Untersuchung von lokal und nichtlokal reagierenden akustischen Dämpfern (Linern) für Triebwerke
Busse-Gerstengarbe, Stefan
Diese Arbeit dokumentiert eine experimentelle Parameterstudie zu passiven Schallabsorbern für Flugzeugtriebwerke (Liner).
Methodisch stützt sie sich auf Versuche an Absorbern in einem Strömungskanal mit Mikrofonen. Damit werden mittels Schallfeldzerlegung die akustischen Streufaktoren Reflexion, Transmission und Dissipation bestimmt. Darüber hinaus wird das Modell LINUS vorgestellt, das die Berechnung der Impedanz des Liners auf Basis der Transmission erlaubt.
Zudem werden die Eigenschaften sowie die Genauigkeit der Kanäle DUCT-S und DUCT-R dokumentiert.
Der erste Teil der Liner-Studie zeigt Daten von lokal reagierenden Linern ohne Zellverbindungen. Im zweiten Teil der Studie stehen nichtlokal reagierende Testobjekte mit Zellverbindungen im Fokus. Für praxisrelevante lokal reagierende Triebwerksliner werden diverse Einflussgrößen (Geometrie, Linerlänge, Strömung etc.) herausgearbeitet. Der Referenzliner HR-S2 erlaubt zudem einen Prüfstands- und Methodenvergleich mit der NASA und weist so eine hohe Übereinstimmung der Impedanzdaten nach.
Der zweite Teil der Studie beleuchtet die Verbindungen zwischen Resonatorzellen, bspw. durch Drainageschlitze, und deren Auswirkung auf die Dämpfung. Dazu wird die Reichweite der Zellinteraktion bestimmt. Vermeintlich lokal reagierende Testobjekte erweisen sich dabei als schwach nichtlokal reagierend. Zusätzliche generische Prinzipexperimente lassen die Analyse kleinerer Zellverbünde zu. Anhand dieser Daten wird ein empirisches Modell abgeleitet, das die Kopplung zwischen Abstimmfrequenz und Zusatzdämpfung abhängig von der Percentage Open Area (POA) der Zellwand berücksichtigt. Dies ist ein wichtiger Befund, weil damit durch die Zellverbindung die Dämpfung weiterer Frequenzen möglich ist, was die Gesamtdämpfung des Liners verbessert.
In this thesis an experimental parameter study of passive acoustic absorbers - liners - for aero-engine application is presented.
The methodology is based on tests with absorbers utilising an acoustic duct test rig which is equipped with microphones. Thereby, the acoustic scattering coefficients reflection, transmission and dissipation are determined. Furthermore the model LINUS is introduced which calculates the liners impedance based on the transmission coefficient.
Besides the properties and accuracy of the test rigs DUCT-S and DUCT-R.are presented. The parameter study consists of a part dealing with locally reacting liners without cell interaction and another part focussing on non-locally reacting with cell interaction. Samples of currently applied locally reacting liners are tested according to different aspects like geometry, liner length, flow etc. The reference test object HR-S2 allows a comparison of test rigs and methods with the ones used by NASA proving a high similarity of the impedance data.
Part two of the study is focussed on the cell interaction and resulting effects on the acoustic damping which occurs for drainage slots in liners. This is achieved by calculating the range of the cell interaction. Thereby, for some test objects supposed to be locally reacting a weak interaction was identified. Additional generic test objects are used to analyse small cell combinations with interconnections. Based on the measured data an empirical model is derived involving the coupling of frequencies. An important result is that the frequency of an additional damping maximum is shifted for different percent open areas (POA) of the interconnected cell walls. This effect is essential to improve and tune the overall damping of the liner.
