Experimentelle Messung von Strahllärm im Windkanal

Abstract

Problemstellung Strahllärm ist ein einfacher Begriff für eine recht komplexe akustische Quelle. Das Quellgebiet verteilt sich räumlich zwischen Düsenaustritt und dem Pegelmaximum in der voll-turbulenten Ausmischungsregion ca. 7-10 Düsendurchmesser stromab der Düse. Solch eine um die Strahlachse verteilte Quelle lässt sich dann in einem klassischen sich punktförmig ausbreitenden Monopolmodell beschreiben, wenn die Quelle sehr klein im Vergleich zum Mikrofonabstand ist. So gelten beispielsweise die F- und G-Vergleichsspektren von Christopher Tam für Mikrofonabstände von 100 Düsendurchmessern. Die aktuellen Anforderungen an kostengünstige Strahllärmmessungen im Windkanal beruhen auf Strahldüsen, die groß im Vergleich zu den in der Einrichtung möglichen Mikrofonabständen sind. Die Vereinfachung des Problems auf eine monopolartige Ausbreitung in Kugelkoordinaten ist aufgrund der Nähe physikalisch nicht zutreffend; jedoch wird das Kugelkoordinatensystem nominell zum Quervergleich benötigt. Außerdem werden Windkanaldaten zur Validiierung von numerischen Ergebnissen benötigt. Aktuelle Ziele sind u.a. die Vergleichsfähigkeit bis Strouhalzahl Sr=10. Insbesondere die hohen Frequenzen von modernen ¼ Zoll Mikrofonen werden nur innerhalb eines geringen Schalleinfallskegels physikalisch korrekt erfasst. Die Ausrichtung des Mikrofons zur Quelle spielt also eine entscheidende Rolle.

Methode Anhand eines Experiments im JExTRA (DLR Berlin) mit Mikrofonabständen von R/Dj=11.5 zu R/Dj=14.3 zur Triebwerksachse wird gezeigt, dass Strahllärmdaten im rückwärtigen Winkelbereich in Bezug auf die Triebwerksachse skalieren und nicht etwa auf den nominell definierten Ursprung in der Düsenaustrittsebene.

Ergebnis Ein vereinfachtes Strahllärmmodell sollte den Ursprung des Strahllärms im 7-10 Düsendurchmesser entfernt vom Düsenaustritt annehmen.