Aufgabe für eine Studienarbeit für Herrn cand. ing. Björn Greschner, Matr.-Nr. 177392
Berechnung der Schallabstrahlung umströmter Tragflügelprofile
auf Basis der zweidimensionalen Ffowcs Williams-Hawkings Gleichungen
Moderne Verkehrsflugzeuge benötigen bei Start und Landung zur Realisierung kurzer
Rollbahnstrecken und steiler Steig- bzw. Sinkraten ausgefeilte
Hilfsmittel zur Vergrößerung des Maximalauftriebs. Stand der
Technik sind dabei Konfigurationen aus Vorflügel und einer bzw.
mehrerer Hinterkantenklappen.
Bei hohen Anstellwinkeln kommt es an solchen Konfigurationen zu
instationärer Wirbelablösung und in Folge davon zu
erheblicher Schallentwicklung (airframe noise).
Im Rahmen der Studienarbeit sollen Strömungssimulationen
durchgeführt werden und die Ergebnisse der instationären
Druck- und Geschwindigkeitsfelder als Eingabegrößen für eine
Numerische Berechnung der Schallausbreitung verwendet werden.
Von Interesse sind dabei vor allem die auftretenden Schallpegel
sowie die Hauptausbreitungsrichtungen.
Entsprechende Verfahren zur Simulation der Schallabstrahlung wurden
im dreidimensionalen bereits erfolgreich
eingesetzt. Für einen effizienten Einsatz für ein weites Spektrum
ingenieurtechnischer Anwendungen ist jedoch eine zweidimensionale
Variante dieses Ansatzes wünschenswert, der bei moderatem
numerischen Aufwand als Entwurfswerkzeug für zukünftige
Entwicklungen insbesondere von Verkehrsflugzeugen, Straßen- oder
Schienenfahrzeugen eingesetzt werden kann.
Aktuelle Arbeiten [1], [2] weisen einen Weg, wie die mathematisch
komplizierte Formulierung in ein numerisches Verfahren
umgesetzt werden kann.
Das Modell zur Simulation soll zunächst anhand der vorgegebenen
Literaturstellen analytisch hergeleitet
und in diskreter Form programmtechnisch umgesetzt werden.
Zur Validierung des Ansatzes wie der Umsetzung sollen einfache
Schallqellen untersucht werden (z.B. Dipol, Zylinderumströmung).
Danach ist die Anwendung auf mindestens eine aerodynamische
Konfiguration (ähnlich wie in [3]) geplant. Dafür soll zunächst die
Strömungssimulation
auf mit Hilfe des Programmpakets ELAN2 erfolgen und auf Basis
der gewonnenen instationären Strömungsdaten die Schallausbreitung bestimmt
werden.
Die Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren
und kritisch zu diskutieren.
Literaturhinweise:
[1] M. R. Khorrami, B. A. Singer, M. E. Berkman,
Time-Accurate Simulations and Acoustic Analysis of Slat Free-Shear Layer,
AIAA Paper 2001-2155, 7th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, Maastricht,
Netherlands, 28-30 May, 2001
[2] D. P. Lockard,
An Efficient, Two-Dimensional Implementation of the
Ffowcs Williams and Hawkings Equation,
Journal of Sound and Vibration,
Vol. 229, No. 4, pp. 897-911, 2000
[3] W. Z. Shen and J. N. Sorensen,
Aeroacoustic Modeling of Turbulent Airfoil
Flows,
AIAA Journal, Vol. 39, No. 6, June 2001
Tag der Ausgabe: 1. November 2001
Tag der Abgabe: 30. April 2002
Prof. Dr.-Ing. F. Thiele
Webmaster
Last modified: Wed Jul 24 17:04:37 CEST 2002