlung wird nachfolgend im Detail beschrieben.

In einer Ausführungsform ist die vordere Kante 38 abgerundet, wodurch zu dem aerodynamisch sauberen Profil des Schiebers 30 beigetragen wird und Töne, welche durch kohärente Wirbelablösung erzeugt werden, verringert werden. Die abgerundete Kontur der vorderen Kante 38 ermöglicht, dass das Fluid um die vordere Kante 38 mit einer geringen oder im Wesentlichen keiner Trennung von der Fläche S derart verläuft, dass eine kohärente Wirbelablösung nicht auftritt, wodurch hörbare Töne erzeugt werden würden. Die abgerundete Form der vorderen Kante 38 verbessert das Anhaften des Fluids an der vorderen Kante 38 für näherungsweise alle Winkelöffnungen des Schiebers 30 und für näherungsweise alle Fluidströmungsgeschwindigkeiten. Die abgerundete vordere Kante 38 ist besonders wirksam beim Verringern einer Geräuscherzeugung bei kleinen Winkelöffnungen, zum Beispiel 0° bis 6°.

In einer weiteren Ausführungsform weist die vordere Seite 46 eine etwas konvexe Kontur auf, wodurch zu dem aerodynamisch sauberen Profil des Schiebers 30 beigetragen wird und das Auftreten einer kohärenten Wirbelablösung verringert wird.

Eine weitere Quelle eines Geräusches, welche üblicherweise bei Ventilen, wie zum Beispiel Ventil 10, auftreten kann, sind Töne, welche erzeugt werden, wenn ein Fluid, welches über eine Fläche strömt, mit einer Erhebung oder einer Kante, wo sich die Höhe der Fläche ändert, zusammenstößt. Zum Beispiel können Kantentöne von einer Strömung eines auf Umgebung E2 abgegrenzten Fluids, welches entlang einer Außenfläche 62 des Rahmens 14, über eine Öffnung 18, entlang einer Fläche S strömt und mit der Kante des Rahmens 14 an der gegenüberliegenden Seite der Öffnung 18 zusammenstößt, erzeugt werden. In einer Ausführungsform ist, um das Auftreten eines derartigen Kantentons zu verringern, ein hinterer Abschnitt der vorderen Seite 46, das heißt der Abschnitt der vorderen Seite 46, welcher die vordere Kante 42 verbindet, ausgestaltet, eine im Wesentlichen bündige Positionsbeziehung mit einer Außenfläche 64 des Rahmens 14 aufzuweisen. Der hintere Abschnitt der vorderen Seite 46 ist ausgestaltet, eine im Wesentlichen bündige Positionsbeziehung mit einer Außenfläche 64 für alle Winkelöffnungen des Schiebers 30 aufzuweisen, insbesondere wenn der Schieber 30 innerhalb eines Hauptbetriebsbereiches, zum Beispiel zwischen 10° und 20°, angeordnet ist. Die bündige Positionsbeziehung verringert einen Unterschied der Flächenhöhen zwischen dem hinteren Abschnitt der vorderen Seite 46 und der Rahmenaußenfläche 64, wodurch Kantentöne erzeugt werden würden, wenn eine Strömung eines Fluids über die Öffnung 18, über die vorderen Seite 46 des Schiebers 30 strömt und mit dem Rahmen 14 zusammenstößt.

