Airframe noise prediction using a discontinuous Galerkin method

Abstract

Umströmungslärm ist eine bedeutende Lärmquelle beim Landeanflug moderner Verkehrsflugzeuge mit leisen Triebwerken. Das konkrete Ziel dieser Arbeit ist die Vorausberechnung des breitbandigen Umströmungslärms von Tragflächen mit gesetzten Vorflügeln und Landeklappen in zwei Raumdimensionen. Es werden die akustischen Störungsgleichungen (APE) gelöst, deren instationärer, turbulenter Quellterm effizient mit der FRPM (Fast Random Particle Mesh) Methode aus statistischer Turbulenzinformation einer RANS (Reynolds-Averaged Navier Stokes) Rechnung modelliert wird. Die räumliche Diskretisierung der APE erfolgt auf flexiblen, unstrukturierten Dreiecksgittern mit Hilfe einer Diskontinuierlichen Galerkin (DG) Methode, die Lagrange Polynome als Formfunktionen einsetzt. Um die Zuverlässigkeit dieser DG-Methode zu testen, wurde u.a. das Schallfeld eines Monopols in einer Grenzschicht berechnet, oder auch der Hinterkantenlärm einer dünnen, ebenen Platte. Es ergab sich eine sehr gute Übereinstimmung mit theoretischen Lösungen oder mit Rechnungen, die mit dem Aeroakustik-Löser PIANO des DLR durchgeführt wurden. PIANO basiert auf einer finite Differenzen Methode und arbeitet nicht auf unstrukturierten, sondern auf blockstrukturierten Rechengittern. Bei der Vorhersage des Umströmungslärms komplexer Tragflügelkonfigurationen ergab sich eine sehr gute Übereinstimmung von DG-FRPM-Rechnungen und PIANO-FRPM-Rechnungen. Zudem passt der berechnete Lärm gut mit Windkanalmessungen und Ergebnissen aufwändiger, skalenauflösender Ansätze wie LES (Large Eddy Simulation) zusammen.