Methodenentwicklung zur Vorhersage des Propellerlärms bei Grenzschichteinsaugung im niedrigen Reynoldszahlbereich

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, eine analytische Methode, die eine ausreichend genaue und schnelle Prognose von Propellerlärm bei Grenzschichteinsaugung im niedrigen Reynoldszahlbereich ermöglicht, weiter zu entwickeln und zu testen.

Es wird ein Modell aufgestellt, das sich in Aerodynamik und Aeroakustik aufteilt. Das aerodynamische Modell umfasst die Modellierung des Propellers und der eingesaugten Wandgrenzschicht. Zur Berechnung der Propelleraerodynamik wird die Blade Element Momentum Theory (BEMT) verwendet. Zur Bestimmung des Auftriebsverhaltens der 2D-Schnittelemente des Propellers dient das Simulationstool XFOIL. Die anisotropen Wirbelstrukturen in einer turbulenten Wandgrenzschicht werden als zigarrenförmig angenommen. Zur Quantifizierung dieser werden Hitzdrahtmessungen sowie Modellannahmen genutzt.

Für die akustische Modellierung wird ein Ansatz der spektralen, modalen Schalldruckberechnung genutzt. Die Modellierung des tonalen sowie breitbandigen Grenzschicht-Interaktionslärms erfolgt nach Staggat (2021). Dabei wird es angenommen, dass die neuen Schallquellen linear superponiert werden können. Zusätzlich wird Reflexion der Schallwellen mithilfe der Spiegelquellenmethode berücksichtigt.

Messergebnisse zweier Experimentalaufbauten der UBRI und UTWE werden genutzt, die sowohl Aerodynamik als auch Aeroakustik der genutzten Propellergeometrie untersucht haben. Es erfolgt dadurch eine schrittweise Validierung der aufgestellten Modelle. Abschließend werden die Ergebnisse diskutiert und Verbesserungspotenziale des Modells aufgezeigt.