Das Vorhersage-Programm PropNoise (Propulsion Noise) wird mit dem Ziel entwickelt, verschiedene Triebwerkskonfigurationen akustisch bewerten zu können. Diese Aufgabe ist im Rahmen der Vorauslegung neuartiger Antriebssysteme sehr wichtig.
Schnelligkeit und Flexibilität sind zwei Kernanforderungen an PropNoise. Schnell soll es sein, weil mehrere Triebwerkskonfigurationen über Nacht berechnet werden sollen. Es geht darum, globale Optima im Rahmen einer Parameterstudie ausfindig zu machen; daher muss ein breiter Bereich von Parametervariationen abgedeckt werden. Flexibel soll es sein, weil unterschiedliche Triebwerkskonzepte miteinander verglichen werden sollen (z.B. herkömmliche Turbofans, gegenläufige Turbofans, gegenläufige offene Rotoren, Turbofans mit Wärmetauscher, … ).
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird das akustische Verhalten von Triebwerken mit Hilfe von semi-analytischen Modellen beschrieben. „Semi-analytisch“ bedeutet hier, dass die Modelle weitgehend auf theoretischen Ansätzen beruhen, wobei sie auch - in geringerem Maße - auf Empirie zurückgreifen. Diese Empirie wird in Form von Konstanten in die Modelle eingebracht, die jedoch von den Betriebs- und Strömungsbedingungen nur schwach abhängig sind.
PropNoise hat eine modulare Struktur. Alle akustisch relevanten Komponenten werden im Einzelnen modelliert. Die Schallentstehung, -ausbreitung und -abstrahlung werden getrennt voneinander beschrieben. Die akustischen Modelle bekommen als Eingabeparameter aerodynamische Größen, die von Aerodynamik-Modellen optional ebenfalls in PropNoise berechnet werden können. Die Gegenüberstellung der aerodynamischen und akustischen Eigenschaften trägt maßgeblich zum Verständnis des komplexen Gesamtsystems Triebwerk bei. Die modulare Struktur von PropNoise macht es leichter, Änderungen an einer Komponente durchzuführen (z.B. der Einsatz eines Lärmbekämpfungssystems) und deren Einfluss auf den Gesamtschallpegel zu bestimmen.
Im Gegensatz zu einem Black-Box-Modell kann man also mit PropNoise die Komplexität der Schallentstehungsprozesse in einem Triebwerk Schritt für Schritt nachvollziehen. Die potenziellen Anwendungen von PropNoise sind dementsprechend vielfältig.
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Anwendungen von PropNoise:
- Vorauslegung neuartiger und herkömmlicher Triebwerkskonzepte
- Parameterstudien zur Untersuchung optimaler Konfigurationen
- Bewertung einzelner Triebwerkskomponenten: Einfluss des Einsatzes eines Lärmbekämpfungssystems
- Berechnung des akustischen Kennfeldes eines Verdichters und Gegenüberstellung mit dem aerodynamischen Kennfeld
- akustische Bewertung bei „Off-Design“ Betriebsbedingungen und bei den Zertifizierungspunkten
- Verständnis der physikalischen Prozesse
- Unterstützung der numerischen und experimentellen Arbeiten
- Berechnung von Lärmkonturflächen am Boden, insbesondere deren Änderung für unterschiedliche Konfigurationen
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 Struktur des Fanlärm-Moduls in PropNoise |
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Einfluss der Schaufelzahl auf den Pegel der Rotor-Stator-Interaktions-Töne einer Fanstufe. |
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| Vorhergesagte aerodynamische und akustische Kennfelder einer Fanstufe | |
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Modellierung der physikalischen Prozesse in PropNoise:
Folgende Themen werden analytisch behandelt:
- Schallentstehung: getrennte Modellierung der Schallquellen (Hinterkantenlärm, Turbulenzinteraktionslärm, Sägezahnlärm, Strahllärm, …)
- Beschreibung des Schallfeldes mit Hilfe von Azimuthal- und Radial-Moden und deren „ray-structure“
- Schallausbreitung in Kanälen (Einlauf, Bypass) mit Einfluss der Strömung und der Linerrandbedingungen
- Transmission und Streuung an einer Schaufelreihe
- Schallabstrahlung: Bestimmung der Abstrahlcharakteristik auf Basis der „ray-structure“ des Schallfeldes
- Aero-akustische Modellierung von Verdichterkennfeldern mit dem Ansatz der „mittleren Linie“
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| Korrelation zwischen Modenamplituden, „ray- structure“ und Quellposition (Monopol im Kanal). | | |
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Fernfeld-Richtcharakteristik ermittelt nach einem Modell von Homicz und Lordi |
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Modellierung eines Verdichterkennfelds mit dem Aerodynamik-Modul von PropNoise | | |