Eine weitere Quelle eines Geräuschs, welches üblicherweise bei Ventilen, wie zum Beispiel Ventil 10, auftreten kann, sind Lecktöne, welche erzeugt werden, wenn ein Fluid durch einen Zwischenraum zwischen Teilen eines Ventils, wie zum Beispiel Ventil 10, strömt. Um im Wesentlichen eine Gefahr von Lecktönen, welche durch ein Fluid auftreten, das zwischen einem Teiler 22 und einem Rahmen 14 strömt, zu verringern, weist in einer Ausführungsform das Ventil 10 eine Dichtung 66 auf, welche zwischen dem Teiler 22 und dem Rahmen 14 angeordnet ist. Die Dichtung 66 dichtet beliebige Öffnungen, welche zwischen dem Teiler 22 und dem Rahmen 14 aufgrund von Abweichungen der Kontur des Teilers 22 bestehen können, ab. Durch Abdichten aller Öffnungen verringert Dichtung 66 im Wesentlichen ein Auftreten von beliebigen Leckgeräuschen. Vorzugsweise ist die Dichtung 66 ausgestaltet, um zu der Kontur des Rahmens 14 zu passen, wodurch ein übereinstimmender Sitz des Ventils 10 in dem Teiler 22 ermöglicht wird. Der übereinstimmende Sitz des Ventils 10 in dem Teiler 22 verringert die Möglichkeit, dass Kantentöne auftreten, wenn eine Strömung eines auf E2 begrenzten Fluids über die Außenfläche 64 des Teilers 22 strömt.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform, um ein Geräusch weiter zu verringern, welches durch kohärente Wirbelablösung des Fluids erzeugt wird, wenn das Fluid über einen Schieber 30 verläuft, weist mindestens einen Abschnitt 70 der Fläche S des Schiebers 30 eine raue Struktur auf. Genauer gesagt ist mindestens ein Abschnitt einer Fläche S ausgestaltet, einen rauen Strukturabschnitt aufzuweisen, welcher hierin als rauer Strukturabschnitt 70 bezeichnet wird. Der mindestens eine Abschnitt weist eine spezielle Stelle an einer Fläche S auf, welche als eine Stelle bestimmt ist, wo eine kohärente Wirbelablösung auftritt. Der raue Strukturabschnitt 70 verringert wirksam bzw. vermeidet vorzugsweise im Wesentlichen ein Geräusch, welches von einer kohärenten Wirbelablösung erzeugt wird, für näherungsweise alle Öffnungswinkel des Schiebers 30 und alle Fluidmengenströmungsgeschwindigkeiten durch eine Öffnung 18. Die raue Struktur 70 wird zum Beispiel wirksam eine kohärente Wirbelablösung bei kleinen Öffnungswinkeln des Schiebers 30 und hohen Mengenströmungsgeschwindigkeiten verringern, wo Ventile, wie zum Beispiel Ventil 10, besonders anfällig für ein Auftreten von einer kohärenten Wirbelablösung sind.

Ein rauer Strukturabschnitt 70 kann bereitgestellt werden, indem ein Material oder eine Substanz mit einer rauen Struktur mit der Fläche S gekoppelt oder verbunden wird oder indem der raue Strukturabschnitt 70 mit der Fläche S entweder während oder nachfolgend zu der Herstellung des Schiebers 30 integriert ausgebildet wird. Der raue Strukturabschnitt 70 kann zum Beispiel ein Antirutschband sein, welches an der Fläche S anhaftet oder eine körnige Substanz, welche auf die Fläche S gesprüht wird. Der raue Strukturabschnitt 70 weist zusätzlich zu einer speziellen Stelle eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit auf.

Der raue Strukturabschnitt 70 verringert Töne, welche durch eine kohärente Wirbelablösung erzeugt werden, indem die Wirbelablösung derart aufgelöst wird, dass, wenn das Fluid sich von der Fläche S trennt und zu wirbeln beginnt, das wirbelnde Fluid keine konstante Wirbelfrequenz einrichten wird. Durch Auflösen der Wirbelablösung ordnet der raue Strukturabschnitt 70 jegliche kohärente Wirbelablösung zufällig an, wodurch die Erzeugung eines Geräuschs und von Tönen im Wesentlichen verringert wird. Somit bringt der raue Strukturabschnitt 70 wirksam die Töne außer Einklang, indem er verhindert, dass die Wirbelablösung eine konstante Frequenz einrichtet.

