Laseroptische Schallschnellemessungen an überströmten Bias-Flow-Linern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske; Professor Dr. Lars Enghardt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Akustik ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 196686122

Für den stabilen und lärmarmen Betrieb moderner Triebwerke, insbesondere mit Magerverbrennung, ist eine hohe Effizienz durchströmter Schalldämpfer (Bias-Flow-Liner) erforderlich, da in der Brennkammer eines solchen Triebwerks zum einen häufiger akustisch induzierte Verbrennungsschwingungen auftreten und zum anderen weniger Luftmassenstrom zur Dämpfung zur Verfügung steht. Die Optimierung der Dämpfungseffizienz dieser Bias-Flow-Liner erfordert jedoch ein tiefergehendes Verständnis der physikalischen Dämpfungsmechanismen. Das Dämpfungsverhalten solcher Liner wird von komplexen Interaktionsphänomenen zwischen dem einfallenden Schallfeld und dem Strömungsfeld bestimmt. Das Ziel des Forschungsprojektes ist es daher, diese aeroakustischen Interaktionsphänomene am Bias-Flow-Liner besser zu verstehen. Hierfür soll die Bilanzierung des Energietransfers vom Schallfeld zum Strömungsfeld anhand experimentell bestimmter Geschwindigkeitsdaten erfolgen. Dies erfordert einerseits die Messung des dreidimensionalen Schallschnelle- und Strömungsgeschwindigkeitsfeldes mittels laseroptischer Verfahren. Zu diesem Zweck soll die Doppler-Global-Velozimetrie mit Frequenzmodulation (FM-DGV) eingesetzt werden, welche sich bereits in der ersten Förderperiode als geeignet herausgestellt hat. Jedoch muss das verwendete FM-DGV-System in der zweiten Förderperiode zunächst für die volumetrische Messung erweitert werden. Dabei soll zwecks Effizienzsteigerung eine Hochgeschwindigkeitskamera als Alternative zum bisherigen Detektorarray eingesetzt und die Datenverarbeitung mittels Parallelisierung beschleunigt werden. Andererseits besteht die Herausforderung bei der Auswertung der über dem Bias-Flow-Liner gemessenen Geschwindigkeits-Felder in der Separation der durch die Schallanregung induzierten, hydrodynamischen Fluktuationen von dem primären Schall- und Strömungsfeld. Dafür sollen verschiedene geeignete Analyse- und Separationsverfahren getestet und angewendet werden (u. a. Helmholtz-Hodge Zerlegung, spektrale Analyse und Wellenzahl-Filterung). Dabei ist das Ziel anhand der energetischen Anteile der separierten Felder den Energietransfer vom akustischen zum strömungsmechanischen Feld zu bestimmen. Dieser Transfer soll durch eine Gegenüberstellung mit der mithilfe von Mikrofonmessungen ermittelten Schallenergiedissipation des Liners überprüft werden. Im letzten Schritt dieser zweiten Förderperiode erfolgt die Anwendung der qualifizierten Messtechnik und Analyse-Methodik zunächst an einem vereinfachten Bias-Flow-Liner am eigens entwickelten aeroakustischen Kanal DUCT-R (duct acoustic test rig - rectangular cross section). Aus den gemessenen Geschwindigkeitsdaten kann dann eine Bilanzierung des Energietransfers vom Schallfelld zum Strömungfeld erfolgen, um neue Erkenntnisse zu den physikalischen Dämpfungsmechanismen am Bias-Flow-Liner zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Friedrich Bake; Professor Dr.-Ing. Andreas Fischer