Strömungsgeräusche – Beschreibung und Minderung mittels numerischer und experimenteller Simulation

Abstract

Die Mehrzahl technischer Strömungen ist aufgrund hoher Reynoldszahlen turbulent (d.h. stark wirbelig) und erzeugt störende Geräusche. Häufig können solche aeroakustischen Geräusche nicht durch sekundäre Lärmminderungsmaßnahmen bekämpft werden, weil weder Abschirmungs- noch Absorptionsmöglichkeiten realisiert werden können. Beispiele hierfür sind etwa der Schubstrahl oder das Landeklappensystem eines Verkehrsflugzeugs. Hier kommt nur die primäre Lärmminderung, also an der Quelle in Betracht. Allerdings ist dieses eine schwierige Aufgabe, weil die Ursache der Schallquellen, die Strömungsturbulenz, ihrer außerordentlichen Komplexität wegen nicht vollständig verstanden ist. Auch aufwändigste Computersimulationen können bislang Turbulenz nur bei sehr geringen Reynoldszahlen vollständig auflösen. Aus diesen Beschränkungen besteht auch längerfristig der Bedarf an der Modellierung turbulenzbedingter Schallquellen, erst recht, weil das Ziel der numerischen Simulation letztlich die aeroakustische Entwurfsaufgabe ist, bei der i.d.R. eine Vielzahl von Varianten berechnet werden müssen. Häufig können aeroakustische Quellen auch nur durch Nachrüstmaßnahmen gemindert werden. Hier kommen Technologien zum Einsatz, die sich derzeit einer numerischen Beschreibung noch vollständig entziehen (flexible Bürstenfortsätze an überströmten Hinterkanten, Turbulenzbeeinflussung durch poröse Materialien etc.). Der Artikel gibt einen Überblick über die Leistungsfähigkeit und das Potenzial der numerischen Aeroakustik (CAA) in Verbindung mit fortschrittlicher, stochastischer Turbulenzmodellierung. Es wird die jeweilige Rolle der numerischen und der experimentellen Simulation mit Blick auf die Reduzierung von Strömungsgeräuschen diskutiert. Beispiele zur Beschreibung und Minderung von Strömungsgeräuschen aus der Luftfahrtforschung werden im letzten Abschnitt besprochen.