Um die Stelle des rauen Strukturabschnitts 70 zu bestimmen, muss ein Testen an dem Ventil 10 durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein rechnerischer Strömungsdynamiktest (Computational Fluid Dynamics, CFD) durchgeführt werden, um mindestens eine spezielle Stelle an der Fläche S zu bestimmen, wo eine Wirbelablösung auftreten wird. Wenn ein derartiger Test bestimmt, dass eine Wirbelablösung an mehr als einer Stelle an der Schieberfläche S auftreten wird, dann wird die Fläche S an jeder Stelle einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen. Daher kann die Fläche S mehrere raue Strukturabschnitte 70 aufweisen, wobei ein rauer Strukturabschnitt 70 an jeder der Stellen angeordnet ist, an welcher festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.

Die Größe, Form und Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 70, welche eine kohärente Wirbelablösung an jeder speziellen Stelle am wirksamsten verringert, wird auch durch Testen, zum Beispiel CFD-Testen, vorbestimmt. Die Größe eines rauen Strukturabschnitts 70 betrifft die Menge eines Flächenbereichs der Fläche S, über welche festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird. Ebenso betrifft die Form des rauen Strukturabschnitts 70 die Form des Flächenbereichs der Fläche S, über welche festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Größe (Größen) und die Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S, über welche ein Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, nur als minimale Abmessungen verwendet, um die Form und Größe des rauen Strukturabschnitts 70 zu definieren. Zum Beispiel kann festgestellt worden sein, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm² (0,310 in²) Bereich der Fläche S an einer vorderen Seite 46, welche im Allgemeinen eine ovale Form aufweist, auftreten wird. Obwohl nur ein ovaler Bereich von 2 cm² bestimmt wurde, welcher eine Wirbelablösung bewirkt, kann der Einfachheit halber und/oder der Effizienz halber die Fläche S einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen, welcher einen 3 cm² (0,465 in²) im Wesentlichen rechteckigen Bereich aufweist, welcher den ovalen 2 cm² Bereich abdeckt und sich darüber erstreckt. Obwohl ein Testen festgestellt haben kann, dass eine Wirbelablösung über einen kleinen Abschnitt der Fläche S an der vorderen Kante des Schiebers 30 auftreten wird, kann die Fläche S als ein weiteres Beispiel einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen, welcher die gesamte vordere Kante 38 und einen Abschnitt von sowohl einer vorderen Seite als auch der hinteren Seite 46 und 50 abdeckt.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Größe (Größen) und Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S, über welche ein Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, als im Wesentlichen genaue Abmessungen verwendet werden, welche die Form und Größe des rauen Strukturabschnitts 70 definieren. Wenn zum Beispiel ein Testen feststellt, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm² (0,310 in²) Bereich der Fläche S an einer Vorderseite 46, welche eine im Wesentlichen ovale Form aufweist, auftreten wird, wird die Vorderseite 46 einen rauen Strukturabschnitt 70 aufweisen, welcher im Wesentlichen 2 cm² (0,310 in²) abdeckt und eine im Wesentlichen ovale Form aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Fläche S einen rauen Strukturabschnitt 70 derart auf, dass im Wesentlichen alles der Fläche S eine raue Struktur aufweist.

Die Beschaffenheit einer Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 70 wird auch aus Testergebnissen vorbestimmt. Das heißt, der raue Strukturabschnitt 70 weist eine vorbestimmte Rauigkeit derart auf, dass die Struktur eine „Körnigkeit", „Unebenheit" und/oder „Rauigkeit" aufweist, welche eine kohärente Wirbelablösung auf ein gewünschtes Niveau verringern wird. Vorzugsweise verhindert die vorbestimmte Rauigkeit im Wesentlichen eine kohärente Wirbelablösung. Zum Beispiel bestimmen ein Windkanaltesten im Labor oder ein Feldtest von verschiedenen Beschaffenheiten einer Rauigkeit die Körnigkeit des rauen Strukturabschnitts 70, um eine kohärente Wirbelablösung für einen vorgegebenen Schieber 30 eines Ventils 10 im Wesentlichen zu verringern.

