Leisere offenere Rotoren sind möglich
Zwar ist ein dramatischer Anstieg der Motorleistung möglich, aber das Fehlen von Gehäuse und Gondel begrenzt die Möglichkeiten für Schutz und Lärmabschirmung. Nur durch neue Technologiestudien und umfassende Validierung können diese Hürden überwunden werden. Um diese Hürden zu überwinden, initiierten Forscher das Projekt NAA-CROR (Numerical aero-acoustic assessment of installed counter rotating open rotor (CROR) power plant). Sie schlugen einen leistungsfähigen neuen Ansatz zur Vorhersage des Fernfeldlärms mittels einer Kombination aus rechnergestützter Aeroakustik (CAA) und Computational Fluid Dynamics (CFD) vor. CAA ist ein gut etabliertes Verfahren für die Analyse von Lärm, der durch turbulente Strömungen erzeugt wird. Wichtig war die Schaffung eines schnellen und genauen numerischen Lösers für instationäre Strömungen - ein CFD-Tool für die Identifizierung der primären Lärmquellen. Während CFD das Quellströmungsfeld vorhersagen kann, dient CAA für die Analyse des resultierenden akustischen Feldes. Während der vierjährigen Laufzeit des Projekts schlossen die Forscher die Entwicklung eines integrierten CFD/CAA-Simulationssystems ab. Das System ist in der Lage, Installationseffekte wie die Wechselwirkung zwischen Pylon/Gondel und den beiden Rotoren vollständig zu erfassen. Der neue Ansatz für die instationäre Strömungsanalyse wurde bereits an mehrstufigen Turbomaschinen-Konfigurationen verwendet. Im Vergleich zu voll instationären Simulationen ermöglicht sie eine erhebliche Beschleunigung, was zu einer Leistungsverstärkung der zentralen Verarbeitungseinheit von zwei bis drei Größenordnungen führt. Um den numerischen Ansatz und die Simulationsergebnisse für ausgewählte CROR-Konfigurationen zu validieren, untersuchten die Forscher die Auswirkungen des Grenzschichtübergangs. Alle Berechnungen simulieren instationäre Strömung basierend auf einem nichtlinearen harmonischen Verfahren, das für diesen Zweck entwickelt wurde. Ein verzögerter Übergang hatte eine schwache Auswirkung auf Aerodynamik und Aeroakustik des Triebwerks. Aeroakustische Berechnungen sowohl vor als auch nach dem Test wurden auch für ein CROR im Modell-Maßstab durchgeführt, das in einem transsonischen Windkanal getestet wurde. Die Ergebnisse wurden verglichen und zeigten, dass das neue Verfahren genaue Vorhersagen bei sehr geringem Rechenaufwand ermöglicht. Das Projekt NAA-CROR eröffnete Möglichkeiten für die Marktakzeptanz von CROR-Motoren. Die Projektergebnisse stehen im Einklang mit Zielvorgaben des Beirats für Luftfahrtforschung und Innovation in Europa (ACARE) bezüglich der Reduzierung von Kohlendioxidemissionen um 50% und des subjektiv empfundenen Lärms um 10 dB zwischen den Jahren 2000 und 2020.
Schlüsselbegriffe
Gegenläufig rotierender offener Rotor, Geräuschabschirmung, NAA-CROR, Aeroakustik, instationäre Strömungen
