Entwicklung der Mikrofonarraymesstechnik für die experimentelle Anwendung in kryogenen Windkanälen

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung der Mikrofonarraymesstechnik für die experimentelle Anwendung in kryogenen Windkanälen für Temperaturen bis 100 K. In kryogenen Windkanälen ist es möglich, über eine Absenkung der Temperatur die Reynoldszahl unabhängig von der Machzahl zu erhöhen. Die Anwendbarkeit der Mikrofonarraymesstechnik in kryogenen Windkanälen ermöglicht somit die unabhängige Untersuchung des Einflusses der Mach- und der Reynoldszahl auf die Charakteristik aeroakustischer Schallquellen. Zu diesem Zweck wurden zwei kryotaugliche Mikrofonarrays entwickelt. Ein kleines Array diente in einem ersten Experiment der Validierung der Messtechnik an einem umströmten Zylinder. Auf Grundlage des ersten Experimentes wurde dann ein großes Array entwickelt, welches der abschließenden Demonstration der Anwendbarkeit der Messtechnik an einem Flugzeug-Halbmodell diente. In dem Validierungsexperiment konnte die vom umströmten Zylinder induzierte akustische Quelle sowohl bei Normaltemperatur als auch im kryogenen Bereich stets gut identifiziert werden. Der Vergleich der abgestrahlten Schallleistung mit einem analytischen Modell unter Berücksichtigung der reynoldszahlabhängigen Größen wies eine gute Übereinstimmung auf. In dem Demonstrationsexperiment konnten sowohl bei Normaltemperatur als auch im kryogenen Bereich Schallquellen lokalisiert werden. Für das gesamte Modell wie auch verschiedene Quellbereiche konnte eine Abhängigkeit der abgestrahlten Schallleistung von der Reynoldszahl nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Untersuchung am Halbmodell demonstrierten erfolgreich die Anwendbarkeit der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Messtechnik. The present work deals with the development of the microphone array measurement technique for application to cryogenic wind tunnels at temperatures down to 100 K. In cryogenic wind tunnels the Reynolds number can be changed independent of the Mach number. Therefore the applicability of the microphone array measurement technique to cryogenic wind tunnels allows the independent investigation of Mach and Reynolds number effects for aeroacoustic sources. For this purpose two microphone arrays suitable for cryogenic application have been developed. A small array was used for a validation experiment using a single-rod configuration as an aeroacoustic noise source; the experience gained therefrom being then used to develop a larger array. This array was used to finally demonstrate the applicability of the measuring technology to an airplane half model. In the validation experiment, the aeroacoustic source induced by the rod could be identified by the microphone array at ambient as well as at cryogenic temperatures. The comparison of the radiated sound powers with predictions from an analytical model which took into account variables dependent on the Reynolds number showed very good agreement. In the demonstration experiment, aeroacoustic sources were localised at ambient as well as at cryogenic temperatures. The radiated sound showed a dependence on the Reynolds number for the whole model as well as for different source areas. The results of the investigation on the half model demonstrated successfully the applicability of the measurement technique developed within the scope of this work.