Numerische Sensitivitätsanalyse zur Schallentstehung und -reduktion im vorderen Kerntriebwerk
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im durchgeführten Vorhaben hat sich gezeigt, dass ursprünglich vorgesehene Methoden zur Zielerreichung nicht anwendbar waren. Es konnten allerdings alternative Ansätze zur Erreichung der Zielsetzungen erarbeitet werden. Die Simulation des tonalen Verdichterschalls erfolgte mit einem Frequenzbereichsverfahren, mit dem alle generierten akustischen Umfangsmoden abgebildet werden können. Auf Basis analytischer Betrachtungen konnten die Anforderungen an das numerische Gitter abgeleitet werden. Mit dem erstellten numerischen Modell wurden die Rotor-Stator Interaktionsmoden benachbarter Schaufelreihen simuliert und zum Verdichtereinlass propagiert. Eine Umfangsmodenzerlegung am Verdichtereinlass hat gezeigt, dass das Vorleitgitter, die erste Stufe und der zweite Rotor des Verdichters wesentlich zum Gesamtschallfeld beitragen. Die stromab liegenden Stufen leisten nur einen geringen Beitrag zum Gesamtschallpegel. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse an einer zweidimensionalen Gondel mit Hilfe von CAA-Simulationen konnte der Einfluss verschiedener Strömungsparameter auf die Schallabstrahlung gezeigt werden. Hohe Mach-Zahlen der Anströmung führen zu einer Abstrahlung höherer Frequenzen aus der Gondel. Im Falle einer Anströmung mit Inzidenz werden die charakteristischen Schallkeulen verschoben. Eine Schräganströmung analog zur Startphase eines Flugzeuges verschiebt die Schallkeulen nach oben, weg vom Beobachter am Boden. Eine Schräganströmung analog zur Landephase bewirkt Gegenteiliges. Der Einfluss verschiedener dreidimensionaler Gondelgeometrien auf die Schallabstrahlung wurde anhand einer Studie der durch CFD simulierten Strömungsfelder abgeschätzt. Eine an der unteren Gondellippe abgeflachte Gondel bietet akustische Vorteile. Durch einen geringeren Geschwindigkeitsgradienten zwischen unterer Gondellippe und Nabenkörper wird der Schall durch Refraktion vermehrt Richtung Mittelachse der Gondel abgestrahlt. Eine weitere effektive Maßnahme zur Schallminderung bietet das „negatively scarfed inlet“. Eine Verlängerung der unteren Gondellippe bietet vorteilhafte refraktorische Effekte und zudem eine vergrößerte Reflexionsfläche für eintreffende Schallwellen, die nach oben, weg vom Beobachter am Boden, reflektiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2013): Sensitivity Study of the Sound Radiation of Aircraft Engine Compressors According to Different Inlet Conditions, AIA - DAGA 2013 Conference on Acoustics, 18-21 March, 2013, Merano, Italy
Witthaus, S.; Bartelt, M.; Seume, J.R.
- (2014): Boundary Condition for the Implementation of Arbitrary Acoustical Modes, inter.noise 2014, 43rd International Congress on Noise Control Engineering, 16-19 November 2014, Melbourne, Australia
Witthaus, S.; Seume, J.R.
