Anwendung der Mikrofonarraymesstechnik in kryogenen und druckbeaufschlagten Windkanälen

Transkript

1 Anwendung der Mikrofonarraymesstechnik in kryogenen und druckbeaufschlagten Windkanälen Thomas Ahlefeldt Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Abteilung Experimentelle Verfahren Folie 1

2 Motivation Kleinskalige Modelle im konventionellen Windkanal Realflugbedingungen Skaliertes Modell im Windkanal Konventioneller Windkanal: keine Flugreynoldszahlen kryogener und/oder druckbeaufschlagter Windkanal Folie 2

3 Motivation Re-Bereich: Start/Landung Gliederung: kryogen und druckbeaufschlagt kryogen konventionell I Umströmter Zylinder im DNW-KKK II DO-728 Halbmodell im DNW-KKK III Umströmter Zylinder im PETW Vorteil gegenüber konventionellen Windkanälen: Machzahl und Reynoldszahl sind unabhänig voneinander variierbar! Folie 3

4 I Umströmter Zylinder im DNW-KKK Mikrofon Array Zylindersegment ohne Umwicklung Zylinder (Ø 2.5 mm) mit Umwicklung (Ø 0.5 mm) Folie 4

5 I Umströmter Zylinder im DNW-KKK Strouhalzahl: [5] [5] U. Fey, 1998 Folie 5

6 I Umströmter Zylinder im DNW-KKK Vergleich mit analytischem Modell für der Schallleistung: gute Übereinstimmung Folie 6

7 II DO-728 Halbmodell im DNW-KKK Mikrofon Array 144 Mikrofone angeordnet in Spiralarmen DO 728 Halbmodell Skalierung: 1 : 9,24 ½ - Spannweite: 1,44 m Flügeltiefe: 0,338 m Messparameter Anstellwinkel: -1 to 10 Machzahl: 0,125 0,3 Temperatur: 300 K K Re δ = DO-728 Halbmodell in Hochauftriebskonfiguration Folie 7

8 II DO-728 Halbmodell im DNW-KKK Folie 8

9 DO-728 Halbmodell im DNW-KKK Integrierte Schallleistung der fokussierten Quellkarten 5 db scaled with Ma 6 Folie 9

10 III Umströmter Zylinder im PETW Quelllokalisation mit einem Test-Mikrofonarray unter ETW-nahen Bedingungen Anwendungstest für Sensoren, Signalleitungskonzept, el. Bauteile ALSA Aussenansicht des Pilot-ETW Folie 10

11 Aufbau III Umströmter Zylinder im PETW - Sensorkalibrierung - Druckkessel des ETW 120 K T 290 K 100 kpa p 400 kpa Messsystem PULSE-Kalibrier Messsystem (Bruel&Kjær) Prinzip: elektrostatische Anregung Mikrofone im geöffnetem Druckkessel Folie 11

12 III Umströmter Zylinder im PETW - Sensorkalibrierung - Ergebnisse Temperatur und Druckverhalten nicht unabhängig voneinander p = 100 kpa, versch. T p = 400 kpa, T versch. = 290 T K Folie 12

13 III Umströmter Zylinder im PETW Aufbau Pilotkanal des ETW 120 K T 290 K 400 kpa p 100 kpa 0,15 Ma 0,3 Messdurchführung Zylinder d = 1,9 mm 12 Mikrofone zwei Montagevarianten Folie 13

14 III Umströmter Zylinder im PETW - Druck/Temperatur Korrektur - analytisches Modell zur Zylinderabstrahlung (nach Phillips): u - Betrachtung: M Betrachtung: Korrektur für kryogene und bedruckte Messstrecke: Folie 14

15 III Umströmter Zylinder im PETW Verschiedene Drücke bei Normaltemperatur Ohne -Korrektur Mit -Korrektur Folie 15

16 III Umströmter Zylinder im PETW Verschiedene Temperaturen bei Normaldruck Folie 16

17 III Umströmter Zylinder im PETW Verschiedene Drücke bei T =120 K 0.6 Transition in Scherschicht C L ' db Reynoldszahl Folie 17

18 Zusammenfassung Machbarkeitsstudie im DNW-KKK am umströmten Zylinder [1] erfolgreiche Messungen bis T = 100 K experimentelle Ergebnisse stimmen gut mit semi-analytischen Modell überein und zeigen Reynoldszahlabhängigkeit Fragen, Anmerkungen? Demonstartionsexperiment im DNW-KKK am DO-728 Halbmodell [2] erfolgreiche Anwendung der Messtechnik für eine komplexe Quelle Ergebnisse zeigen aeroakustische Quellen, welche eine Reynoldszahlabhängigkeit aufweisen Machbarkeitsstudie am PETW am umströmten Zylinder [3] erfolgreiche Messungen bis T = 120 K und p stat = 400 kpa experimentelle Ergebnisse physikalisch sinnvoll thomas.ahlefeldt@dlr.de Messungen an einem Halbmodell im ETW in Vorbereitung [1] Ahlefeldt T. und Koop L., Microphone-Array Measurements in a Cryogenic Wind Tunnel, AIAA Journal, Vol.48 No.7, [2] Ahlefeldt T. et. al., Aeroacoustic Measurements of a Scaled Half Model at High Reynolds Numbers,16th AIAA/CEAS, [3] Ahlefeldt T. und Quest J., High-Reynolds Number Aeroacoustic Testing under Pressurised Cryogenic Conditions in PETW, 50th AIAA/ASM, Folie 18

19 ANHANG Folie 19

20 A: Sensorkalibrierung KKK Elekret Mikrophonkapsel Bruel&Kjær ¼ Kryo-Mikrophon Mittelwert der Transferfunktionen Folie 20

21 A: Sensorkalibrierung PETW (Standardabweichung) Ergebnisse Temperatur und Druckverhalten nicht unabhängig voneinander Standardabweichung der Sensoren zueinander gering (für f<50khz: σ<1.3 db) Folie 21

22 A: DO-728 strake Lokale Spektren Folie 22

23 A: DO-728 strake Integrierte Schallleistung 5 db scaled with Ma 6 Folie 23

24 A: Windkanalkorrektur Größen für p stat = 101 kpa Folie 24

25 A: Quellkarten PETW Folie 25

26 A: DNW-KKK Zylinder; Quellkarten und Spektren Quellkarten: T = 100 K Ma = 0,3 Spektren: T = 100 K Quellkarten: gute Detektierung der aeroakustischen Quelle Leistungsspektren: eindeutiger Peak bei der Wirbelablösefrequenz Folie 26

27 A: Source power integration method General equation (Oerlemanns2007) for the generated sound power: obtained source auto powers from experimental data obtained source auto powers from a simulated monopole simulated monopole with equal source strength for each temperature: Folie 27

28 A: Einfluss der Monopolannahme Anwendung auf umströmten Zylinder (Dipolquelle): Abweichungen in Quellkarten und integrierten Spektren < 0.2dB Folie 28