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Projektergebnisse

Die bisher erreichten Arbeitsergebnisse sind durch die folgenden Aspekte gekennzeichnet:


Strömungsschall:

Aus typischen Fahrzeugstrukturen des landgebundenen Hochgeschwindigkeitsverkehrs wurden folgende Beispiele für aeroakustisch relevante Testfälle abgeleitet:

Testfall 1:     überströmter Hohlraum (Türschlitz, Waggonschlitz/-stoß,
                     Schiebedach)

Testfall 2:     vorwärts geneigte Stufe (Wasserfangleiste, Fensterdichtungen)

Testfall 3:     Halbzylinder mit Heckdreikant (Stromabnehmer, Außenspiegel,
                     weitere Fahrwerkskomponenten, z. B. Querlenker)


Zur Vorbereitung der experimentellen Untersuchungen an den ausgewählten Fahrzeugstrukturen wurde der aeroakustische Windkanal der TU Dresden nach seinem Umbau (höhere Strömungsgeschwindigkeiten) hinsichtlich des Störgeräusches in der Messstrecke neu vermessen. Die Messergebnisse  zeigen, dass dieser Windkanal einen außerordentlich leisen Freistrahl besitzt und damit für aeroakustische Messungen geradezu prädestiniert ist.

Ein Mikrofonarray mit 64 Elektretmikrofonen zur Schallquellenlokalisierung an den umströmten Fahrzeugstrukturen im aeroakustischen Windkanal befindet sich im Aufbau. 

Erste numerische Untersuchungen zur Schallerzeugung an umströmten Strukturen mit Hilfe von Lattice-Boltzmann-Verfahren zeigen am Beispiel einer überströmten Platte mit einem aufgesetzten Hindernis (weit vor der Hinterkante) starke Druckschwankungsfelder nach der Hinterkante der Platte sowie Richtcharakteristiken der Schallabstrahlung. Zum Austausch der Erfahrungen hinsichtlich der Anwendung von PowerFLOW in der Aeroakustik ist einer der Kooperationspartner in das Aeroacoustic Consortium Exa integriert.

Im o. g. zweiten Arbeitspaket des Projektes AKUSIM wird von EADS München das Programm FLOWNOISE, das auf der Ffowcs Williams-Hawkings Theorie (FWH) der Schallabstrahlung von umströmten Körpern beruht, verwendet, gekoppelt mit der Software SYSNOISE. Dazu wird auf der Oberfläche des Körpers das Druckschwankungsfeld und mit der Large Eddy Simulation (LES) das Geschwindigkeitsfeld im Strömungsvolumen berechnet; mit Hilfe der FWH werden dann für passive Körper aus dem Oberflächenintegral (Dipolanteil) und dem Volumenintegral (Quadrupolanteil) die Schallenergieanteile im Fernfeld ermittelt und visualisiert.

Zur aeroakustischen Bewertung umströmter Strukturen wurde im dritten Arbeitspaket (DLR Braunschweig) eine erste Arbeitsversion des Rechencodes geschaffen, der auf den nichtlinearen Störungsgleichungen in 3D-Formulierung basiert. Der Code wurde an einem nichtlinearen Ringwirbel erfolgreich getestet. 

Erste Simulationen zum Strömungsfeld bzw. zur Schallentstehung wurden für zwei Testfälle der ausgewählten Fahrzeugstrukturen durchgeführt, und zwar mit dem Ziel von Vorüberlegungen zur Planung der Validierungsversuche am Windkanal. Hier wurde auch bereits eine Skalierung der akustischen Richtcharakteristik mit Hilfe der Mach-Zahl erprobt.

Für den o. g. Testfall 3, den umströmten Halbzylinder mit Heckdreikant, zeigen erstellte Graphiken RANS-Simulationen bei Ma = 0,1 für drei Verhältnisse von Dreikantlänge zu Zylinder-durchmesser l/d. Dabei ergeben sich deutlich zwei qualitativ unterschiedliche Strömungsstrukturen: Abreißgebiete/Wirbelstrukturen/Rückströmung bei kleinen Verhältnissen von l/d, dagegen in weiten Bereichen des Heckdreikants anliegende Strömung bei großen Verhältnissen von l/d.   
  
Körperschall:

Im 4. Arbeitspaket wurden durch eine umfassende Literatursicht alternative Ansätze zum Verfahren der Statistischen Energieanalyse (SEA) erkundet, die folgende Anforderungen erfüllen sollen: höherer, aber vertretbarer Rechenaufwand, Vorhersagen stärker differenziert, weniger idealisierte Modellierung, bessere CAE-Kompatibilität.

Eingehende Untersuchungen führten dazu, die folgenden beiden Verfahren in die engere Auswahl einzubeziehen: Smooth energy model (Energy-BEM) und Vibrational Conductivity Analysis (Energy-FEM).

Proberechnungen wurden für eine 2D-Platte (U-förmig, ungleiche Breite und Länge der Schenkel) bei Variation der Frequenz und des Verlustfaktors durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit den Resultaten der SEA verglichen. Des weiteren wurde das Schallübertragungsverhalten einer geschlossenen Kastenstruktur mit Hilfe der SEA untersucht und experimentellen Ergebnissen gegenübergestellt. Die quaderförmige Kastenstruktur bestand aus 6 trapezförmigen Aluminium-Platten, die in den Kanten mit Metallwinkeln verschraubt waren. Das System wurde für die SEA in 8 Substrukturen zerlegt (6 Platten, Innen- und Außenraum). Der Vergleich der Schallschnellepegel auf einer ausgewählten Platte bzw. der Schalldruckpegel im Innenraum der Kastenstruktur, und zwar zwischen der SEA und der Messung, zeigt erwartungsgemäß im mittleren Frequenzbereich (etwa zwischen 315 bis 1250 Hz) eine gute Übereinstimmung. Die zuverlässige Vorhersage mit der SEA ist jedoch an die Erfüllung der Voraussetzungen für dieses Verfahren gebunden (u. a. genaue Modellbildung, genaue Kenntnis der Eingangsdaten, ausreichende Modendichte, schwache Kopplung).
 
Die Ergebnisse des Schwerpunktes „Akustische Simulationsverfahren AKUSIM“ lassen Berechnungsverfahren für den Strömungs- und Körperschall bei typischen Fahrzeugstrukturen des landgebundenen Verkehrs erwarten, die einen bedeutungsvollen Schritt auf dem Weg zur akustischen Auslegung von Verkehrsmitteln darstellen.

Allgemeine Informationen

 

Der PT MVBW ist organisiert im PT - Netzwerk.

 



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