Gezielte Impedanzanpassung fur akustische Liner mittels poröser Strukturen

Kurzfassung

Herkömmliche schalldämpfende Wandauskleidungen (Liner) in Flugzeugtriebwerken funktionieren üblicherweise wie Helmholtz-Resonatoren. Diese zeichnen sich durch eine hervorragende Dämpfung bei ihren jeweiligen Resonanzfrequenzen aus, weisen jedoch eine suboptimale Breitbanddämpfung auf. Hier zeigen poröse Strukturen eine überlegene Leistung. Sie werden häufig in der Raumakustik und in Kulissenschalldämpfern eingesetzt. Ihre Anwendung in Flugzeugtriebwerken war jedoch aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Flüssigkeiten, Vogelschlag) bislang begrenzt. Eine vielversprechende Lösung stellt der Einsatz hochporöser Metallschäume oder additiv gefertiger porösen Strukturen aus Materialien dar, die diesen Bedingungen standhalten und gleichzeitig eine signifikante Breitbanddämpfung bieten.

Triply periodic minimal surface (TPMS) Strukturen sind besonders geeignete Kandidaten, weil die Geometrie eindeutig durch eine mathematische Funktion charakterisierbar ist. "Triply periodic" bedeutet, dass die Struktur über eine Einheitszelle beschreibbar ist, die periodisch in alle drei Raumrichtungen zu einem kontinuierlichen, labyrinthartigen Netzwerk fortgesetzt werden kann. Die Kanäle sind hierbei ohne Selbstüberschneidungen verbunden und somit ohne Einschlüsse die akustisch inaktiv wären. "Minimal Surface" bezieht sich auf die Eigenschaft, dass die Krümmung im Mittel null ist, wobei die Gesamtstruktur eine besonders hohes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis aufweist. Eine große Oberfläche ermöglicht hierbei eine große Wandreibung in der visko-thermalen Grenzschicht und somit prinzipiell eine hohe Absorption.