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Schallfeldanalyse bei einer Niederdruckturbine

Mit zehn Sensoren bestückter Rechen für akustische Messungen im Ausblaskanal der Turbine . Schalldruckmuster einer tonalen Komponente in der Messsektion

Im Rahmen des EU-Projekts RESOUND (Reduction of Engine SOurce noise through Understanding and Novel Design) wurde in Zusammenarbeit von MTU Aeroengines und DLR eine dreistufige axiale Niederdruck-Turbine hinsichtlich einer optimierten, lärmarmen Auslegung untersucht. In der Niederdruck-Turbine, die eine Entwicklung von MTU Aeroengines ist, entstehen durch strömungsbedingte Wechselwirkungen der verschiedenen Rotor- und Statorstufen dominante Töne, welche als Schaufeltöne oder Blattfolgefrequenzen der einzelnen Rotoren bezeichnet werden. Zum besseren Verständnis der strömungsakustischen Schallquellen in der Turbine und mit dem Ziel eines akustisch verbesserten Designs des Austrittsleitrades führte MTU Aeroengines numerische Simulationen durch. Als Ergebnis der Simulationen wurden fünf Austrittsleitrad-Varianten für eine experimentelle Bewertung ausgewählt und angefertigt.

Das DLR führte die akustischen Messungen im Dezember 1999 im Institut für Luftfahrtantriebe der Universität Stuttgart durch. Hierbei und bei der anschließenden Auswertung galt es höchste Anforderungen an die Mess- und Auswertetechnik angesichts der beachtlichen Komplexität des zu analysierenden Schallfeldes im Ausblaskanal der Turbine zu erfüllen. Messungen über den gesamten Kanalquerschnitt an insgesamt 7200 Positionen ermöglichten die Zerlegung der Schallwelle jedes einzelnen Schaufeltones in die physikalisch kleinsten Bestandteile, die sogenannten akustischen Moden. So konnte bei der Analyse der höchsten Frequenzkomponente 6,2 kHz zwischen 1500 Moden unterschieden werden. Durch die Modenanalyse ließen sich eindeutige Zusammenhänge zwischen den entstandenen Tönen und ihren Entstehungsmechanismen herstellen. Des weiteren konnten mit Hilfe der Modenanalyse die Schallleistungen für die verschiedenen Austrittsleitrad-Varianten ermittelt und damit schließlich die lärmärmste Variante festgestellt werden.

Literatur:

Enghardt, L.; Tapken, U.; Neise, W.; Kennepohl, F.; Heinig, K.: Turbine Blade/Vane Interaction Noise: Acoustic Mode Analysis using In-Duct Sensor Rakes. 7th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference, May 28-30, 2001, Maastricht, Netherlands.