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Designoptimierung und -analyse der Düsengeometrie hinsichtlich turbulenzinduzierter Schallemissionen
Zitatschlüssel strasser_diss_2015
Autor Jean-Marie Strasser
Jahr 2015
DOI 10.14279/depositonce-4430
Ort Berlin
Monat April
Herausgeber DepositOnce - Institutional Repository for Research Data and Publications of TU Berlin
Wie herausgegeben Creative Commons Namensnennung 3.0 Deutschland (CC BY 3.0 DE)
Schule Technische Universität Berlin
Zusammenfassung Es wird eine numerische Prozesskette zur akustischen Designoptimierung von Schubdüsen hergestellt. Dies geschieht mithilfe eines parametrisierten Düsenmodells und einer statistischen akustischen Kostenfunktion. Durch die Analyse des Einflusses der Düsengeometrie auf Emissionseigenschaften der Düsenströmung wird eine akustische und aerodynamische Kosten-Nutzen-Abwägung vorgenommen. Die Prozesskette ist vollständig geschlossen und durch Variieren der Geometriefunktion können eine Vielzahl unterschiedlicher Düsendesigns berechnet werden, sodass eine akustische Designoptimierung der Schubdüsengeometrie erfolgen kann. Das parametrisierte CAD (Computer aided Design)-Modell der Schubdüse dient als Randbedingung einer CFD (Computational Fluid Dynamics)-Simulation. Für bestimmte Designparameter der Düsengeometrie erfolgt dann eine schnelle Abschätzung der akustischen Kosten aus dem Emissionsspektrum der resultierenden Düsenströmung. Dazu werden lediglich die Ausgabedaten einer stationären RANS (Reynolds averaged Navier Stokes)-Berechnung, kombiniert mit dem SST (Shear Stress Transport)-Turbulenzmodell und einem integralen CAA (Computational Aeroacoustics)-Modell herangezogen. Die lärmoptimierten Geometrieparameter werden schließlich in Abhängigkeit zur akustischen Kostenfunktion für unterschiedliche Geometrievarianten dargestellt. In der aktuellen Version der Prozesskette ist der Gültigkeitsbereich der akustischen Kostenfunktion auf einen Emissionswinkel um 90° (sideline) und kalte Düsenstrahlen beschränkt. Die Eigenschaften und die Funktionsweise der Prozesskette werden hier dokumentiert von der Methodik bis hin zur Validierung. Zum Schluss wird gezeigt, wie die Prozesskette angewendet wird, um Düsengeometrien hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften zu charakterisieren und zu optimieren. Weiterhin werden physikalische Aspekte diskutiert, welche eine Reduzierung von Strahllärm durch Anpassung der Düsengeometrie hervorrufen können. Die Düsengeometrie ist als Design-Größe ausschlaggebend für die Eigenschaften der turbulenten Düsenströmung und damit für den Strahllärm. In der Vorentwurfsphase hinsichtich lärmeffizienter Schubdüsen kann die Prozesskette zur Reduzierung von Strahllärm als maßgebliche Komponente von Fluglärm beitragen.
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