Zeitsynchrone Particle Image Velocimetry und Akustikmessungen an einem kalten Freistrahl

Abstract

Das DLR in Göttingen untersucht seit einigen Jahren eine neue experimentelle Methode zur Bestimmung des Zusammenhangs von Ursache und Wirkung von aeroakustischen Schallquellen. Hierzu wird ein Ansatz verfolgt, welcher zwei experimentelle Verfahren kombiniert: Die Messung mittels der Particle-Image-Velocimetry (PIV) in der Strömung liefert Informationen über die ursächlichen Schwankungsgrößen in der Strömung. Synchron dazu werden die emittierten Schallwellen im akustischen Fernfeld durch Mikrofone erfasst. Durch die Berechnung der Korrelationsfunktion zwischen einer aus den PIV Ergebnissen abgeleiteten Größe und den Druckschwankungen im Fernfeld können dann akustische Quellregionen identifiziert werden. Die hier vorgestellten Untersuchungen wurden an einem kalten Freistrahl bei den Mach-Zahlen 0.5, 0.7 und 0.9 durchgeführt. Zur Erfassung der Druckschwankungen im Fernfeld wurden 10 Mikrophone in verschiedenen Abständen und unterschiedlichen Winkeln zu der Freistrahlachse angebracht. Die Strömungsfluktuationen im Nahfeld wurden über eine Stereo-PIV Anordnung vermessen. Es wurden signifikante Korrelationskoeffizienten zwischen den Fernfeld Druckschwankungen und den Geschwindigkeitsfluktuationen in verschiedenen Bereichen der mittels der PIV vermessenen Ebene beobachtet. Eine aus den Experimenten gewonnene wichtige Erkenntnis ist die Tatsache, dass sich von einem hohen Wert des Koeffizienten nicht ohne weitere Auswertungen auf Gebiete strömungsinduzierter Schallentstehung schließen lässt. Erst die Analyse des zeitlichen Verlaufs der Koeffizienten ermöglicht die Lokalisierung akustischer Quellregionen.