Lärmminderung durch Chevron-Düsen mittels Mehrpunktoptimierung

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolas R. Gauger; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247310774

Trotz der Einführung von Triebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis und der Chevron-Konturierung, d.h. die Düsenhinterkante besitzt eine sägezahnähnliche Form, hat Strahllärm immer noch einen signifikanten Anteil am Gesamttriebwerkslärm. In dem vorgeschlagenen Projekt werden Chevrons zur optimierten Lärmreduzierung untersucht. Chevrons können den Schallpegel während des Starts von Flugzeugen zwar verringern, jedoch kann auch der Effekt der Schubreduktion des Triebwerkes beim Startvorgang und im Reiseflug eintreten. Deshalb besteht die Herausforderung in der Optimierung der Chevrongeometrie, so dass die maximale Lärmreduzierung beim Startvorgang erreicht und der Schubverlust während des Starts und im Reiseflug vermieden wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine neuartige Mehrpunkt-Schubkontrollierte Lärmminimierungsmethode zum Design von optimalen Chevrongeometrien entwickelt. In dieser wird ein hochgenauer aeroakustischer Löser mit gradientenbasierten Optimierungsalgorithmen gekoppelt. Dazu wird eine Adjungierte des aeroakustischen Lösers mit Hilfe automatischen Differenzierens im Rückwärtsmodus implementiert, mit der sich Gradienten des Schallpegels hinsichtlich der Chevrongeometrie ermitteln lassen. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Form der Chevrons so optimiert werden kann, dass der abgestrahlte Fernfeldlärm minimiert wird. Durch Einführung eines Penaltyterms in die Kostenfunktion werden die Schubverluste vermieden. Weiterhin wird die Adjungierte zur Lokalisierung der Schallquellen verwendet, die den Hauptteil des Lärms im koaxialen Strahl des Triebwerks verursachen. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur zu einem besseren Verständnis wie Chevrons den Schallpegel und den Schub beeinflussen beitragen, sondern eine methodische Basis liefern, mit der optimale Chevrongeometrien ermittelt werden können, die weit über einen aufwändigen, durch Fehlversuche geprägten, experimentellen Ansatz hinausgehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Matthias Meinke