In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Ventil 10 ein Ausströmventil zum Steuern eines Luftdrucks innerhalb einer Passagierkabine einer mobilen Plattform sein. In dieser exemplarischen Ausführungsform würde das Ventil 10 in einer Öffnung in einer Außenhülle eines Rumpfes oder einer Karosserie der mobilen Plattform sein und würde die Strömung von Luft von innerhalb der mobilen Plattform zu einer umgebenden Umgebung außerhalb der mobilen Plattform steuern.

3 bzw. 4 sind schematische Darstellungen einer Vorderansicht und einer Draufsicht eines Doppelschieberventils 100 zum Steuern der Strömung eines Fluids, zum Beispiel Luft, zwischen einer ersten Umgebung E101 und einer zweiten Umgebung E102, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 100 weist einen Rahmen 114 auf, welcher ausgestaltet ist, um in den Umfang einer Öffnung 118 in einem Teiler 122 zu passen. Der Rahmen 114 ist mit dem Teiler 122 unter Verwendung von Befestigungsmitteln 126 gekoppelt. Das Ventil 100 weist einen ersten Schieber 130, welcher im Wesentlichen identisch zu Schieber 30 ist, welcher zuvor unter Bezugnahme auf 1 und 2 gezeigt und beschrieben wurde, auf. Der Dienlichkeit und Einfachheit halber sind die Bezugszeichen, welche verwendet werden, um den ersten Schieber 130 zu beschreiben, die um 100 erhöhten Bezugszeichen, welche verwendet wurden, um Schieber 30 zu beschreiben. Somit weist der erste Schieber 130 ein Gelenk 134, einen Aktuator 136, eine vordere Kante 138, eine hintere Kante 142, eine vordere Seite 146, eine hintere Seite 150, eine obere Kante 154 und eine untere Kante 158 auf. Zusätzlich weist der Schieber 130 eine allgemeine Fläche S101 auf, welche zusammenfassend die Flächen der vorderen Kante 138, der hinteren Kante 142, der vorderen Seite 146, der hinteren Seite 150, der oberen Kante 154 und der unteren Kante 158 aufweist.

Ferner weist der erste Schieber 130 mehrere bevorzugte Ausführungsformen auf, wobei die Beschreibung der Merkmale und Funktionen in jeder Ausführungsform von Schieber 30 zuvor anwendbar ist, um die Merkmale und Funktionen einer Ausführungsform des ersten Schiebers 130 zu beschreiben. Ferner zeigt 4 noch, dass in einer bevorzugten Ausführungsform der erste Schieber 130 mindestens einen rauen Strukturabschnitt 170 aufweist, welcher im Wesentlichen identisch in der Struktur und Funktion zu dem mindestens einen rauen Strukturabschnitt 70 ist, welcher in einer bevorzugten Ausführungsform des Schiebers 30 beinhaltet ist. Ferner weist Ventil 100 in einer bevorzugten Ausführungsform noch eine Dichtung 166 auf, welche im Wesentlichen identisch in Struktur und Funktion zu Dichtung 66 ist, welche zuvor unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurde.

Zusätzlich zu dem ersten Schieber 130 weist das Ventil 100 einen zweiten Schieber 174 auf, welcher gelenkig mit dem Rahmen 114 über mindestens ein Gelenk 178 derart gekoppelt ist, dass der Schieber 174 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position innerhalb des Rahmens 114 beweglich ist. In der geschlossenen Position hat der Schieber 174 näherungsweise einen einhundertachtzig Grad (180°) Öffnungswinkel mit dem Teiler 122, wobei das Gelenk 178 als ein Referenznullpunkt verwendet wird. In der offenen Position kann der Schieber 174, basierend auf einer gewünschten Fluidmengenströmung durch die Öffnung 118, einen Öffnungswinkel von einem beliebigen Wert zwischen einhundertachtzig Grad (180°) und null Grad (0°) ausschließlich einem von einhundertachtzig Grad (180°) aufweisen. Der Öffnungswinkel des Schiebers 174 beruht ferner auf der Größe des Ventils 100. Das Ventil 100 kann von einer beliebigen Größe sein, welche für eine spezielle Anwendung geeignet ist. Zum Beispiel wird bei Anwendungen, wo große Fluidmengenströmungen gewünscht sind, das Ventil 100 größer als bei Anwendungen sein, wo kleinere Fluidmengenströmungen gewünscht sind.

