Numerische Untersuchung aeroakustischer Schallgenerierung durch Wellenpakete im turbulenten Freistrahl

• Antragsteller: Dr.-Ing. Oliver Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261668027

Die Verminderung von Triebwerkslärm ist eine der Schlüsselaufgaben der modernen Luftfahrt. Während der Startphase ziviler Flugzeuge ist die von den Triebwerken zur Generierung von Vorschub verursachte turbulente Freistrahlströmung die dominante Lärmquelle. Sowohl experimentell wie auch numerisch wurde nachgewiesen, dass die relevanten akustischen Emissionen von langwelligen, kohärenten Strukturen im akustischen Nahfeld herrühren. Bisher ungeklärt sind die physikalischen Mechanismen, welche zur Generierung dieser Strukturen beziehungsweise Wellenpakete führen. Für die Entwicklung effizienter Lärmvermeidungsstrategien ist eine genaue Kenntnis über die strömungsphysikalischen Vorgänge jedoch unabdingbar.An diesem Punkt setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Die Entstehung und das zeitlich-räumliche Verhalten langskaliger Wellenpakete sollen in einem technisch relevanten Reynolds- und Machzahlbereich ergründet werden. Zu diesem Zweck wird der turbulente Freistrahl durch Grobstruktursimulationen berechnet. Die benötigte turbulente Einstromrandbedingung basiert auf der Superposition von lokalen linearen Stabilitätsmoden. Aus den gewonnenen transienten Daten werden die kohärenten Strukturen mittels spektraler Analysemethoden und hauptachsenzerlegungsbasierten Verfahren extrahiert. Die Strömungs- und Geometrieparameter der numerischen Konfiguration entsprechen dabei denen bereits veröffentlichter experimenteller Daten, welche vom gastgebenden Institut bereit gestellt werden und gleichzeitig zur Validierung des Verfahrens dienen. Die zu untersuchenden Wellenpakete sind ein inhärentes Phänomen der turbulenten Freistrahlströmung. Um ihren Entstehungsprozess dennoch nachzuvollziehen werden zwei neuartige Ansätze verfolgt, um zum einen natürliche und zum anderen kontrolliert angeregte Störwellen zu extrahieren.In beiden Fällen, ohne und mit kontrollierter Störanregung, werden kohärente Strukturen aus der Differenz zwischen einer Referenz und einer gestörten Rechnung extrahiert und auf ihre Relevanz bezüglich der Schallgenerierung hin untersucht. Ziel der Untersuchungen ist es, ein strömungsphysikalisches Verständnis für die zugrundeliegenden Prozesse der aeroakustischen Schallgenerierung zu schaffen, welches für die Reduzierung von Lärmemissionen turbulenter Freistrahlen genutzt werden kann. Beispielsweise zur effizienten Realisierung aktiver oder passiver Kontrollmaßnahmen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Tim Colonius, Ph.D.