Optimierung (Liner-Optimierung)
Akustische Absorber, sogenannte Liner, finden vielen technischen Bereichen Anwendung, in denen Lärmentwicklung und die gezielte Beeinflussung akustischer Charakteristika eine Rolle spielen. Sie ermöglichen bei guter Abstimmung erhebliche Reduktion der Lärmentwicklung.
Da gesetzliche Grenzwerte für viele technische Anwendungen laufend verschärft werden, steigt auch der Bedarf und die Anforderungen an gezielte Maßnahmen zur Lärmminderung. Das ist insbesondere in der Luftfahrt und im Schienen-/Straßenverkehr wichtig. Die Optimierung von Linern ist technisch anspruchsvoll, da räumliche Verteilung, die frequenzabhängige Dämpfungscharakteristik und komplexe Schallfelder üblicherweise aufwändige numerische Simulationen nötig machen, bei denen viele Freiheitsgrade optimiert werden müssen. Die Frequenzabhängigkeit der Liner kann dabei sehr flexibel gewählt werden.
Mit der Expertise von CFD-Berlin und der Anwendung fortgeschrittener Tools zur Optimierung und der Anwendung adjungierter Verfahren, arbeitet CFD-Berlin an Problemlösungen im Bereich der Lineroptimierung. Unser adjunigerter CAA-Löser ist in dieser Form bisher einzigartig. Damit lassen sich auch Optimierungen mit tausenden Parametern durchführen, die sonst wegen der benötigten Rechenzeit technisch unmöglich oder unwirtschaftlich teuer wären. Der Rechenaufwand zur Berechnung der Gradienten ist dabei weitestgehend unabhängig von der Anzahl der Parameter. Es lassen sich daher gradientenbasierte Optimierungen für industriell relevante komplexe Konfigurationen durchführen. Unsere in den letzten Jahren veröffentlichten Forschungsergebnisse weisen auf eine erhebliche Verbesserung der Dämpfungsleistung für räumlich variierende Liner hin.
Ergebnisse zur Liner-Optimierung
Simulierter Schalldruckpegel innerhalb des geschwungenen Strömungskanals eines Teststands für Axialventilatoren mit Einbauten. Die Geometrie ist Bypasskanälen von Flugtriebwerken nachempfunden. Auf den Kanalwänden und den Einbauten wurden Liner platziert. Am Optimum wurde eine punktweise (~600k Gradienten) Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Die Gradienten eines Modellparameters im Optimum für uniformen Liner sind im Bild links gezeigt. Es zeigt klare Bereiche, in denen der Modellparameter zur Verbesserung der Dämpfung erhöht und reduziert werden muss.
Die Linerfläche wurde dabei in 80 Segmente (400 Parameter) aufgeteilt, siehe Bild links unten, die gleichzeitig optim
iert wurden. Die abgerollte Reaktanz auf der Innenwand zeigt dabei eine deutliche Ortsabhängigkeit. Die Reduktion der Schallleistung beträgt 26.9dB mit einem uniformen Liner und 34.4dB mit einem segmentierten Liner. Wir können dazu beitragen, dieses Potential auch für ihren Anwendungsfall zu erschließen.