Eine (nicht gezeigte) Steuerung, welche mit einer (nicht gezeigten) Verbindung, die den Aktuator 136 mit einem Aktuator 182 des zweiten Schiebers verbindet, gekoppelt ist, bewegt den ersten Schieber 130 und den zweiten Schieber 174 innerhalb des Rahmens 114. Das Ventil 100 steuert die Strömung eines Fluids zwischen den Umgebungen E101 und E102, so dass die Richtung der Fluidströmung in beiden Richtungen sein kann.

Das heißt, das Fluid kann von E101 durch das Ventil 100 nach E102 strömen oder das Fluid kann von E102 durch das Ventil 100 nach E101 strömen.

Der zweite Schieber 174 weist eine vordere Kante 186, eine hintere Kante 190, eine vordere Seite 194, eine Rückseite 198, eine obere Kante 202 und eine untere Kante 206 auf. Zusätzlich weist der Schieber 174 eine allgemeine Fläche auf, welche im Allgemeinen in 3 und 4 mit dem Bezugszeichen 'S102' bezeichnet wird. Die Fläche S102 weist zusammenfassend die Flächen der vorderen Kante 186, der hinteren Kante 190, der vorderen Seite 194, der Rückseite 198, der oberen Kante 202 und der unteren Kante 206 auf. Der Schieber 174 weist ein im Wesentlichen aerodynamisch sauberes Profil auf, so dass die Fläche S102 glatt und im Wesentlichen frei von Vorsprüngen ist, welche die Strömung eines Fluids über die Fläche S102 des Schiebers 174 und/oder durch das Ventil 100 behindern würden. Deshalb wird einem Fluid, welches über den Schieber 174 verläuft, ermöglicht, im Allgemeinen an der Fläche S102 anzuhaften, während das Fluid über den Schieber 174 strömt, wodurch das Auftreten einer kohärenten Wirbelablösung, die hörbare Töne erzeugt, verringert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Abschnitt 210 der Fläche S102 des Schiebers 174 eine raue Struktur auf. Genauer gesagt ist mindestens ein Abschnitt der Fläche S102 ausgestaltet, einen rauen Strukturabschnitt aufzuweisen, welcher hierin als rauer Strukturabschnitt 210 bezeichnet wird. Der mindestens eine Abschnitt weist eine spezielle Stelle an der Fläche S102 auf, welche als eine Stelle bestimmt wird, wo eine kohärente Wirbelablösung auftritt. Der raue Strukturabschnitt 210 kann durch Koppeln oder Verbinden eines Materials oder einer Substanz mit einer rauen Struktur mit der Oberfläche S102 bereitgestellt werden, oder der raue Strukturabschnitt 210 kann durch integriertes Ausbilden des rauen Strukturabschnitts 210 mit der Fläche S102 entweder während oder nachfolgend zu einer Herstellung des Schiebers 174 bereitgestellt werden. Der raue Strukturabschnitt 210 weist zusätzlich zu einer speziellen Stelle eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit auf.

Der raue Strukturabschnitt 210 verringert Töne, welche durch eine kohärente Wirbelablösung erzeugt werden, indem die Wirbelablösung aufgelöst wird, so dass, wenn sich das Fluid von der Fläche S trennt und zu wirbeln beginnt, das wirbelnde Fluid keine konstante Wirbelfrequenz einrichten wird. Somit bringt der raue Strukturabschnitt 210 wirksam die Töne außer Einklang, indem verhindert wird, dass die Wirbelablösung eine konstante Frequenz einrichtet.

