 | Fischer A. Die flächige Erfassung tonaler Schallschnellefelder mittels laseroptischer Messtechnik: Anwendung phasensynchronisierter Particle-Image-Velocimetry: Diss. Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Berlin. - Köln: DLR, 2015. - XVI, 159 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2015-14). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.127-135.
- ISSN 1434-8454
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Symbolverzeichnis ............................................ XIII
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Optische Messtechnikentwicklung für
Akustikanwendungen ...................................... 2
1.2 Motivation und Ziel der Arbeit .......................... 6
2 Theoretische Grundlagen ...................................... 7
2.1 Akustischer Hintergrund ................................. 7
2.1.1 Schallschnelle ................................... 7
2.1.2 Wellenausbreitung in Versuchsständen mit
rechteckigem Querschnitt ......................... 8
2.1.3 Impedanz von Dämpfungselementen ................. 11
2.2 Laseroptische Strömungsmessverfahren ................... 12
2.2.1 Particle Image Velocimetry (PIV) ................ 13
2.2.2 Doppler Global Velocimetry (DGV) ................ 18
2.3 Zerlegungsansätze für Strömungsfeldern ................. 20
2.3.1 Helmholtz Zerlegung ............................. 20
2.3.2 Proper Orthogonal Decomposition (POD) ........... 21
2.3.3 Dynamic Mode Decomposition (DMD) ................ 22
3 Messsystemaufbau und Datenaufbereitung ...................... 25
3.1 Allgemeiner Aufbau des DGV und PIV-Systems ............. 25
3.2 Akustische Auswertung der DGV-Daten .................... 28
3.3 Akustische Auswertung der PIV-Daten .................... 30
3.4 Synchronisation des PIV-Messverfahrens ................. 31
3.5 Einfluss und Korrektur des Pulsabstandes bei PIV ....... 35
3.6 Auswertung der Mikrofondaten ........................... 40
4 Validierung von PIV und DGV an Prinzipexperimenten .......... 43
4.1 Schnellemessungen in einer akustisch angeregten
Kammer ................................................. 43
4.1.1 Einfluss des optischen Abbildungsmaßstabes ...... 44
4.1.2 Einfluss turbulenter Schwankungen ............... 48
4.1.3 Messungen an einer akustisch angeregten
Lochplatte ...................................... 54
4.2 Ebene Wellen ohne Strömungsüberlagerung ................ 56
4.2.1 Verwendete Versuchsobjekte ...................... 56
4.2.2 Schallschnellemessungen mittels DGV ............. 58
4.2.3 Schallschnellemessungen mittels PIV ............. 61
4.2.4 Akustische Wellenzerlegung mittels PIV .......... 65
5 Einsatz der PIV-Messtechnik in realitätsnahen,
strömungsakustischen Anwendungen ............................ 71
5.1 Ebene Wellen mit Strömungsüberlagerung ................. 72
5.1.1 Mikrofonvergleich der Strömungsmessungen ........ 75
5.2 Ebene Wellen über Dämpferoberflächen ................... 82
5.2.1 Anwendung über einem Brennkammerdämpfer ......... 82
5.2.2 Separationsansätze für die Trennung zwischen
Strömung und Schall ............................. 92
5.2.3 Anwendung über einem Helmholtzresonatordämpfer .. 98
5.3 Erfassung höherer Moden ............................... 113
5.3.1 Mikrofonvergleich der höheren Moden ............ 116
6 Schlussfolgerungen und Ausblick ............................ 123
Literaturverzeichnis ....................................... 127
Abbildungsverzeichnis ...................................... 137
Tabellenverzeichnis ........................................ 141
Publikationen im Rahmen der Dissertation ................... 143
Anhang ........................................................ 145
A.l Erweiterung für Multifrequenztonmessungen .............. 145
A.2 Verwendete Multitöne ................................... 148
A.3 Weitere verwendete Formeln ............................. 149
A.4 PIANO Simulation einer ebenen Welle (1073 Hz) im
DUCT-S bei Ma = 0,2 .................................... 150
A.5 Strömungsfelder in den Versuchsständen DUCT-S
und B2A ................................................ 151
A.6 Weitere POD und DMD-Moden aus Kap. 5.2.2 ............... 152
A.7 HRS-Parameter und Unterschiede für weitere Frequenzen
(Kap. 5.2.3) ........................................... 154
A.8 Vergleich weiterer Anregungsfrequenzen (Kap. 5.2.3) .... 157
A.9 Vergleich verschiedener Löser für ein lineares
Ausgleichsproblem ...................................... 159
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