Ermittlung von aerodynamischen Schallquellen auf turbulent überströmten Oberflächen (de)
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Abstract:
Der Vortrag führt einen fundamental neuen Ansatz zur Lokalisierung von turbulenzbedingten Schallquellen an überströmten Oberflächen ein. Im Gegensatz zur Quelllokalisierung mittels Multimikrophonanordnungen („phased arrays“) und Beamforming-Algorithmen, werden Schallquellen auf Basis einer fundamentalen Quellhypothese ermittelt. Diese besagt, dass die Reflexion eines auf die Oberfläche einwirkenden (vor allem hydrodynamischen) Druckfelds keinen Schall erzeugt. Die Quellhypothese wird mit Hilfe der Grundgleichungen der Aeroakustik, speziell der Ffowcs-Williams- und Hawkings, bzw. Kirchhoff-Gleichungen, mathematisch formuliert. Diese Umsetzung zeigt andererseits, dass der akustisch wirksame (und um Größenordnungen kleinere) Teil der turbulenzbedingten Oberflächendruckfluktuationen durch deren Filterung, mit dem die Beugung beschreibenden Oberflächenintegral nach Kirchhoff, sichtbar wird. Die Berechnung des Fernfelds gelingt auf der Basis dieses massiv reduzierten sog. „akustischen Oberflächendruck pS“, der somit offenbar alle aeroakustisch relevanten Teile darstellt. Aus pS lässt sich schließlich eine wahre Oberflächenquellgröße q ableiten, die erstmals auf der Basis erster Prinzipien, eine aeroakustische Quelle quantifiziert. Ihre Verteilung auf der überströmten Oberfläche identifiziert die Quellorte und zeigt zudem gegenüber Beamformingtechniken eine massiv erhöhte Auflösung, die nicht durch Schallwellenlängen begrenzt ist. Sie ist als wahre Quellgröße dadurch qualifiziert, dass sie beobachterunabhängig ist. Die neue Methode wird anhand der aerodynamischen Schallerzeugung an einem umströmten Profil ohne und mit Zuströmturbulenz demonstriert.