Analytische und experimentelle Modellierung eines über flexible Wände gekoppelten Helmholtz-Resonators

Kurzfassung

Um die Umweltwirkungen von Luftfahrtantrieben zu verringern ist neben einer Verminderung der Emissionen fossiler Brennstoffe auch eine Reduzierung der akustischen Abstrahlung in Form von Fluglärm notwendig. Eine Erhöhung des Nebenstromverhältnisses ist prinzipiell geeignet, beide Aspekte zu verbessern. Bei gleichem Schub verringert sich die Rotordrehzahl und es ergeben sich tiefere tonalen und breitbandige Anregungsfrequenzen. Durch den limitierten Bauraum ist es nicht möglich deren größere Wellenlängen durch konventionelle Linermodelle wie größere Helmholtzresonatoren oder längere Lambda/4-Resonatoren auszugleichen. Ein neues Linerkonzept besteht aus der Kopplung mehrerer Helmholtzresonatoren über flexible Kunststofffolien. Hierbei ergeben sich neue Designmöglichkeiten durch die zusätzlichen Resonanzen sowie die materialinhärente Dämpfung der Folien. Weitere Einflussfaktoren sind beispielsweise die Anzahl, die Anordnung und das Verhältnis der Volumina untereinander. Zur Modellierung der akustischen Dämpfungswirkung sind mehrere Ansätze denkbar. Da einzelne Helmholtz-Resonatoren üblicherweise über ein Feder-Masse-System modelliert werden, liegt es nahe das neuartigen Linerdesign über gekoppelte Punktmassen zu beschreiben. Dies setzt jedoch eine akustische Kompaktheit des Resonators voraus und vernachlässigt die modale Struktur der Folienschwingung. Diese Einschränkungen können durch eine Betrachtung über gekoppelte Impedanzen teilweise überwunden werden. In diesem Beitrag werden verschiedene Modellierungen zu diesem Linerkonzept gezeigt und mit Messergebnissen aus einem Modellaufbau am Strömungsakustikprüfstand DUCT-R des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt verglichen.