Maßnahmen zur Schalldämpfung
Für den Einsatz in Flugzeugtriebwerken und stationären Gasturbinen werden akustisch dämpfende Wandelemente untersucht und weiterentwickelt. Diese sogenannten Liner existieren in verschiedenen Ausführungsformen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche. In unserer Abteilung werden hauptsächlich perforierte Liner und Helmholtzresonator-Liner und deren unterschiedlichen Dämpfungsmechanismn untersucht.
Perforierte, durchströmte Liner (bias flow liner)
Perforierte Liner werden in Brennkammern von Flugzeugtriebwerken und stationären Gasturbinen zur Dämpfung von thermo-akustischen Instabilitäten eingesetzt. Diese Maßnahmen sollen die Betriebscharakteristik der Brennkammer verbessern und die Umsetzung moderner, schadstoffarmer Verbrennungskonzepte ermöglichen. Die Abbildung zeigt ein generisches Design eines solchen Liners. Der Liner besteht aus einem perforierten Material, hier in zylindrischer Ausführung mit definierter Belochung. Bei Durchströmung der Perforation kann die Dämpfungswirkung erheblich gesteigert werden. Es wird allgemein angenommen, dass dieser Gewinn an Dämpfung auf eine Interaktion zwischen den akustischen Wellen und strömungsmechanischen Wirbelstrukturen zurückzuführen ist. Die genauen physikalischen Abläufe dieser Wechselwirkung sind jedoch nur unzureichend bekannt. Unser Ziel ist es, das physikalische Verständnis dieses Phänomens zu vertiefen und die Liner für praktische Anwendungen zu optimieren.
Helmholtzresonator-Liner
Helmholtzresonator-Liner kommen beim Flugzeugtriebwerk vorrangig im Einlauf und Bypass-Kanal zum Einsatz. Sie dämpfen die Ausbreitung von hauptsächlich tonalen Schallanteilen, wie zum Beispiel der Blade-Passing-Frequency des Fans, und tragen damit ganz erheblich zur Reduktion der abgestrahlten Schallleistung bei. die Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau aus einer Lochplatte und geschlossener Bodenplatte mit dazwischenliegender Wabenstruktur. Das Prinzip des Helmholtzresonators nutzt die Eigenschaften eines Feder-Masse-Schwingers zur Schwingungsdämpfung aus. Dabei stellt das große Luftvolumen in den Waben die Feder für die darüberliegende (kleinere) Luftmasse eines Loches in der Lochplatte dar. Wird diese Masse durch eintreffende Schallwellen zum Schwingen angeregt, wird durch Reibungsmechanismen an den Lochinnenflächen, Kompression und Expansion des Luftvolumens in den Zellen sowie Wirbelablösung an den Lochkanten die Umwandlung der anregenden Schallenergie in Wärme verursacht.
Untersuchungsmethoden
Da diese Schalldämpfer im Triebwerkseinlauf und Bypasskanal hohen Überströmungsgeschwindigkeiten und Schallamplituden ausgesetzt sind, gilt diesen komplexen Einflüssen auf die Dämpfercharakteristik ein besonderes Augenmerk. Für hochgenaue Messungen der Dämpfereigenschaften verwenden wir für die akustische Analyse optimierte modulare Strömungskanäle (DUCT-R/-C). Anhand von Parameterstudien werden die Einflüsse von akustischen, strömungsmechanischen und geometrischen Parametern identifiziert. Diese Arbeiten sind in mehrere Projekte eingebunden und es wird eine enge Kooperation mit nationalen und internationalen Partnern aus Forschung und Industrie gepflegt.
Seit Anfang 2011 steht uns mit dem neu errichteten Heiß-Akustik-Teststand (HAT) ein bisher einzigartiger Prüfstand zur Verfügung, bei dem wir auch den Einfluss von Druck und Temperatur auf das Dämpfungsverhalten untersuchen können.
Teststände: