A Hybrid Computational Aeroacoustics Method to Simulate Airframe Noise

Beschreibung

Zur Simulation von turbulenzbedingtem Lärm wird ein hybrides Zweischrittverfahren betrachtet. In einem ersten Schritt wird das instationäre und kompressible Strömungsfeld für ein kleines ausgewähltes Quellgebiet mittels einer Grobstruktursimulation (Large Eddy Simulation, LES) berechnet. Aufgrund der großen Disparitäten der akustischen und turbulenten Skalen für Strömungen kleiner Machzahlen erfolgt die Bestimmung des resultierenden zeitabhängigen akustischen Feldes in einem zweiten Schritt mittels akustischer Quellterme, die aus der instationären Strömungssimulation folgen. Das akustische Rechengebiet erstreckt sich in das nahe akustische Fernfeld, so dass Beugungseffekte an Teilen der Oberflächengeometrie, die nicht durch die LES aufgelöst werden, in der akustischen Simulation berücksichtigt werden. Zur Simulation der zeitabhängigen strömungsinduzierten akustischen Felder wird eine Familie von akustischen Störungsgleichungen (Acoustic Perturbation Equations, APE) abgeleitet, deren Stabilität divergierende Lösungen für kritische Grundströmungsfelder unterdrückt. Der erste Teil der Arbeit diskutiert die Implementierung und Validierung von Algorithmen, die im Rahmen der Computational Aeroacoustics (CAA) in den letzten Jahren zur Diskretisierung der linearisierten Euler Gleichungen entwickelt worden sind. Der zweite Teil untersucht die Anwendung der akustischen Störungsgleichungen (APE) auf aerodynamische Zellenlärmprobleme. Das laminare Strömungsfeld eines Zylinders bei einer Machzahl von M=0.3 und einer Reynoldszahl Re=200 wird betrachtet, um verschiedene APE – Quelltermformulierungen zu vergleichen. Desweiteren wird mittels der hybriden Methode Hinterkantenlärm einer ebenen Platte 5 bei M = 0. 15 und Re = 7 ⋅10 exp(5) simuliert. Quelle des Wirbellärms ist dabei der Lambsche Vektor, welcher leicht aus einer Grobstruktursimulation des inkompressiblen und kompressiblen Problems bestimmt werden kann. Die akustische Wirbelquelle ist identisch mit der der akustischen Analogien von Powell, Howe und Möhring.

Autor*in

Roland Ewert

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Acoustic Perturbation Equations Airframe Noise CAA LES Source Filtering Strömungstechnik Trailing Edge Noise

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