Synchrone Particle Image Velocimetry und Mikrofonmessungam Freistrahl

Die Forschung im Bereich der Aeroakustik am Freistrahl hat mittlerweile eine Geschichte von 60 Jahren, in denen kontinuierlich Fortschritte gemacht wurden. Den Anfang dieser Forschung pragte Lighthill (1952) durch seine Analogie zur Schallentstehung in Stromungen. Er formulierte in seiner Arbeit eine Gleichung, die sich aus den stromungsmechanischen Grundgleichungen ergibt und ohne Naherung die Ausbreitung des Schalls durch eine bestimmte Quellverteilung beschreibt. Mit Lighthills Gleichung ist es also moglich, bei einer bekannten Quellverteilung in einem bestimmten Volumen die Ausbreitung von Schallwellen zu berechnen. Dies gilt jedoch nur, wenn der turbulente Bereich mit den Quellen ortlich begrenzt und ohne feste Berandungen ist. Diese Voraussetzungen fur aeroakustische Schallquellen, wie Lighthill sie beschreibt, erfullt der Freistrahl, da der Schall sich frei ausbreiten kann und in einem annahernd begrenzten, rotationssymmetrischen, turbulenten Bereich seinen Ursprung hat. Trotz diverser aeroakustischer Analogien (Jordan und Gervais, 2008), die aus den Arbeiten von Lighthill entwickelt wurden, ist noch nicht geklart, welchen Stromungsgrosen eine entscheidende Rolle im Quellmechanismus fur aeroakustische Schallwellen zukommt. Hier war Ribner (1962) einer der ersten, der den Zusammenhang zwischen Stromungsgrosen im Quellgebiet und Druckschwankungen im Fernfeld mit Hilfe von Lighthills Gleichung diskutierte und nachweisen konnte. Die Methode, die Quellmechanismen durch eine synchrone Aufnahme von Nah- und Fernfeldgrosen zu identifizieren, wird Causality Correlation genannt. Im Nahfeld werden neben den fur die Schallentstehung verantwortlichen Schwankungsgrosen auch unwesentliche hydrodynamische Schwankungen aufgezeichnet, wohingegen im Fernfeld nur noch Druckschwankungen, ausgelost durch die ursachlichen Quellen, aufgezeichnet werden. Durch eine solche Messung lasst sich ein kausaler Zusammenhang zwischen der Stromung und der aeroakustischen Schallabstrahlung durch mathematische Methoden aus der Signalanalyse, wie der Kreuzkorrelation, aufzeigen.