Das besondere Merkmal des MoSy-Versuchsstands stellt das Lautsprecherarray dar. Es wird inklusive der zur Ansteuerung erforderlichen Hard- und Software auch als Moden-Synthesizer oder Moden-Generator bezeichnet wird. Vornehmlich wird das Lautprecherarray zur gezielten Simulation der von Turbomaschinen im Strömungskanal angeregten tonalen und breitbandigen Geräusche genutzt. Die generierten Testschallfelder ermöglichen vielfältige Untersuchungen der Schallausbreitungsvorgänge in den angeschlossenen Kanalsegmenten und die Erprobung von neu entwickelten Analyse- und Lärmminderungsmaßnahmen. Aufgrund der modularen Konzeption lässt sich der Verssuchstand leicht für verschiedene Untersuchungszwecke anpassen.
Moden-Synthesizer
Das Lautsprecher-Array besteht aus drei Ringen, in denen jeweils bis zu 16 Lautsprecher mit gleichmäßigem Abstand montiert werden können. Die Lautsprechermontage erfolgt bündig mit der Kanalaußenwand, so dass die Strömung nicht gestört wird. Nicht genutzte Positionen werden mit Stopfen verschlossen. Im Vergleich zu einer Turbomaschine liegt der Vorteil des Modensynthesizers in der großen Flexibilität hinsichtlich der generierten Schallfeldcharakteristiken. So lassen sich nicht nur Schaufeltöne beliebiger Frequenzen simulieren. Durch eine abgestimmte Ansteuerung jedes einzelnen Lautsprechers lassen sich auch die räumlichen Charakteristiken des Schallfeldes, wie die azimutale und radiale Ordnung einzelner Moden, gezielt einstellen. Bei der Generierung breitbandiger Geräusche kann Einfluss auf die spektrale Signatur und die Kohärenz des Schallfelds genommen werden.
Zur Ansteuerung der Lautsprecher steht ein DSP(Digitaler Signalprozessor)-System mit 32 D/A-Kanälen zur Verfügung. Neben der Möglichkeit Signale auf dem DSP selbst zu generieren, können auch extern erzeugte Zeitreihen ausgegeben werden. Für Experimente zur aktiven Minderung von Rotor-Stator-Interaktionsmoden wurde ein spezielles Software-Paket erstellt.
Einsatzgebiete
Ein wesentlicher Untersuchungsgegenstand ist die Schallausbreitung durch Strömungskanäle, wie sie in
typischen Turbomaschinenanwendungen und in Flugzeugtriebwerken zu finden sind. Unter anderem sind dies die Schalltransmission durch Schaufelgitter, z.B. die Fan-Stufe, sowie Effekte, die infolge von Kanalquerschnittsänderungen und Kanaleinbauten auftreten, wie z.B. durch Bifurkationen und Pylonen. Zudem ermöglicht der Versuchsstand die umfassende Analyse der Wirkung von schalldämpfenden Auskleidungen. Die experimentellen Daten können auch zur Validierung numerischer Verfahren herangezogen werden.
Ein weiterer Anwendungsbereich des Versuchsstands stellt die Erprobung neuertiger Schallfeldanalyse-Verfahren dar. Dank der definierten Anregung kann die Genauigkeit der Analyseverfahren evaluiert und mit Ergebnissen aus Simulationen verglichen werden.
Nicht zuletzt wird der Versuchsstand auch zur Erprobung von Ansätzen zur aktiven Minderung der Schallausbreitung benutzt. Ein Anwendungsfall besteht in der Reduktion des von einer Fan-Stufe generierten Primärschallfelds, indem ein vom Moden-Synthesizer erzeugtes Sekundärschallfeld (Gegenschallfeld) überlagert wird. Hierzu werden in einem Regelungskreis Mikrofonarray, DSP-System und Moden-Synthesizer miteinander verknüpft.
Modularer Versuchsstand
Der MoSy Versuchsstand ist modular konzipiert. Der Aufbau der Messstrecke kann flexibel an den Untersuchungsgegenstand angepasst werden, d.h. insbesondere die Positionen des Lautsprechersegments sowie der zur Analyse eingesetzten Mikrofonelemente sind nahezu frei bestimmbar. Durch Installation eines Nabenkörpers und Kanaleinbauten, wie z.B. Streben oder Pylonen, lassen sich realistische geometrische Randbedingungen einer Turbomaschine nachbilden.
Zur messtechnischen Abtastung des Schallfelds stehen verschiedene Kanalsegmente zur Verfügung. Es können axial, azimutal und radial ausgerichtete Mikrofonarrays mit mehr als 100 Messpositionen realisiert werden. Für eine Analyse sehr hoher Frequenzen gibt es die Möglichkeit instrumentierte Kanalsegmente in Umfangsrichtung zur Erstellung hoch aufgelöster Messgitter zu verdrehen. Durch Einsatz von schalldämpfenden Kanalsegmenten lassen sich reflektionsarme Messbedingungen gemäß der Norm ISO 5136 herstellen. Die aufgezeichneten Mikrofondaten werden für umfassende Analysen der Schallentstehungs- und Schallausbreitungsvorgänge genutzt, z.B. mittels der akustischen Modenanalyse. Durch Korrelation mehrerer Mikrofonarrays lassen sich die Schallfeldbeiträge räumlich getrennter Quellen ermitteln sowie die akustischen Streuvorgänge detailliert bewerten.
Für Messungen unter Strömungsbedingungen stehen verschiedene Fan-Stufen zur Verfügung.