Numerical Investigation of Self-Excited Oscillations of a Generic Profile

Im Rahmen des BMBF Projektes AKUSIM wurden Schallquell- und Schallausbreitungsmechanismen an generischen Profilen bestehend aus Halbzylinder mit Durchmesser d und Heckkeil der Lange L untersucht. Die akustischen Schwankungsgrosen wurden mittels Storungsgleichungen uber einer zeitgemittelten Grundstromung (bestimmt aus RANS Gleichungen) simuliert. Der Hinterkantenwinkel hat einen Einfluss auf die Ausbildung der instationaren Wirbelstrukturen. Diesseits und jenseits eines kritischen Hinterkantenwinkelbereich konnten periodische, aber unterschiedliche Wirbelcharakteristiken identifiziert werden, die zu unterschiedlich starken Schallquellmechanismen aufgrund der Wechselwirkung der Wirbelstrukturen mit der Profilhinterkante fuhren. Die Transition zwischen den beiden tonalen Schallquellmechanismen erfolgt uber einen Hinterkantenwinkelbereich, bei dem offensichtlich nichtperiodische Dynamik vorliegt. Die zwei periodischen Wirbelablosungsformen konnen zwei charakteristischen Grundstromungsfallen zugeordnet werden: Im ersten Grundstromungsfall legt die Stromung aufgrund der langen Profilsehne l/d 3.75 wieder an; im zweiten Fall ist sie voll abgelost (kurze Profilsehne mit l/d < 3.75). Bei abgeloster Grundstromung werden Wirbel alternierend abgeworfen (von Karmansche Wirbelstrasse). Bei anliegender Stromung wird die Generierung von Storwirbelstarke in der instabilen Grenzschicht durch die Schallabstrahlung von der Hinterkante getriggert, d.h. die Storwirbel der Profilober- und Unterseite sind gleichphasig. Bei einem bestimmten Abstand von Wiederanlegepunkt und Hinterkante wird dieser Ruckkopplungsmechanismus ineffektiv. Die simulierten Dipolcharakteristiken der Schallabstrahlung stimmen mit der theoretischen Richtcharakteristik eines akustischen kompakten Profils uberein. Der zeitliche Verlauf der Stordruckschwankungen wird sowohl mit experimentellen als auch mit den Vorhersagen des Lattice-Boltzmann Verfahrens von Achilles und Wilde verglichen. Wahrend dieser Untersuchung wurden die numerische Wandrandbedingung sowie numerische Filter zur Unterdruckung hochfrequenter artifizieller Losungsanteile hinsichtlich des Einflusses auf die aeroakkustische Simulationsgute des Storungsverfahrens verbessert.