Numerische Simulation des akustischen Nahfeldes einer Triebwerksgebläsestufe

Abstract

Gegenstand der Arbeit ist der Einsatz eines zeitgenauen Navier-Stokes Verfahrens zur Berechnung des aus der Rotor/Stator Wechselwirkung resultierenden, tonalen akustischen Feldes einer Triebwerksgebläsestufe. Aufgrund der Sensitivität des modalen akustischen Feldes gegenüber den Schaufelzahlen der beteiligten Schaufelreihen wird das numerische Verfahren erweitert, um reale und damit beliebige Schaufelzahlen in der Simulation abzubilden, dabei aber gleichzeitig das Rechengebiet im Interesse der Rechenzeit auf jeweils ein Segment zu begrenzen. Dies erfolgt durch eine erweiterte Formulierung der periodischen Randbedingungen. Die Verfahrenserweiterung wird am Beispiel einer gegenläufigen Gebläsestufe ausführlich überprüft; der Vergleich erfolgt sowohl mit der exakten, einfach periodischen Lösung als auch mit experimentellen Unterlagen. Das Verfahren kommt schließlich bei einer örtlich hoch aufgelösten Simulation einer für moderne Nebenstromtriebwerke typischen Gebläsestufe zum Einsatz. Das tonale akustische Feld wird dabei durch eine Modenanalyse der Strömungsdaten des Nahfeldes gewonnen. Den Abschluss der Arbeit bildet der Vergleich zweier aerodynamisch äquivalenter Leiträder im Hinblick auf die Geräuschemission der Stufe.