Zusammenfassung: | |
Für die Entwicklung akustisch optimierter Turbomaschinen ist ein verbessertes Verständnis
über die physikalischen Mechanismen des Schalltransports wichtig. Die
tonalen Lärmquellen werden maßgeblich durch die Rotor-Stator-Interaktion (RSI)
generiert und breiten sich innerhalb der Turbomaschine in axialer Richtung in Form
von akustischen Schallmoden aus. Dabei wird ein geringer Anteil der Gesamtschallleistung
dieser Moden durch Reibungseffekte abgeschwächt, während ein großer Teil der
Schallleistung durch die Schaufelreihen transmittiert bzw. reflektiert wird. Aus diesem
Grund widmet sich die vorliegende Arbeit der Untersuchung des Reflexions- und
Transmissionsverhaltens von Schallmoden durch reale Schaufelreihen. Durch Einsatz
eines Schallgenerators werden gezielt Schallmoden in die Messstrecke eingekoppelt
und das gesamte ausbreitungsfähige Schallfeld stromauf und stromab der untersuchten
Schaufelreihen wird mit speziell ausgelegten Mikrofonarrays vermessen. Anschließend
wird das gemessene Schallfeld mittels der Radialmodenanalyse (RMA) in seine harmonischen
Komponenten und beteiligte Moden zerlegt. Das Ziel ist, die vollständige
Ermittlung der Schallleistungspegel für stromab- und stromauf laufende Schallmoden,
um Rückschlüsse auf die Transmission und Reflexion durch Schaufelreihen ziehen zu
können.
Auf Basis des zweidimensionalen ebenen Plattenmodells nach Smith (1973) und
Koch (1971) werden bekannte Ansätze für erweiterte quasi 3d-Schalltransportmodelle
angewandt. Die Weiterentwicklung der Modelle auf quasi-3d berücksichtigt einerseits
die Eigenschaften dreidimensionaler Schallmoden mittels der Radialstreifen-Methode
(RSM) und andererseits die Eigenschaften einer dreidimensionalen Schaufelkontur
mittels der Panel-Methode (PM). Bei der RSM wird der über den Radius variierende
Einfallswinkel einer dreidimensionalen Schallmode berücksichtigt, indem diese
in verschiedene Radii geschnitten und anschließend für jeden Schnitt eine 2d-
Modellberechnung durchgeführt wird. Die berechneten Schalldruckverteilungen am
Ein- und Austritt des Plattenmodells werden für die anschließende RMA verwendet,
mit der dann die modenspezifische Transmission und Reflexion bestimmt wird. Die
Kombination der RSM-Modellberechnungen mit dem im Rahmen dieser Arbeit neu
entwickelten Panel-Ansatz (RSPM), bei der die Schaufelkontur durch Variation der
Plattenanstellwinkel berücksichtigt wird, sind verbesserte Übereinstimmungen mit
experimentellen Ergebnissen nachgewiesen. Desweiteren lässt sich feststellen, dass mit
RSPM die Streuung modaler Schallleistung und die verbesserte Berücksichtigung des
modalen Einfallswinkel vorhergesagt wird. Die Eingangsparameter der in MATLAB
implementierten und weiterentwickelten Modelle sind die Schaufelgeometrie und die
Mach-Zahl.
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Publikationstyp: | DoctoralThesis |
Publikationsstatus: | publishedVersion |
Erstveröffentlichung: | 2024 |
Schlagwörter (deutsch): | Transmission und Reflexion, Schalltransportmodell, Modalanalyse |
Schlagwörter (englisch): | transmission and reflection, sound transport model, mode analysis |
Fachliche Zuordnung (DDC): | 620 | Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau |