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Arbeitsgruppe Aeroakustik/ Aeroelastik

Beschreibung

Langzeitprognosen sagen für die kommenden Jahrzehnte eine stetige Zunahme des globalen Flugaufkommens voraus. Dies geht unmittelbar mit einer Erhöhung der Schadstoff- und Lärmemission einher, was die Entwicklung neuer Flugzeugkonzepte und neuer Antriebe erfordert. Getrieben werden diese notwendigen Entwicklungen zusätzlich durch eine Verschärfung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsobergrenzen. Auf technischer Seite erfordert dies teilweise neue Systemanforderungen an die Antriebe. So wird etwa die Steigerung des Wirkungsgrads durch eine Erhöhung der spezifischen Stufenarbeit erreicht. Dies bewirkt zum einen eine zunehmende mechanisch-dynamische Belastung der Beschaufelung, zum anderen führt es zur Erhöhung des strömungsinduzierten Lärms, was neue Design und Sicherheitsansätze für moderne Flugantriebe bedingt. Insbesondere die instationären Wechselwirkungen zwischen der Aerodynamik, Akustik, Strukturdynamik oder Reaktionskinetik verlangen nach einer ganzheitlichen Betrachtungsweise, um die gekoppelten Phänomene korrekt zu beschreiben. 

Die Arbeitsgruppe Aeroakustik & Aeroelastik beschäftigt sich daher mit aktuellen Fragestellungen in den Bereichen der Akustik und der Schwingungsmechanik von Strömungsmaschinen im Rahmen von sowohl öffentlich geförderten Projekten, als auch reinen Industrieaufträgen. 

Auf akustischer Seite werden die Schalltransport- und Entstehungsmechanismen in Turbinen und Verdichtern untersucht, numerisch simuliert und aeroakustischer Messverfahren entwickelt. Dem Institut stehen dazu mit einem speziell für Turbomaschinenanwendungen entwickelten aeroakustischen Windkanal, einem Luftturbinenprüfstand und zwei Axialverdichterprüfständen leistungsfähige Testmöglichkeiten zur Verfügung. Die numerische Untersuchungen (CFD/CAA) werden in enger Kooperation mit der Arbeitsgruppe numerische Methoden unter Verwendung von sowohl kommerzieller, als auch nicht-kommerzieller Simulationssoftware durchgeführt. Weitere Aufgabenfelder sind die akustische Resonanz und die Untersuchung der Schallentstehungsmechanismen an Windenergieanlagen mit aktiven Hinterkanten.

Der Bereich der Aeroelastik umfasst sowohl numerische Simulationen als auch experimentelle Untersuchungen in Verdichtern und Turbinen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Erforschung der wesentlichen aeroelastischen Effekte, insbesondere der Quantifizierung der aerodynamischen Dämpfung. Dazu werden etwa akustische Anregungseinheiten eingesetzt, die es ermöglichen gezielte Schwingungsformen in rotierenden Schaufelgittern von Verdichtern und Turbinen anzuregen, um anschließend deren Schwingungs- und Abklingverhalten zu vermessen. 

Zusätzlich werden Methoden entwickelt die durch aeroelastische Effekte verursachten Belastungen der Schaufelgitter möglichst genau vorhersagen zu können. Im Bereich der Aeroelastik besteht eine enge universitätsinterne Zusammenarbeit mit dem Institut für Dynamik und Schwingungen.

Abgeschlossene Projekte

  • Analytische Untersuchung von Akustischer Resonanz in mehrstufigen Axialverdichtern
  • BliDes – Experimentelle Untersuchung von Verdichter-Flutter
  • Bürgernahes Flugzeug - Untersuchung der Schalltransportmechanismen in Niederdruckturbinen 
  • Entwicklung und experimentelle Verifikation einer Methode zur akustischen Anregung von rotierenden Schaufelgittern
  • Experiementelle Untersuchung der Akustischen Resonanz in einem 4-stufigen Axialverdichter

Laufende Projekte

  • Akustische Anregung von Schaufelschwinungen zur Untersuchung der aerodynamischen Dämpfung
  • Experimentelle Untersuchungen zur Transmission und Reflexion von Schallmoden in Niederdruckturbinengitter
  • Numerische Sensitivitätsanalyse zur Schallentstehung und –reduktion im vorderen Kerntriebwerk
  • SFB 871 TP C4 - Regenerationsbedingte Varianz aeroelastischer Eigenschaften von Turbinenschaufeln
  • SFB 871 TP C6 - Regenerationsbedingte Varianz aeroelastischer Eigenschaften von Verdichter-Blisks 
  • Smart Blades-Strömungssimulation und Lärmabschätzung von WKA-Blättern mit Klappen

Gruppenleitung

Gruppenleiter

Dipl.-Ing. Christopher Meinzer