Minderung des Propellerlaerms durch Aufklaerung des Schallentstehungsmechanismus und daran anschliessende geometrische u.a. Aenderungen. Experimentelle Untersuchungen erfolgen sowohl im Fern- wie Nahfeld, an Modellpropellern wie auch an Grossausfuehrungen. Angewendet werden Druckmesstechniken (Mikrofone, Pitotrohre), Schmalbandanalyseverfahren sowie Schlierenhochgeschwindigkeitsfotografie. Laermminderungen sind bei Sportflugzeugen, Motorseglern und Geschaeftsreiseflugzeugen in Zukunft erforderlich.
Das Ziel dieses Projektes ist, die von Windkraftanlagen ausgehenden Schall- und Erschütterungsemissionen besser zu verstehen. Diese Emissionen spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidung darüber, an welchen Standorten Windkraftanlagen aufgebaut werden dürfen. Da Gesundheit oder Lebensqualität der Menschen, die in der Nähe von Anlagen wohnen, beeinträchtigt werden können, ist es wichtig die Emissionen besser zu verstehen, um die Akzeptanz der Anlagen zu erhöhen. Weiterhin sollten die Ergebnisse dieses Projektes helfen, neue Lösungen für die Reduktion der Emissionen zu finden, die von der Industrie umgesetzt werden können. Der Beitrag der TU München zu diesem Projekt wird die Entwicklung der Simulation der Schallemissionen sein. Insgesamt wird das geplante Projekt die Vernetzung der deutschen Windenergieforschung fördern und die Verwertungsaussichten, einschließlich der Schutzrechtssituation für die deutsche Windenergieindustrie, weiter verbessern. Im Projekt wird die TUM die Ffowcs-Williams-Hawkings (FW-H) Methode verwenden, um die Schallemissionen der Windkraftanlagen zu berechnen. Die auf FW-H Methode basierte Simulation wird mit den Windkraftanlagesimulationen von USTUTT-SWE und USTUTT-IAG gekoppelt. Das Projekt besteht aus drei Phasen: Phase 1: Die Struktur der FW-H Simulation und die erforderlichen Eingaben werden definiert. Weiterhin wird ein angemessenes Interface zwischen FW-H und den Windkraftanlagesimulationen entwickelt. Phase 2: Die FW-H Simulation wird entwickelt. Die Angaben von Blatt-Oberfläche-Druck und Blattnahfeld werden verwendet, um die Schallemissionen zu berechnen. Um die Genauigkeit der entwickelten FW-H Methode zu erhöhen, wird auf den Messungen basierend, eine Kalibrierungsmethode entwickelt. Phase 3: Die entwickelte FW-H Methode wird verwendet, um die Schallemissionen für repräsentative Betriebsbedingungen, einschließlich turbulenter Windanströmung, zu berechnen. Eine statistische Abhandlung der Simulationsergebnisse wird durchgeführt.
In dem beantragten Vorhaben sollen die Emissionen von Erschütterungen und Infraschall von Windenergieanlagen modelliert und verstanden werden. Dazu wird ein Mehrkörpersimulationsmodell des Triebstrangs einer Windenergieanlage entwickelt, um den Transfer von Vibrationen zu erkennen. Ein Schwerpunkt liegt in der Entwicklung eines rheologischen Modells der Elastomerlager zur Triebstrangentkopplung. Des Weiteren ist geplant die Emissionen von Windenergieanlagen zu reduzieren. Dazu werden Empfehlungen abgegeben wie der Lastpfad verändert werden kann, um die Vibrationen die für eine Emission von Infraschall und Erschütterungen ursächlich sind gezielt zu dämpfen. Dieses Teilvorhaben bearbeitet insbesondere 4 Teil-Arbeitspakete. Im Teil-AP A2.2 wird die Modellierung der Triebstrangkomponenten der Referenz-Windenergieanlage inklusive elastischer Kopplungselemente vorgenommen. Teil-AP D1.3 widmet sich der Ermittlung des notwendigen und hinreichenden Detaillierungsgrads des MKS-Modells des Triebstrangs. Im Teil-AP D2.2 wird eine Optimierung der Triebstrang-Lagerung erarbeitet. Zudem werden Modellierungs- und Auslegungshinweise hinsichtlich der Triebstrangkomponenten abgegeben (AP D4).
Im Rahmen des Verbundvorhabens sollen die propellerinduzierten tief- und hochfrequenten Geräusche rechnerisch und experimentell untersucht werden. In der rechnerischen Untersuchung wird sich auf zwei Schwerpunkte fokussiert. Ein Schwerpunkt liegt in der Untersuchung der kavitationsbedingten Schallabstrahlung. Hierfür sollen kavitierende Blasenwolken zu Blasen mit variablem Mischungsverhältnis zusammengefasst werden, um eine schnelle Geräuschprognose zu ermöglichen. Der andere Schwerpunkt liegt in der Untersuchung der hydro-elastischen Effekten auf die Vorhersage der propellerinduzierten Geräuschabstrahlung. Hier sollen die Eigenfrequenzen des Propellers, die Schwingungsanregung der Propellerflügel über die Instabilitäten an der Flügelhinterkante und die Fluid-Struktur-Kopplung bei inhomogener Zuströmung untersucht werden. Die Messungen des abgestrahlten Frequenzspektrums sollen für den ITTC Standardkavitator und für unterschiedliche Propeller in homogener und inhomogener Zuströmung erfolgen. Der Vergleich zwischen einem nicht und einem akustisch-optimierten Propeller wird vollzogen. Ferner werden Schallmessungen an der Großausführung durchgeführt. Die Messungen werden verwendet um die Berechnungsergebnisse zu validieren bzw. zu kalibrieren. Das Gesamtvorhaben wird von VTT in Finnland koordiniert. Auf der deutschen Seite liegt die Themenkoordination bei der SVA Potsdam. Das Vorhaben ist in 6 Arbeitspakete gegliedert, wobei Arbeitspaket AP0 das Projektmanagement, AP1 die numerischen Simulationen, AP2 die Modellversuche, AP3 die Analyse der Schallabstrahlung, AP4 die Großausführungsmessungen und AP5 die Veröffentlichungen beinhaltet. Die SVA Potsdam konzentriert sich in ihrem Teilvorhaben auf die Anwendung der Fluid-Strukturkopplung (AP1), die Durchführung von akustischen Messungen (AP2 und AP4) und auf die Modellbildung für Schallsimulationen kavitierender Blasenwolken (AP3). Die einzelnen Arbeitspakete sind wiederum in weitere Arbeitspakete gegliedert.