Aeroakustik-Windkanal

Durch elektrische Geräusche am Antrieb und aerodynamische Geräusche in der Luftführung und am Gebläse ist der Geräuschpegel in Windkanälen recht hoch, wenn nicht geräuschmindernde Maßnahmen ergriffen werden. Daher werden für aeroakustische Untersuchungen spezielle Aeroakustik-Windkanäle eingesetzt.

Aufbau

Zunächst muss das Gebläsegeräusch aus der Messstrecke ferngehalten werden. Einbauteile (z. B. Fangnetze) sind so anzuordnen, dass das durch sie erzeugte Geräusch in der Messstrecke möglichst nicht wahrgenommen werden kann. Weitere Maßnahmen betreffen die Messstrecke selbst. Sie wird im Allgemeinen reflexionsarm ausgelegt, wobei die Messhallenwände mit Absorbern verkleidet werden. Dies ist wesentlich einfacher für offene als für geschlossene oder geschlitzte Messstrecken zu realisieren.

In den ersten Aeroakustik-Windkanälen wurde die Geräuschminderung durch Schalldämpfer und Beschichtungen aus Fasermaterialien erreicht. In neueren Windkanälen werden meist alternative Schallabsorber eingesetzt, die aus einer Kombination von Schaumstoffen und Platten- oder Membranabsorbern bestehen. Die Absorber sind hierbei auf den tieferen Frequenzbereich abgestimmt, während die Schaumstoffe die höherfrequenten Geräuschanteile absorbieren. Membranabsorber bestehen aus ebenen Kulissen, die meist ca. 10 cm dick sind und aus einer Kombination von Plattenschwingern mit Helmholtz-Resonatoren bestehen. Dies wird durch eine Anordnung von hohlen Kammern erreicht, die ein Volumen von ca. 0,5 bis 5 Litern haben. Sie werden mit einer gelochten oder geschlitzten dünnen Metallmembran abgedeckt. Über alle Kammern einer Kulisse wird eine zweite schwingfähige Metallmembrane aufgebracht. Damit ist die Membranabsorber-Kulisse ein geschlossener Körper, der aus nur einem Werkstoff (meist Edelstahl oder Aluminium) besteht. Die Abstimmung der Absorber auf den gewünschten Frequenzbereich geschieht über die Parameter Kammervolumen, Dicke der Metall-Membranen, Schlitzbreite und Abstand zwischen Deck- und Schlitzmembran.

Messhalle des Aeroakustik-Windkanals am FKFS in Stuttgart

Die faserfreie Auslegung der geräuschmindernden Maßnahmen hat in Windkanälen deutliche Vorteile, da bei umströmten Fasermaterialien Partikel von der Luft mitgerissen werden können, was sowohl die akustische Wirksamkeit als auch die Luftqualität beeinflussen würde.

Einsatzgebiete

Aeroakustik-Windkanäle werden hauptsächlich im Bereich der Fahrzeugtechnik und Luftfahrttechnik eingesetzt. In Deutschland befinden sich spezielle Aeroakustik-Windkanäle u.a. bei Porsche in Weissach, Mercedes in Sindelfingen, BMW in München, bei Audi in Ingolstadt, am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Braunschweig und am Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren in Stuttgart, das den einzigen von der Industrie unabhängigen Fahrzeugwindkanal betreibt. Renommierte ausländische Windkanäle sind u. a. der Deutsch-Niederländische Windkanal (DNW) in Emmeloord (NL) und der PSA-Renault-Windkanal S2A in Montigny le Bretonneux bei Versailles (F).

Literatur

  • M. E. Goldstein: Aeroacoustics. McGraw-Hill Books, New York 1976, ISBN 0-07-023685-2.
  • T. Schütz (Hrsg.): Hucho – Aerodynamik des Automobils. Springer Vieweg, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-8348-2316-8.
  • M. Helfer, J. Wiedemann: Design of Wind Tunnels for Aeroacoustics. Lecture Series Experimental Aeroacoustics; 13. November bis 17. November 2006. Von Karman Institute, Rhode-St.-Genèse, Belgien 2006, ISBN 2-930389-70-2.

Weblinks