Um die Stelle des rauen Strukturabschnitts 210 zu bestimmen, muss ein Testen an dem Ventil 100 durchgeführt werden. Es kann zum Beispiel ein CFD-Testen durchgeführt werden, um mindestens eine spezielle Stelle an der Fläche S102 zu bestimmen, wo eine Wirbelablösung auftreten wird. Wenn ein derartiges Testen feststellt, dass eine Wirbelablösung an mehr als einer Stelle an der Fläche S102 auftreten wird, dann wird die Fläche S102 an jeder Stelle einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen. Daher kann die Fläche S102 mehrere raue Strukturabschnitte 210 aufweisen, wobei ein rauer Strukturabschnitt 210 an jeder der Stellen an der Fläche S102 angeordnet ist, an welcher festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.

Die Größe, Form und Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 210, welche eine kohärente Wirbelablösung an jeder speziellen Stelle am wirksamsten verringert, wird auch durch Testen, zum Beispiel CFD-Testen, vorbestimmt. Die Größe des rauen Strukturabschnitts 210 betrifft die Menge eines Flächenbereichs der Fläche S102, für welchen festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird. Ebenso betrifft die Form des rauen Strukturabschnitts 210 die Form des Flächenbereichs der Fläche S102, für welchen festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Form (Formen) und die Größe (Größen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S102, über welcher festgestellt wurde, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, nur als minimale Abmessungen verwendet, um die Form und Größe des rauen Strukturabschnitts 210 zu definieren. Zum Beispiel kann festgestellt worden sein, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm² (0,310 in²) Bereich der Fläche S102 an der vorderen Seite 194, welche eine im Allgemeinen ovale Form aufweist, auftreten wird. Obwohl nur ein ovaler Bereich von 2 cm² bestimmt wurde, welcher eine Wirbelablösung bewirkt, kann die Fläche S102 der Einfachheit halber und/oder der Effizienz wegen einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen, welcher einen 3 cm² (0,465 in²) im Wesentlichen rechteckigen Bereich aufweist, welcher den ovalen 2 cm² Bereich bedeckt und sich darüber erstreckt. Obwohl ein Testen bestimmen kann, dass eine Wirbelablösung über einem kleinen Abschnitt der Fläche S102 an der Rückseite 198 des Schiebers 174 auftreten wird, kann als ein weiteres Beispiel die Fläche S102 einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen, welcher einen großen Abschnitt der Rückseite 198, alles der hinteren Kante 186 und einen Abschnitt der vorderen Seite 194 bedeckt.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Größe (Größen) und Form (Formen) des Abschnitts (der Abschnitte) der Fläche S102, über welche ein Testen festgestellt hat, dass eine Wirbelablösung auftreten wird, als im Wesentlichen genaue Abmessungen verwendet, welche die Form und Größe des rauen Strukturabschnitts 210 definieren. Wenn zum Beispiel ein Testen bestimmt, dass eine Wirbelablösung über einen 2 cm² (0,310 in²) Bereich der Fläche S102 an der vorderen Seite 194, welche eine im Allgemeinen ovale Form aufweist, auftreten wird, wird die vordere Seite 194 einen rauen Strukturabschnitt 210 aufweisen, welcher im Wesentlichen 2 cm² (0,310 in²) abdeckt und eine im Wesentlichen ovale Form aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Fläche S102 einen rauen Strukturabschnitt 210 auf, so dass im Wesentlichen die gesamte Fläche S102 eine raue Struktur aufweist.

