Verfahren zur Materialauswahl für akustische Liner im Heißgaspfad von Flugtriebwerken

Verfahren zur Materialauswahl für akustische Liner im Heißgaspfad von Flugtriebwerken In den vergangenen Jahren hat die Anzahl der Flugzeuge und Flüge deutlich zugenommen, womit auch eine steigende Lärmbelastung in Flughafengebieten einhergeht. Eine Hauptlärmquelle von Flugzeugen stellt das Triebwerk dar, weswegen diese Arbeit die Schalldämpfung des Turbinenlärms durch in den Heißgaspfad eingebrachte Liner beschreibt. Die besondere Herausforderung besteht darin, dass die eingesetzten Materialien nicht nur geeignete akustische Eigenschaften aufweisen müssen, sondern auch den extremen Umgebungsbedingungen Stand halten müssen. Aufgrund einer Temperatur von ca. 600?C und der vorherrschenden Dauerschwingbelastung konzentriert sich diese Arbeit auf metallische Strukturen. Basierend auf den Anforderungen i) Funktionalität, ii) Langzeitstabilität und iii) Leichtbau wird ein Verfahren zur Auswahl eines geeigneten Materials zum Einsatz als passiver Absorber in Flugtriebwerken vorgestellt. Zunächst werden diverse metallische Strukturen mit offener Porosität bezüglich Strömungswiderstand, Porengröße, Porosität, thermischer und mechanischer Eigenschaften sowie akustischer Absorption charakterisiert, um die Eigenschaften der Materialien möglichst umfassend beschreiben und ihre Eignung als Linermaterial prüfen zu können. Parallel zu den auf dem Markt erhältlichen Materialien werden neuartige Superlegierungsmembranen betrachtet und weiterentwickelt. Durch die Materialcharakterisierung zeigt sich, dass Sintervliese und Metallschwämme für den Einsatz als Linermaterial am besten geeignet sind. Aufgrund der feinen Strukturen sollten für die Anwendung im Heißgaspfad bei einer Temperatur von ca. 600?C aluminiumoxidbildende Legierungen verwendet werden, um eine Langzeitbeständigkeit zu gewährleisten. Die Wirksamkeit der akustischen Liner basiert neben geometrischen Faktoren wie Länge und Innendurchmesser vor allem auf dem Absorptionskoeffizienten des Materials, welcher wiederum von der Schichtdicke abhängt. Um diesen Zusammenhang zu klären, werden verschiedene Schalldämpferkonfigurationen in einem modifizierten Impedanzrohr in Braunschweig und anschließend im aeroakustischen Windkanal der Leibniz Universität Hannover getestet. Parallel wird der Absorptionskoeffizient der verschiedenen Sintervliese und Metallschwämme im Biot-Modell simuliert, um die Parameter zu validieren, welche auf der Materialcharakterisierung basieren und somit unabhängig von den akustischen Messungen bestimmt sind. Anschließend wird der Absorptionskoeffizient bei Triebwerksbedingungen simuliert, da sich im Vergleich zu den Messungen bei Raumtemperatur die Umgebungsbedingungen verändern. Abschließend wird für das IAE V 2500 Triebwerk ein Metallschwamm als Linermaterial ausgewählt, welches in einem zukünftigen Triebwerkstest erprobt wird.