Strahllärm
In der Luftfahrt wird der Vortrieb durch die Beschleunigung der am Flugzeug umliegenden Luft erzeugt. Ein stark beschleunigter Luftstrom, oder Strahl wird entgegengesetzt zur Flugrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Atmosphäre ausgestoßen. Der Strahl selber und sein Vermischung mit der umgebenden Strömung erzeugt in hohem Maße Schall. Mit dem Aufkommen des Einstrom-Strahltriebwerks (Turbojet) in den 1930’er Jahren wurde wenig später der damit verbundene Lärm zum Gegenstand von Untersuchungen. Insbesondere der Strahllärm stellte in den Anfangsjahren die dominieren Komponente des Fluglärms dar. Nach mehr als einem halben Jahrhundert der Aeroakustik Forschung und Entwicklung von Antriebssystemen, hat der Strahllärm einen Teil seiner Wirkung als Flugzeug-Lärmquelle verloren. In der zivilen Luftfahrt hat die Entwicklung von Zweistrom-Strahltriebwerken, sogenannte Turbofan, Matelstrom- oder Bypass- Triebwerken, zu deutlich geringeren Lärmbelastungen geführt. Während der Startphase von Verkehrsflugzeugen mit modernen Turbofan-Triebwerken stellt der Strahllärm jedoch immer noch eine der Hauptlärmquelle dar. Seine Bedeutung für die Lärmbeeinträchtigung in der Nähe von Flughäfen ist nach wie vor hoch. In der Aeroakustik spielt die Vorhersage, Steuerung und Reduktion von Strahllärm deshalb eine wichtige Rolle.
Unsere Forschung
Die Triebwerksakustik Abteilung ist aktiv in Strahllärm-Vorhersage und -Messung.Die Abteilung Triebwerksakustik beschäftigt sich mit der Messung und der Vorhersage von Strahllärm. Zur Vorhersage des Strahllärms stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Direkte Schallmessungen lassen sich an Prüfständen mit original Abmessungen, oder an stark verkleinerten Geometrien (Skalierte Experimente) durchführen. Alternativ hierzu lassen sich für die Vorhersage auch semi-empirischen Akustikanalogie-Ansätze verwenden. Seit einigen Jahren werden zunehmend auch numerische Simulationen des Strahls für die direkte Vorhersage des Strahllärms verwendet. In Zusammenarbeit mit Triebwerksherstellern kommen hierbei sogenannte Large-Eddy-Simulationen (LES) zum Einsatz. Das mit dem LES Verfahren berechnete Strömungs- (Nah-) feld wird dann mit einem Ffowcs-Williams-Hawkings-Ansatz und einer anschließenden Simulation, ins Fernfeld extrapoliert. Ein weiterer Schwerpunkt in unserer Abteilung ist die Entwicklung eines Prognose-Tools, das auf skalierten Messungen basiert. Bei der Entwicklung von semi-empirischen Ansätzen der Akustischen Analogie, verwenden wir LES Datenbanken mit dem Ziel der Verbesserung der Quelle-Modellierung. Der erste Schritt in diese Richtung wurde durch die Nachbearbeitung des LES Feld eines turbulenten Strahls (siehe Bild) gemacht. Die laufenden Strahllärm-Messungen werden mithilfe von Mikrofon-Arrays gemacht. Die meisten Messungen werden an realen Triebwerken, entweder in speziellen Prüfständen oder in Überflug-Experimenten, durchgeführt. Einige Messungen werden auch an Strahlen von skalierten Triebwerksdüsen in großen Strahllärm-Einrichtungen ausgeführt. In Zusammenarbeit mit der Pennsylvania State University wurden verschiedene passive Lärmminderungsmaßnahmen (siehe Abbildung links) an einer subsonischen Düsengeometrie untersucht. Die Wirksamkeit bei der Verringerung des Strahllärms wurde sowohl im Nah- als auch im Fernfeld bestimmt. Die Abteilung Triebwerksakustik verfügt über einen kleinen Strahlprüfstand mit einem unbeheizten Strahl, an dem die Strömung aus einer Einzeldüse bei hohen subsonischen Bedingungen untersucht werden kann.