Die Rauigkeit des rauen Strukturabschnitts 210 wird auch aus Testergebnissen vorbestimmt. Der raue Strukturabschnitt 210 weist eine vorbestimmte Rauigkeit derart auf, dass die Struktur eine „Körnigkeit", „Unebenheit", und/oder „Rauigkeit" aufweist, welche eine kohärente Wirbelablösung auf ein gewünschtes Niveau verringern wird, vorzugsweise eine kohärente Wirbelablösungen im Wesentlichen vermeiden wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wirken die Schiebersteuerung und Verbindung, um den ersten und zweiten Schieber 130 und 174 innerhalb des Rahmens 114 derart zu bewegen, dass ein konstanter oder etwas konvergenter Düsendurchlassabschnitt 214 während der meisten üblichen Betriebsöffnungswinkel des Schiebers 100 beibehalten wird. Genauer gesagt werden während der meisten üblichen Betriebsöffnungswinkel des Schiebers 100, zum Beispiel zwischen 12° und 18°, die Vorderseite 146 des ersten Schiebers 130 und die Rückseite 198 des zweiten Schiebers 174 in einer näherungsweise parallelen oder etwas konvergenten Beziehung gehalten. Etwas konvergent bedeutet, dass die Rückseite 198 dichter an der vorderen Seite 146 an der hinteren Kante 186 des zweiten Schiebers 174 als die vordere Kante 138 des ersten Schiebers 130 ist. Der konstante Düsenöffnungsabschnitt verringert ein Auftreten von Tönen, welche erzeugt werden, wenn das Fluid zwischen der ersten Umgebung E101 und der zweiten Umgebung E102 strömt.

5 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Ventils 100 (welches in 4 gezeigt ist), wobei ein erster Schieber 103 zwei raue Strukturabschnitte 170 aufweist und ein zweiter Schieber 174 einen Strukturabschnitt 210 aufweist. Bei dieser Ausführungsform weist der erste Schieber 130 zwei raue Strukturabschnitte 170 auf, welche strategisch an einer Fläche S301 angeordnet sind und eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit aufweisen, um im Wesentlichen eine kohärente Wirbelablösung eines Fluids, welches über die Fläche S301 des ersten Schiebers 330 strömt, wirksam zu verringern. Zusätzlich weist der zweite Schieber 374 einen rauen Strukturabschnitt 410 auf, welcher strategisch an einer Fläche S302 angeordnet ist und eine spezielle Größe, Form und Rauigkeit aufweist, um eine kohärente Wirbelablösung eines Fluids, welches über die Fläche S302 des zweiten Schiebers 374 strömt, im Wesentlichen wirksam zu verringern.

In Abhängigkeit von den Öffnungswinkeln der Schieber 130 und 174 und von der Fluidmengenströmungsgeschwindigkeit durch die Öffnung 118 kann eine kohärente Wirbelablösung an der vorderen Kante 138 und der vorderen Seite 146 des ersten Schiebers 130 und der Rückseite 198 des zweiten Schiebers 174 auftreten. Um eine kohärente Wirbelablösung an dem Schieber 100 im Wesentlichen zu verringern, werden an den Flächen S101 und S102 in diesen drei Bereichen raue Strukturabschnitte 170 aufgenommen. Ein Anordnen von rauen Strukturabschnitten 170 an diesen drei Stellen wird die Möglichkeit für ein Geräusch, welches von einer kohärenten Wirbelablösung in dem Ventil 100 erzeugt wird, im Wesentlichen unabhängig von den Öffnungswinkeln des ersten und zweiten Schiebers 130 und 174 verringern.

Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann das Ventil 100 ein Ausströmventil zum Steuern eines Luftdrucks innerhalb einer Passagierkabine einer mobilen Plattform sein. Bei dieser exemplarischen Ausführungsform ist der erste Schieber 114 ein hinterer Schieber, der zweite Schieber 174 ein vorderer Schieber, und Ventil 100 in einer Öffnung in einer Außenhaut eines Rumpfes oder einer Karosserie der mobilen Plattform installiert und steuert die Strömung von Luft von innerhalb der mobilen Plattform zu einer umgebenden Umgebung außerhalb der mobilen Plattform. Die Merkmale der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen, welche zuvor beschrieben wurden, verringern im Wesentlichen, dass ein Geräusch, welches in der Passagierkabine hörbar ist, durch Luft, welche aus dem Ausströmventil strömt, und durch Luft, welche über das Ausströmventil aus dem Flugzeug strömt, erzeugt wird.

Obwohl die Erfindung in Begriffen von verschiedenen speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Veränderungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche genutzt werden kann.