Trailing-Edge Noise--- Reduction Concepts and Scaling Laws

Kurzfassung

Diese Arbeit fasst die Ergebnisse einer experimentellen Grundlagenstudie über Hinterkantenschall zusam-men. Im Rahmen umfangreicher Parameteruntersuchungen im Akustischen Windkanal Braunschweig (AWB) des DLR wurde der Einfluss ausgewählter aerodynamischer und geometrischer Parameter auf die Schall¬abstrahlung von Abströmkanten messtechnisch erfasst. Insbesondere wurde die Geräuschminderungs-wirkung von strömungsdurchlässigen kammförmigen/geschlitzten Kantenmodifikationen nachgewiesen. Dies beinhaltet auch eine detaillierte Untersuchung von undurchlässigen Referenzhinterkanten unterschiedlicher Dicke unter Bezugnahme auf Messdaten und Vorhersageverfahren aus anderen For-schungs¬arbeiten. Die Ergebnisse dieser Studie belegen eine breitbandige Schallreduktion von 2‒10 dB je nach Art der Hinterkantengestaltung. Die für eine optimale Lärmminderungswirkung erforderlichen Ge-staltungsgrundlagen für kammförmige Abströmkanten werden in dieser Arbeit erstmalig untersucht. Ein-fache Skalierungsgesetze für die Schallabstrahlung werden im Hinblick auf eine spätere technische Umset-zung abgeleitet. Mögliche Anwendungsbereiche liegen in lärmreduzierenden Nachrüstmaßnahmen für Auftriebsflächen von Verkehrsflugzeugen, Propellerblättern von Lüftern oder Windkraftanlagen, welche starke Emitter von Hinterkantenschall sind. Die gewonnene Datenbasis erweitert den gegenwärtigen Wis-sensstand um detailliertere Erkenntnisse, betreffend der Schallzeugung an konventionellen Hinterkanten (spektrale Ausprägung von Hiebtonphänomenen sowie Erweiterung des nutzbaren Frequenzbereichs zu höheren Frequenzen) und wird auszugsweise bereits im Rahmen internationaler Benchmark-Aktivitäten zur Validierung numerischer Vorhersagen eingesetzt. Weiterhin liefert sie grundlegende Gestaltungsrichtlinien für lärmoptimale kammförmige Modifikationen. This thesis summarizes the results of an experimental study on trailing-edge noise. Extensive acoustic and aerodynamic measurement data were collected from parametric tests in DLR's open-jet Acoustic Wind Tunnel Braunschweig (AWB). The noise reduction effect of several flow-permeable comb-type / slotted edge modifications was evaluated which included also a comprehensive examination of solid reference trailing-edges of varying bluntness. For establishment of the reference database a detailed comparison with datasets and prediction approaches of other researchers in the field is provided. Measurement results indicate a significant broadband source noise reduction potential of 2‒10 dB, depending on the trailing-edge configuration. For an optimum effect of comb-type trailing-edges so far unknown design criteria are investigated. Basic noise scaling rules are presented with respect to a potential application of such devices as add-on solutions for e.g. the lifting surfaces of current passenger aircraft, the blades of cooling fans or wind turbines which all represent strong trailing-edge noise radiators. The gained data base allows to extend the current knowledge of trailing-edge noise generation and reduction processes. Parts of it are currently used within international benchmark activities to validate computational prediction methods. New findings concern some details regarding the sound generation at the solid reference trailing-edges (spectral manifestation of blunt trailing-edge noise contributions and extension of the usable measurement range towards higher frequencies). Moreover, basic design guidelines for low-noise comb-type trailing-edges are provided.