Laserbasierte tomographische Messung der lokalen akustischen Impedanz von überströmten Linern (TOMLIM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske; Professor Dr. Lars Enghardt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408927635

Für die Lärmreduzierung von Flugzeugtriebwerken kommen so genannte Liner zum Einsatz, die eine perforierte Wandauskleidung mit dahinterliegenden Hohlräumen aufweisen. Aus Umweltschutzgründen ist die Entwicklung neuer Liner mit effizienterer Schallreduktion wünschenswert. Bisher basiert diese Optimierung auf heuristischen Methoden, da unvollständige physikalische Modelle der aeroakustischen Wechselwirkung an der Perforation und somit der akustischen Dämpfung vorliegen. Beispielsweise zeigen Forschungsergebnisse der Antragsteller aus vorrangegangenen Projekten, dass die aeroakustischen Wechselwirkungen nicht nur zur Schallreduktion, sondern auch –produktion beitragen und entsprechendes Potential zur Entwicklung effizienterer Liner besteht. Dieses akustische Verhalten an den perforierten Oberflächen von Linern kann durch die Schallimpedanz, also den Quotienten aus Schallschnelle und -druck beschrieben werden. Daher ist die Kenntnis dieser Größe entscheidend für das Verständnis der kürzlich detektierten lokalen Dämpfungsprozesse. Entsprechend zu klären ist die Schlüsselfrage, welche Auswirkung die Bildung lokaler Schallquellen oder örtliche Fluktuationen der Impedanz auf die Schalldämpfung haben. Aktuelle physikalische Modelle vernachlässigen die lokale Impedanz jedoch, weshalb für die Erweiterung der Modelle die messtechnische Erfassung der Impedanzverteilung, bzw. des Schalldrucks sowie der Schallschnelle nötig ist.Bisher ungelöst, aber für die Bestimmung und Anwendung von exakten, über die gesamte Wand gemittelten Liner-Wandimpedanzen ist die exakte Modellierung des Übergangs von schallharter Bewandung auf die Oberfläche des Liners eine wichtige Voraussetzung. Die hier geplante dreidimensionale Erfassung des Schalldrucks im Nahfeld des Liner-Übergangs ermöglicht fundamentale Erkenntnisse bezüglich des lokalen Verhaltens der Impedanz, beispielsweise bezüglich der Richtungsabhängigkeit der Dämpfungseffizienz bezogen auf die Schallwelle. Somit erlaubt die Messung die experimentelle Überprüfung und Erweiterung theoretischer Modellannahmen zur aeroakustischen Wechselwirkung, welche lokale Impedanzeffekte bisher noch nicht berücksichtigen. Ein relevanter, aktuell bereits theoretisch untersuchter Aspekt ist hier die Erweiterung der Beschreibung von Liner-Randbedingungen durch eine zusätzliche Impulstransferimpedanz zur Berücksichtigung der Fluidpartikelwechselbewegung direkt an der Oberfläche des Liners. Weiterhin eröffnet das verbesserte Verständnis der Wirkungsweise die Möglichkeit, detaillierte Voraussagen über das Dämpfungsverhalten bestimmter Liner-Geometrieentwürfe zu treffen, wodurch die Entwicklung effizienterer Schalldämpfer schneller und zielgerichteter ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Friedrich Bake