Aeroakustische Messungen zur Validierung numerischer Simulationen - am Beispiel typischer Schallquellen an umströmten Fahrzeug- und Flugzeugstrukturen (PDF)

In dieser Arbeit erfolgt die Untersuchung von Messverfahren für die Validierung numerischer aeroakustischer Simulationen. Dabei werden Methoden und Messverfahren zur Validierung numerischer Simulationen entwickelt und dargestellt. Im Rahmen der Betrachtungen zu Messverfahren wird auch auf den aeroakustischen Windkanal als Messumgebung zur Durchführung dieser messtechnischen Untersuchungen eingegangen. Auf Basis typischer aeroakustischer Schallentstehungsmechanismen erfolgen Überlegungen zu geeigneten generischen Modellen bzw. Referenzstrukturen für aeroakustische Validierungen, welche sich sowohl in einer numerischen Simulation als auch in messtechnischen Untersuchungen analysieren lassen.
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik aeroakustischer Untersuchungen und der Darstellung des Stands der Technik. Im Anschluss an diese Einleitung werden die für das Verständnis dieser Arbeit und zur Lösung der Zielstellung benötigten theoretischen Hintergründe zur Schallentstehung an umströmten Fahrzeug- und Flugzeugstrukturen beschrieben. Im dritten Teil werden verschiedene Ansätze zur numerischen Berechnung der aeroakustischen Schallentstehung kurz erläutert. Dabei wird insbesondere auf das Modellierungskonzept aeroakustischer Simulationen eingegangen. Ausgehend von den Modellierungsstufen und Arbeitsschritten numerischer aeroakustischer Simulationen wird ein Validierungskonzept mit Priorisierung der zu untersuchenden aerodynamischen und akustischen Größen erarbeitet.
Im nächsten Abschnitt werden strömungsmechanische und akustische Messverfahren diskutiert, welche zur Bestimmung der Validierungsgrößen genutzt werden können. Dabei wird auch auf Korrelationsmessverfahren sowie die Anwendung von Mikrofonarrays zur Ortung und Trennung von Schallquellen eingegangen. Mit den Ergebnissen solcher Untersuchungen können im Rahmen von Validierungen gezielte Vergleiche von Quellmechanismen und Quellbereichen in Messungen und numerischen Simulationen durchgeführt werden. Des Weiteren werden Anforderungen an Windkanäle für die Durchführung von aeroakustischen Validierungsmessungen benannt. Für die durchzuführenden Untersuchungen werden unter den Aspekten verschiedener Formen des Hinterkantenlärms drei verschiedene generische Modellstrukturen mit breitbandiger und tonaler Schallentstehung abgeleitet und beschrieben.
Anschließend werden die Ergebnisse umfangreicher Messkampagnen an den drei zuvor beschriebenen Modellstrukturen vorgestellt und diskutiert. Die Darstellungen beinhalten sowohl Ergebnisse von Messungen zur Überprüfung entwickelter bzw. weiterentwickelter Messverfahren als auch Ergebnisse von Messungen an den Modellstrukturen. Die Arbeit schließt mit Vergleichen von Ergebnissen ausgewählter Messungen und ausgewählter numerischer Simulationen anderer Autoren ab. Dabei erfolgen vor allem qualitative Vergleiche zur Überprüfung der physikalisch-mathematischen Modelle in den Simulationen. Es wird auf die Grenzen und Unzulänglichkeiten, sowohl von Messungen als auch von Simulationen eingegangen. Ausgehend von diesen Vergleichen werden Empfehlungen für die Weiterentwicklung und Anpassung von Rechnungen, Messungen und Validierungskonzept erarbeitet.