 | Jaron R. Aeroakustische Auslegung von Triebwerksfans mittels multidisziplinärer Optimierungen: Diss. … Dr.-Ing.) / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut fur Antriebstechnik, Berlin. – Köln: DLR, 2018. - XIV,151 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2018-21). - Res. auch engl. - Literatur: S.137-148.
- ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2018-21) 02
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Konventionen und Notationen .................................... XI
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Warum Fanlärm? ............................................. 3
1.2 Fanlärmquellen und ihre physikalischen
Entstehungsmechanismen ..................................... 5
1.3 Verfahren zur Berechnung des Fanlärms ...................... 9
1.4 Die RANS-basierte analytische Berechnung von Fanlärm ...... 11
1.5 Aktueller Stand der Forschung ............................. 13
1.6 Aufbau und Ziele der Arbeit ............................... 15
2 Analytische Fanlärmberechnung basierend auf
Strömungssimulationsdaten ................................. 17
2.1 Rekonstruktion der aerodynamischen Anregungsquellen ....... 18
2.1.1 Rekonstruktion der umfangsperiodischen Störungen ... 21
2.1.1.1 Vorhandene empirische Nachlaufmodelle .......... 22
2.1.1.2 Superposition von Nachlauf und Potentialfeld ... 24
2.1.1.3 Nachlauf- und Potentialfeldmodell .............. 25
2.1.2 Rekonstruktion des turbulenten
Geschwindigkeitsspektrums .......................... 32
2.1.2.1 Turbulente Schwankungsgeschwindigkeit .......... 32
2.1.2.2 Integrale Längenskala .......................... 34
2.1.3 Extraktion der schaufelgebundenen aerodynamischen
Kräfte ............................................. 37
2.2 Antwort eines Profils auf instationäre
Geschwindigkeitsstörungen ................................. 39
2.3 Modellierung der Schallquellen ............................ 41
2.3.1 Goldsteins Gleichung ............................... 41
2.3.2 Modellierung der aerodynamischen Anregung .......... 42
2.3.3 Modellierung der Schallentstehung .................. 43
2.4 Schallausbreitung im Kanal ................................ 46
2.5 Zusammenfassung ........................................... 50
3 Anwendung und Bewertung des Verfahrens an realistischen
Fankonfigurationen ........................................ 51
3.1 Tonaler Lärm - DLR UHBR-Fan ............................... 51
3.1.1 Numerische Simulation .............................. 53
3.1.2 Rekonstruktion des instationären Strömungsfeldes ... 56
3.1.3 Vergleich der akustischen Ergebnisse ............... 57
3.2 Tonaler Lärm - gegenläufiger offener Rotor AI-PX 7 ........ 59
3.2.1 Numerische Simulation .............................. 59
3.2.2 Rekonstruktion des instationären Strömungsfeldes ... 61
3.2.3 Vergleich der akustischen Ergebnisse ............... 63
3.3 Tonal- und Breitbandlärm - NASA SDT Fan ................... 65
3.3.1 Numerische Simulation .............................. 66
3.3.2 Vergleich der akustischen Ergebnisse ............... 67
3.4 Sensitivität des Verfahrens ............................... 71
3.4.1 Einfluss der Extrapolation des instationären
Strömugsfeldes auf die Lärmvorhersagc .............. 71
3.4.2 Einfluss der radialen Auflösung auf die
Lärmvorhersage ..................................... 73
3.4.3 Einfluss der Turbulenzmodelle auf die
Lärmvorhersage ..................................... 74
3.5 Zusanunenfassung .......................................... 81
4 Anwendung des Verfahrens in der aeroakustischen
Optimierung von Fanstufen ................................. 83
4.1 Prozesskette für die multidisziplinäre Optimierung
einer Fanstufe ............................................ 83
4.2 Optimierung von Hinterkantenzacken zur
Tonallärmreduktion ........................................ 85
4.2.1 Optiiuienmg ........................................ 86
4.2.2 Ergebnisse ......................................... 87
4.3 Aeroakustische Optimierung einer UHBR-Fanstufo ............ 91
4.3.1 Szenario ........................................... 91
4.3.2 Optimierung ........................................ 92
4.3.3 Ergebnisse ......................................... 97
4.4 Zusammenfassung ........................................... 99
5 Lärmreduzierende Designmaßnahmen ......................... 101
5.1 Quantifizierung von radialen Interferenzen ............... 101
5.1.1 Destruktive radiale Interferenzen durch
Strömungsdrall .................................... 103
5.1.2 Destruktive radiale Interferenzen durch
Schaufelneigung ................................... 105
5.1.3 Destruktive radiale Interferenzen durch
Hinterkantenzacken ................................ 109
5.2 Einflass der Schaufelbelastung auf den
Interaktionslärm ......................................... 112
5.3 Einfluss des Schaufelreihenabstandes auf den tonalen
Interaktionslärm ......................................... 115
5.4 Einfluss der Statorschaufelzahl auf den
Interaktionslärm ......................................... 116
5.5 Zusammenfassung .......................................... 121
6 Schlussfolgerungen ....................................... 123
6.1 Zusammenfassung .......................................... 123
6.2 Ausblick ................................................. 127
6.3 Schlussbemerkung ......................................... 130
A Anhang ................................................... 131
A.1 Turbulenzmodellierung in nmnerischen
Strömungssimulationen .................................... 131
A.1.1 Lineare Wirbelviskositätsmodelle -
Schließungsansatz 1. Ordnung ...................... 131
A.l.2 Turbulenzmodelle mit Schließungsansatz
2. Ordnung ........................................ 133
A.2 Extraktion von Strömungsdaten aus dem numerischen
Gitter ................................................... 134
A.3 Validierungsergebnisse der Konfigurationen M1509 und
M1981 .................................................... 134
Literatur ..................................................... 137
Abbildungsverzeichnis ......................................... 149
Tabellenverzeichnis ........................................... 151
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