Strömungsinduzierter Körperschalleintrag in Strukturen mit porösen Oberflächen

Beck, Silja Christina

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 880 "Grundlagen des Hochauftriebs künftiger Verkehrsflugzeuge" ist ein Teilbereich der Untersuchung von akustischen Grundlagen und Lärmminderungspotentialen am Flugzeug gewidmet. Neben dem Umströmungsgeräusch selbst wird unter anderem der Einfluss der Strömung auf die Struktur untersucht. Strömungsinduzierter Körperschall kann sich in einem Bauteil ausbreiten und seinerseits zu weiterer Schallabstrahlung führen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Körperschalleintrags stellt das Aufbringen einer poroelastischen Schicht auf das Bauteil dar, die durch ihre dissipierenden Eigenschaften schwingungsreduzierende Wirkung hat. In dieser Arbeit wird ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den strömungsinduzierten Schalleintrag in ein Bauteil, dessen Weiterleitung und gegebenenfalls resultierende Schallabstrahlung abbildet. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Interaktionen zwischen den Komponenten Strömung, poroelastisches Material, elastische Struktur und akustisches Fluid. Ihre entsprechende Formulierung ermöglicht die Verwendung verschiedener Simulationsverfahren für die unterschiedlichen Komponenten, so dass die Vorteile des jeweiligen Verfahrens ausgenutzt werden können. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die Aufstellung der Interaktionsbedingungen für die Kopplung von Strömung und poroelastischem Material. Neben Studien zu der formulierten und implementierten Kopplung werden anhand einiger Beispiele die Einsatzmöglichkeiten und die Wirksamkeit von poroelastischen Materialien zur Reduzierung von strömungsinduziertem Schalleintrag aufgezeigt.

Within the Collaboratory Research Centre Sonderforschungsbereich 880 "Fundamentals of High Lift for Future Civil Aircraft" part of the work scope is dedicated to acoustic fundamentals and noise reduction potentials for aircraft. Apart from investigation on sound generated aerodynamically the flow's impact on the structure is being examined. Flow-induced structural sound propagates within a structure and can lead to further sound radiation. An approach to reduce the immission of flow-induced structural sound consists in the application of a poroelastic layer which causes decreased structural vibrations due to its damping properties. In this work a computational model is presented to account for (a) flow-induced sound immission into a structure, (b) the sound's propagation, and (c) possible resulting sound radiation. The interactions between the components flow, poroelastic material, elastic structure, and acoustic fluid are of special interest. Consistent formulation of these interactions allows for the application of different simulation techniques for each component, such as to make full use of each method's advantages. A key aspect of this work is the formulation of the interface conditions to couple a flow with a poroelastic material. The proposed and implemented coupling conditions are studied. The given examples show possible areas of application and effectiveness of poroelastic material for reducing flow-induced sound immission.

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Beck, Silja Christina: Strömungsinduzierter Körperschalleintrag in Strukturen mit porösen Oberflächen. 2012.

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