Aeroakustische Verbesserung eines Kfz-Gebläses im oberen Drehzahlbereich

Kurzfassung

Im vorliegenden Bericht über die Zusammenarbeit mit der Firma Evobus GmbH, Ulm wird zunächst von der TU-Braunschweig, Institut für Turbomaschinen, ein 12-Blatt Hochleistungs-Lüfter für Reisebusse mit verbesserter Luftleistung nach der Methode des radialen Gleichgewichts entworfen. Die dazu notwendigen Vergleichsdaten wurden über die Meßdaten eines Referenzlüfters, der von der Firma Alumetall im Windkanal vermessen wurde, bestimmt. Angestrebtes Ziel sind 15% mehr Luftleistung und 4 dB (A) weniger Lärm. Danach wird ein saugseitiger Kammer-Prüfstand mit einer maximalen Leistung von 35 kW aufgebaut, ein Lüfter-Prototyp aus Aluminium angefertigt und aeroakustisch vermessen. Die angestrebten Entwurfsdaten wurden mit einer 12,5 %-igen Steigerung der Luftleistung annähernd erreicht. Der Gesamt-Lärmpegel liegt dagegen nur im Fall ohne Kühler etwa 4 dB (A) unter dem des Referenzlüfters. Mit Kühler wurden nur 2 dB (A) Lärmminderung festgestellt. Weiterhin haben Messungen am Fahrzeug unter Einbaubedingungen ergeben, daß aufgrund der erhöhten Luftleistung eine Zunahme der Kühlleistung von 3° K erreicht wird. Zur weiteren Lärmminderung wird ein zusätzlicher akustischer Entwurf durchgeführt. Dabei werden 2 Konzepte verfolgt. Im ersten Fall werden Optimierungsrechnungen mit einem halbempirischen Verfahren zur Berechnung stochastischer Signale durchgeführt. Das Ergebnis ist eine Sichelung des Blattgrundrisses mit einer theoretischen Lärmminderung der Breitbandanteile von ca. 3.5 dB (A). Im zweiten Fall soll das stark gewölbte NACA-Profil durch ein weniger stark gewölbtes Laminarprofil ersetzt werden, mit dem bereits Lärmminderungen von mehr als 2 dB (A) erreicht werden. Aufgrund der großen Zentrifugalkräfte von ca. 1 t am Blattfuß wurde die Blatt-Sichelung wieder verworfen und das 2. Konzept verfolgt. Um mit dem Laminarprofil geringerer Wölbung die gleiche Luftleistung zu erzielen, wurde der Blattanstellwinkel entsprechend vergrößert. Nachrechnungen mit dem DLR-Singularitätenverfahren LBS ergaben sogar zusätzlich eine deutliche Zunahme der Luftleistung. Der zweite Prototyp wurde ebenfalls aus Aluminium angefertigt und vermessen. Beide Prototypen zeigen bei den Messungen mit Kühler im Arbeitspunkt das gleiche aerodynamische Verhalten. Dagegen ist der zweite Prototyp im Vergleich zum ersten Prototypen um ca. 2 dB (A) leiser. Da dieser Effekt nur bei den Messungen mit Kühler auftritt - ohne Kühler sind beide Prototypen gleich laut - wurden weitere Untersuchungen unter Abänderung der Einbaubedingungen durchgeführt. Parameter dieser Untersuchungen waren die Spaltgröße, die Einbautiefe im Mantel und das Nabenverhältnis. Durch die Positionierung im Mantel konnte ohne Einbuße an aerodynamischer Leistung der störende Ton der Fundamentalen annähernd beseitigt und eine Gesamtlärmpegelreduktion von ca. 6 dB (A) erreicht werden.