Aeroakustik

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Luftakustik eller flow akustik tilbud med udvikling og udbredelse af aerodynamisk genereret støj og deres reduktion. Aeroakustikkens betydning i luftfarts- og køretøjsindustrien er steget betydeligt i de seneste år. I køretøjsakustik skyldes dette kundernes voksende komfortbevidsthed. Antallet af aeroakustiske vindtunneler er derfor steget støt tidligere. De eksperimentelle undersøgelser suppleres med numerisk aeroakustik .

Støj omkring luftstrømmen skyldes hovedsageligt tre forskellige støjgenereringsmekanismer:

  • Volumenstrøm gennem små åbninger;
  • Alternativt tryk påføring af faste overflader;
  • turbulente forskydningsspændinger.

Akustisk analogi

Skematisk fremstilling af de radiatortyper, der er relevante inden for aeroakustik (røde og sorte markeringer angiver 180 ° faseskift)

Idealiserede tilnærmelsesmodeller ( akustisk analogi ) kan bruges til at karakterisere de enkelte mekanismer:

  • Volumenstrømme, der udsættes for skiftende tryk, kan repræsenteres af monopolstråler . Kort sagt, en monopolstråler repræsenterer en vejrtrækningskugle og udstråler følgelig lige meget i alle retninger. Eksempler på denne type lydkilde er sirener, lækager i tætningssystemer eller et køretøjs udstødningsport.
  • Den akustiske effekt af skiftende tryk på en fast overflade kan repræsenteres af en dipolradiator . Denne type støjemission forekommer, når en fri eller løsrevet strømning rammer en overflade. Det gælder f.eks. Motorkøretøjer. B. til hjulet bag det ydre spejl, når det kolliderer med køretøjets struktur igen.
  • Turbulente forskydningsspændinger genererer firpolede radiatorer . Sådanne emittere opstår f.eks. I turbulente forskydningslag eller i kølvandet på et køretøj.

Som nævnt ovenfor er lydintensiteterne disse tre typer kilder er ganske forskellige. For en monopolkilde får man med strømningshastigheden , tætheden , lydens hastighed og Mach -nummeret

,

for en dipolkilde

og for en quadrupol kilde

.

Betydning af mekanismerne til lydgenerering

Sammenligningen af ​​intensiteterne viser, at ved lave strømningshastigheder (Mach -tal mindre end 1) er monopolkilden mest effektiv efterfulgt af dipolkilden. Den laveste stråling genereres af quadrupol -kilder, som i de fleste tilfælde kan negligeres i vejkøretøjers, bygnings mv. Så hvis der er en monopolkilde, vil det normalt være den højeste kilde. Først når alle monopolkilder elimineres, kan en af ​​de tilbageværende dipolkilder dominere.

Egenskaber ved aeroakustiske kilder

Som det fremgår af ovenstående ligninger, er lydeffekten af en monopolkilde proportional med strømningshastighedens 4. effekt, mens lyden af ​​en dipolkilde stiger med hastighedens 6. effekt. Da de effektive aerodynamiske støjgenereringsmekanismer for vejkøretøjer og fly generelt kan repræsenteres af en blanding af monopol- og dipolradiatorer, observeres ofte en stigning i lydeffekt med hastighedens 4. til 6. effekt i forsøg.

For aeroakustiske målinger skal hastigheden derfor overholdes meget præcist. Selv små afvigelser i indstillingen kan føre til betydelige niveauændringer. Det betyder, at aeroakustiske målinger uden for aeroakustiske vindtunneler i uforudsigelige vindforhold kun er meningsfulde, hvis den relative strømningshastighed og retning ikke registreres.

I motorkøretøjer er fordelingen af ​​strømningshastigheden over hele køretøjets overflade meget ujævn. Derfor varierer den potentielle støj -excitation i størrelse afhængigt af excitationsstedet. Under forudsætning af dipoladfærd er lyden, der genereres på et sted, 9 dB højere end ved en tilstødende, hvis de lokale trykkoefficienter hersker der −1 og 0, henholdsvis. Med trykkoefficienter på 0 og −2 (en værdi, der ikke er usædvanlig for området omkring bilens A-stolpe ), er denne forskel endda 14 dB. Dette viser, at placeringen af ​​redskaber, f.eks. B. udvendige spejle, kan have stor betydning for et køretøjs aeroakustiske adfærd.

Frekvensen af ​​den udsendte støj afhænger af de karakteristiske dimensioner af den komponent, som strømmen strømmer rundt om, og strømningshastigheden. For køretøjets karosseri og dets vedhæftede filer og detaljer kan de tilhørende frekvenser beregnes ved hjælp af ligningen

skøn hvor repræsenterer en karakteristisk dimension (f.eks. højde eller bredde) af den enkelte komponent eller detaljer og Strouhal -nummeret . Generelt kan Strouhal-tallet antages at være cirka 1 for tilføjelsesdele. For cylindriske dele skal den dog sættes til 0,2. Diameteren vælges her som den karakteristiske dimension. Så z. B. for en radioantenne på et køretøjs tag med en diameter på 5 mm ved en strømningshastighed en frekvens på 40 m / s på omkring 1600 Hz. Antenner kan således tiltrække opmærksomhed gennem irriterende fløjtetoner (se også Kármáns hvirvelstrøg ).

litteratur

  • Marvin E. Goldstein: Aeroacoustics . McGraw-Hill International Book Company, New York 1976, ISBN 0-07-023685-2, ( online [adgang 20. maj 2014]).
  • Helfer, Martin: Aeroacoustics . I: Hucho, WH (red.): Bilens aerodynamik - væskemekanik, varmeteknik, køredynamik, komfort . Wiesbaden: Vieweg, 2005. ISBN 3-528-33114-3

Weblinks