Einleitung
Das Team "Design-To-Noise" der Abteilung Triebwerksakustik entwickelt neue Methoden zur Triebwerksauslegung mit dem Fokus auf geringe Lärmemission. Des Weiteren werden innovative Lösungen zur Lärmminderung untersucht.
Die Entwicklung eines Triebwerks kann in drei verschiedene Ebenen unterteilt werden:
Die Anbindung des Triebwerks an das Flugzeug ist das Ergebnis eines iterativen Prozesses mit dem Ziel des bestmöglichen Kompromisses. Dennoch wird, wie die Aufteilung der Luftfahrtindustrie in die Flugzeughersteller (z.B. Airbus und Boeing) und die Triebwerkshersteller (Rolls-Royce, MTU, SNECMA, General Electric, Pratt and Whitney) zeigt, das Triebwerk über lange Strecken separat vom restlichen Flugzeug entwickelt.
Das Triebwerk wird auf die geforderten Spezifikationen und Anforderungen optimiert. Dabei werden verschiedene Kriterien berücksichtigt: Verbrauch, Abgase, Lärm, Gewicht, Wartungskosten, Sicherheit usw. Einige dieser Kriterien sind miteinander korreliert, so z.B. der Verbrauch und die Abgase
Unser Team ist äußerst interessiert am Designprozess von Triebwerkskomponenten. Momentan ist die Arbeit fokussiert auf Fans und offene Rotoren. Das Portfolio soll zukünftig erweitert werden.
Hauptteil
Bei dem Entwurf eines Fans gibt es verschiedene Grade der Komplexität.
Für eine erste Annäherung können die aerodynamischen Mittelschnittmodelle verwendet werden, welche von PropNoise zur Generierung von Inputgrößen für die akustischen Modelle verwendet werden. Dabei arbeitet PropNoise eigenständig ohne den Bedarf an externer Software, wie z.B. Strömungslösern. Der Einfluss auf die Aerodynamik und Akustik von entscheidenden Entwurfsgrößen, wie z.B. der Zuströmmachzahl, der Blattzahl usw. werden untersucht und ausgewertet, um Trends für zukünftige leisere und effizientere Triebwerke zu erkennen.
Eine weitere Möglichkeit liegt in der Kopplung von stationären RANS Strömungssimulationen mit den akustischen Modellen von PropNoise. PropNoise verwendet für die akustische Vorhersage analytische Modelle basierend auf der akustischen Analogie. Für die Strömungssimulation wird der hauseigene CFD-Löser TRACE verwendet, welcher speziell für Turbomaschinenanwendungen optimiert ist. Eine automatisierte Schnittstelle zwischen der Strömungslösung und PropNoise extrahiert und übergibt alle benötigten Inputgrößen. Erste veröffentlichte Ergebnisse sehen vielversprechend aus. Kann nachgewiesen werden, dass die akustischen Modelle physikalische Trends gut wiedergeben und ausreichend genau sind, werden sie zukünftig in Optimierungsprozessketten, entwickelt von der Abteilung Fan und Verdichter, integriert werden.
Die vom DLR entwickelten "Design-To-Noise"-Methoden haben bereits erste industrielle Anwendungen gefunden. Z.B. wurde für den DNW-NWB Windtunnel in Braunschweig ein Stator mit niedriger Blattzahl und stark gekrümmter Schaufelgeometrie entworfen mit dem Ziel sowohl den Tonal- als auch den Breitbandlärm, erzeugt durch die Verdichterstufe, zu reduzieren.
Weiterführende Links
PropNoise
Abteilung Fan und Verdichter