Dr. Roland Ewert, DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Title:
Strömungsgeräuschsimulation mittels stochastischer Quellen
Abstract:
Der Vortrag präsentiert hybride aeroakustische Simulationsmethoden und ihre Anwendung auf Umströmungsgeräuschprobleme der Luftfahrt. In einem ersten Schritt wird das turbulente Umströmungsproblem mit Reynolds gemittelten Navier-Stokes (RANS) Gleichungen simuliert. Die resultierende Schallgenerierung und Schallpropagation wird in einem zweiten Schritt mit Hilfe von Störungsgleichungen und Methoden der Numerischen Aeroakustik (CAA) gelöst. Die Simulationen verwenden instationäre Geräuschquellen, die stochastisch auf Basis der RANS Turbulenzstatistik realisiert werden. Durch die hohe Simulationseffizienz im Vergleich zu skalenauflösenden Verfahren ist die Analyse einer größeren Anzahl von Konfigurationen möglich. Die Methode bietet damit eine geeignete Grundlage für einen optimierten aeroakustischen Entwurf.
Zur effizienten stochastischen Generierung synthetischer Turbulenz für Schallquellen wird die Fast Random Particle-Mesh (FRPM) Methode eingesetzt. Ziel der stochastischen Rekonstruktion ist eine möglichst genaue lokale Reproduktion der verschiedenen statistischen Zielgrößen aus der RANS. Der derzeitige Status der Rekonstruktionsqualität der teilweise gegenseitig abhängigen Zielgrößen wird präsentiert und zukünftige Verbesserungsmöglichkeiten diskutiert.
Verschiedene aeroakustische Propagationsverfahren werden diskutiert. Lineare Störungsgleichungen (APE) können die Refraktion des Schallfeldes im nichtuniformen Strömungsfeld beschreiben. Eine Diskretisierung mit Finite-Differenzen (DRP Verfahren) auf strukturierten Multiblock Gittern wird einer Diskretisierung mittels der Diskontinuierlichen Galerkin (DG) Methode auf unstrukturierten Gittern gegenüber gestellt. Die Vorhersagequalität wird für generischen Hinterkantenlärm, die Schallabstrahlung von Hochauftriebskonfigurationen und Strahllärm für lärmoptimierte Düsenrandmodifikationen demonstriert.
Des Weiteren wird als Propagationsverfahren ein schnelles Multipole Boundary Element Verfahren für die konvektive Wellengleichung auf der Basis von unstrukturierten Oberflächennetzen vorgestellt, dass die Simulation größerer umströmter Komponenten (z.B. Halbflügel eines Verkehrsflugzeuges) bei vereinfachter Propagationsphysik ermöglicht. Abschließend werden Ergebnisse für skalenauflösende Simulationen mit Navier-Stokes Gleichungen in Störungsform (NLDE) gezeigt, wobei eine stochastische Quelle als ein aktives Backscattering-Modell eingesetzt wird.