Numerische Optimierung von porösen Oberflächen zur Reduktion von Hinterkantenlärm

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolas R. Gauger; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209951091

Flugzeugzellenlärm bestimmt während des Landeanflugs einen wesentlichen Anteil des gesamten Schallfeldes. Da der Hinterkantenlärm wiederum einen maßgeblichen Teil des Zellenlärms darstellt, ist eine Reduktion dieser Lärmquelle erforderlich, um die für die Bevölkerung belastende Lärmemission in der Nähe von Flughäfen zu verringern. In diesem Vorhaben wird hinsichtlich der Verringerung des Hinterkantenlärms eine passive Lärmreduktionstechnologie verfolgt, d.h. generische Hinterkanten mit poröser Oberfläche werden anhand eines hybriden Grobstruktursimulation/Numerische Aeroakustik (LES/CAA) Verfahrens untersucht. In der ersten Förderphase ist der Einfluss poröser Materialien auf die Reduktion tonalen Hinterkantenlärms analysiert worden. Die Berechnungen für verschiedene Hinterkantenformen und poröse Strukturen haben gezeigt, dass die Korrelationen turbulenter Wirbelelemente verringert werden und der Gesamtschalldruckpegel um 11dB reduziert wird. Eine weitere Verringerung um 4dB konnte durch eine Optimierung der Porosität basierend auf einer neu entwickelten adjungierten Formulierung des LES/CAA Ansatzes erreicht werden.In der zweiten Förderphase wird die Untersuchung von tonalem Lärm auf die Reduktion von Breitbandlärm ausgedehnt. Die Originalität der Analyse liegt in der spannweitigen Veränderung der Form der porösen Oberfläche, d.h. die Verteilung der porösen Oberfläche besitzt eine Sägezahnform, und in der Variation der Porosität in Strömungs- und Spannweitenrichtung. Basierend auf der Entwicklung eines hybriden Optimierungsmodells werden die Form und die Struktur der porösen Oberfläche optimiert.Darüber hinaus wird der Einfluss des Anstellwinkels auf die Lärmreduktion berücksichtigt und die Auswirkung einer höheren Machzahl auf die geringere Lärmerzeugung an der Hinterkante, d.h. auf die akustischen Störungen und deren Effekt auf die Gesamtaerodynamik, untersucht. Zusammenfassend ist somit das übergeordnete Ziel des Vorhabens die Analyse des Einflusses der Porosität auf Breitbandhinterkantenlärm und dessen Reduktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Matthias Meinke; Dr. Emre Özkaya