Akustische Analyse der Transferparameter von Leading Edge Serrations als Applikation für Niederdruck-Axialventilatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Kameier
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427028547

Schaufelvorderkanten axialer Strömungsmaschinen emittieren unter hochturbulenten Zuströmbedingungen einen signifikant erhöhten Anteil breitbandigen Schalls. Sinusförmige Vorderkanten (Leading Edge Serrations) stellen hier eine wirksame passive Maßnahme sowohl in Punkto Lärmminderung als auch hinsichtlich der Verbesserung spezifischer aerodynamischer Parameter dar. Obwohl letztendlich für die Verwendung an Turbomaschinen, Ventilatoren und Gebläsen gedacht, wurden Leading Edge Serrations bisher hauptsächlich an starr gelagerten NACA65(12)-10 Tragflügelprofilen untersucht. Dieses Projekt zielt nun darauf ab, die akustischen und aerodynamischen Effekte von Leading Edge Serrations als Applikation für Axialventilatoren zu beschreiben, aber auch eine möglichst universelle Übertragung auf Axialmaschinen im Allgemeinen zu ermöglichen. Insbesondere sollen Transferparameter vom starren in das rotierende System definiert und quantifiziert werden. Ferner sollen Erkenntnisse über die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien gewonnen werden, die zu einer Lärmminderung führen. Um die umfangreichen Erkenntnisse aus den bereits durchgeführten Analysen starr gelagerter Tragflügel mit Leading Edge Serrations zu nutzen, werden entsprechend skalierte NACA65(12)-10 Profile als Rotorblätter eines Niederdruck-Axialventilators eingesetzt, wobei der Rotor sowohl einen Austausch der Schaufeln als auch eine stufenlose Verstellung des Staffelungswinkels ermöglicht. Zu diesem Zweck wird ein Prüfstand nach ISO 5136/5801 realisiert, welcher eine simultane Vermessung der akustischen und aerodynamischen Eigenschaften des Ventilators ermöglicht. Im Anschluss an Analysen mit geraden Rotorblättern werden Leading Edge Serrations unter Variation der Serration-Wellenlänge und -Amplitude eingeführt, um das Geräuschminderungspotential zu definieren sowie Rückschlüsse über Transferverluste vom starren in das rotierende System zu ziehen. Im weiteren Verlauf der Untersuchung wird die Komplexität des Rotors in Form von Schaufelsichelung und -verdrehung sukzessive erhöht, um Erkenntnisse über mögliche Maskierungseffekte zu gewinnen und den getesteten Einflussparametern entsprechende Geräuschreduzierungsphänomene zuzuordnen. Darüber hinaus werden die Serrations durch zusätzliche Designparameter ebenfalls in ihrer Komplexität erhöht. Hier gilt es eine strömungsspezifische und vom Auslegungspunkt abhängige Ausrichtung und Variation der Serration-Amplituden und -wellenlängen entsprechend zu analysieren. Designs mit additiven sekundären Amplituden sowie in Kombination mit porösen Materialien werden sowohl eben gelagert mittels eines akustischen Beamformingansatzes als auch im rotierenden Setup getestet und erlauben direkte Rückschlüsse bezüglich der Effizienz eines Transfers.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen