Vergleichbarkeit von Mikrofon-Array Messungen in offenen und geschlossenen Windkanälen

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1 Vergleichbarkeit von Mikrofon-Array Messungen in offenen und geschlossenen Windkanälen Stefan Kröber, Carsten Spehr Institute für Aerodynamik und Strömungstechnik, Experimentelle Verfahren Akustische Messtechnik Bunsenstr. 10, Goettingen Germany

2 Motivation > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

3 Motivation > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

4 Motivation > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

5 Überblick - Aerodynamische und Aeroakustische Eigenschaften - Literaturüberblick - Experiment (Offene & Geschlossene Messstrecke) - Modelle - Messtechnik - Aufbau & Durchführung - Ergebnisse - Zusammenfassung & Ausblick

6 Aerodynamische Eigenschaften -Geschlossene Messstrecke -Düse -Kollektor -geschlossene Messstrecke mit fester Wand und Grenzschicht

7 Aerodynamische Eigenschaften -Offene Messstrecke -Düse -Kollektor -offene Messstrecke mit Scherschicht

8 8 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Aerodynamische Eigenschaften -geschlossen -offen Gleicher geometrischer Anstellwinkel und gleiche Anströmbedingungen: Aerodynamische Unterschiede: Stromlinienkrümmung, Kräfte und Momente am Modell Aerodynamik und aeroakustische Schallgenerierung sind gekoppelt

9 Akustische Eigenschaften -Geschlossene Messstrecke Konvektion Reflexion Pseudo-Schall Hintergrundgeräusch

10 Akustische Eigenschaften -Geschlossene Messstrecke Konvektion Reflexion Pseudo-Schall Hintergrundgeräusch

11 Akustische Eigenschaften -Offene Messstrecke Konvektion Brechung Transmission / Reflexion Turbulente Streuung / Spektrale Verbreiterung

12 Akustische Eigenschaften -Offene Messstrecke Konvektion Brechung Transmission / Reflexion Turbulente Streuung / Spektrale Verbreiterung

13 Literaturüberblick -S. Oerlemans, L. Broersma, P. Sijtsma: Quantification of Airframe Noise using Microphone Arrays in Open and Closed Wind Tunnels ; Inter. Journal of Aeroacoustics, 2007 Sehr komplexes Modell: a priori Charakteristik des Schallfeldes unbekannt Keine Strömungsfeldinformationen Unterschiede im experimentellen Aufbau -Keine Unterscheidung / Quantifizierung von einzelnen Effekten möglich -Hier: Vermeidung dieser Defizite durch zielgerichtetes Experiment!

14 Experiment -Referenzschallquelle -Schallführungen -Bändchenmembran -Aerodynamische Verkleidung

15 Experiment -Platte mit Kavitäten -Kavitäten mit wandbündigem Mikrofon

16 Experiment -Hochauftriebssystem -Vorflügel -Hauptprofil -Hinterkantenklappe 47 Druckbohrungen

17 Experiment -Offene Messstrecke (AWB) -Geschlossene Messstrecke (GroWiKa)

18 Experiment > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

19 Experiment - Referenzschallquelle - Bandpass-gefiltertes Weißen Rauschen (1 bis 70 khz) - Töne - 35 m/s - Platte mit Kavitäten - 35 m/s - Anstellwinkel 0 - Hochauftriebssystem - 35 m/s - Anstellwinkelvariation: Offene Messstrecke: 12 Geschlossene Messstrecke: -1,5 bis 12 - c p -Verteilung

20 Ergebnisse -geschlossen -offen

21 Ergebnisse -geschlossen -offen

22 Ergebnisse -geschlossen -offen

23 Ergebnisse -offen

24 Ergebnisse -offen

25 Ergebnisse -offen

26 Ergebnisse -geschlossen

27 Ergebnisse -geschlossen -offen

28 Ergebnisse -geschlossen

29 Ergebnisse -geschlossen

30 Ergebnisse -geschlossen -offen

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34 Ergebnisse > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

35 Ergebnisse

36 Ergebnisse -offen -geschlossen

37 Ergebnisse -Gleiche Geometrie

38 Ergebnisse -Gleiche Geometrie -Gleicher Gesamtauftrieb

39 Ergebnisse -Gleicher Vorflügelauftrieb

40 Zusammenfassung - Vergleichbarkeit von Mikrofon-Array-Messungen - systematischer Vergleich: Untersuchung / Quantifizierung von einzelnen Effekten - drei unterschiedlich komplexe Modelle - AWB und GroWiKa - Mikrofon-Array und Strömungsfeldgrößen - identischer geometrischer Aufbau - alle Modelle haben die an sie gestellten Anforderungen erfüllt

41 Zusammenfassung geschlossenen -offen hoch Beeinflussung tief Reflexion Hintergrundgeräusch Grenzschichtgeräusch -Turbulente Streuung Hintergrundgeräusch Reflexion Grenzschichtgeräusch Turbulente Streuung Turbulente Streuung Reflexion Grenzschichtgeräusch tief mittel hoch Frequenzbereich

42 Zusammenfassung - Ergebnisse: - aeroakustische Quellen: Strömungsfeld im Bereich der Quelle ist wichtig - vergleichbare Quelltopologie und auch vergleichbare spektrale Quelleigenschaften möglich - generell Abweichungen bei absoluten Pegeln möglich (Reflexionen, turbulente Streuung, Richtcharakteristik) Vergleichbarkeit ist gegeben

43 Folie 43 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

44 Überblick - Ca. 20 min Vortrag nach Prüfungsordnung (jetzt 30 min) - Einführung der Mikrofon-Arraymesstechnik (siehe Skizze vom DSB, in Verbindung setzen mit Flugzeug aus Institutskolloquiumsvortrag?) - Motivierung und Klassifizierung der Vergleichsbarkeitproblematik (siehe Bild aus Einleitung) - Aeroakustische & aerodynamische (eine Folie) Eigenschaften (Messstreckenabhängige physikalische Effekte, die einen Einfluss auf Mikrofon-Array Messungen haben; Korrekturmöglichkeiten?, turbulente Streuung + spektrale Verbreiterung) - Literaturüberblick (3 relevanten Publikationen erläutern, Schwierigkeiten erläutern) - Experiment (Modelle + Ziele, Windkanäle, Parameter) - Ergebnisse (nur Bombe und F16?; Überblick geben, was alles ausgewertet wurde) - Quellkarten, Kohärenzmaps, int. Spektren SNR, FF-Daten? - Zusammenfassung & Ausblick (Onera-Veröffentlichung)

45 Übersicht - Ganz ausführlichen Vortrag machen, dann kürzen, den Rest in den Anhang - Motivation (Fluglärmbelastung Anwohner, Kabinenkomfort Passagiere/Personal) - Windkanaluntersuchungen in offenen und geschlossen Messstrecken - Ziel: Vergleichbarkeit und Eigenschaften von Messungen in os / cs - Literaturübersicht: A340 LLF, Hinterkantenlärm (Windkraft), Fahrwerksgeräusch - Warum ist dieses Thema interessant? Mikrofonarrays in der Aeroakustik werden doch seit 20 Jahren eingesetzt, insbesondere im Luftfahrtbereich => verfügbare Literatur darüber sind sehr begrenzt!!! - Aerodynamische & Akustische Eigenschaften d. Messstrecken - Beamforming & Eigenschaften - Exakte Aufschlüsselung der möglichen Störungen auf die R-Matrix und Beamforming (mit Skizze) (eher als Reservefolie)

46 Motivation -Reuters

47 Motivation -cs -os

48 -Array Mikrofon-Array-Messtechnik

49 Mikrofon-Array-Messtechnik -Array -Fokuspunkt e

50 Mikrofon-Array-Messtechnik -Array -Fokuseben e

51 Mikrofon-Array-Messtechnik -Array -Fokuspunkt e -Delay-and-Sum-Beamformer

52 Mikrofon-Array-Messtechnik -Array -Fokuspunkt -Delay-and-Sum-Beamformer -Quellkarte e

53 Mikrofon-Array-Messtechnik -Array -Fokuspunkt -Delay-and-Sum-Beamformer -Quellkarte e

54 Beamforming -= -+

55 Beamforming -Hauptkeule -MSR -Nebenkeule -Hauptkeulenbreite

56 56 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Aerodynamische Eigenschaften -geschlosse n -offen Gleicher geometrischer Anstellwinkel und gleiche Anströmbedingungen: Unterschiede in der Stromlinienkrümmung, Kräfte und Momente am Modell

57 Experiment

58 Ergebnisse

59 59 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Ergebnisse

60 60 Ergebnisse > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Gleicher Vorflügelauftrieb -Keine Übereinstimmung

61 61 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Ergebnisse

62 62 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Ergebnisse

63 63 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Ergebnisse

64 64 > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke > Ergebnisse

65 Ergebnisse > DEAG 2013 > Kröber, Spehr Vergleichbarkeit offene und geschlossene Messtrecke >

66 Ergebnisse 66

67 Ausblick - Korrekturverfahren: - Geschlossen: - Reflexionen - Reduzierung Windkanaleigengeräusch - Offen: - Turbulente Streuung 67

68 Ausblick - Referenzschallquelle: - sehr gut geeignet um Windkanäle aeroakustisch zu charakterisieren - aeroakustische Charakterisierung weiterer Windkanäle (z.b. DNW-NWB) - Referenzschallquellenkonzept hat auch andere überzeugt (z.b. ONERA) 68

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