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WO1998005868A1 - Aeroacoustic optimisation process of an axial fan - Google Patents

Aeroacoustic optimisation process of an axial fan Download PDF

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Publication number
WO1998005868A1
WO1998005868A1 PCT/EP1997/004205 EP9704205W WO9805868A1 WO 1998005868 A1 WO1998005868 A1 WO 1998005868A1 EP 9704205 W EP9704205 W EP 9704205W WO 9805868 A1 WO9805868 A1 WO 9805868A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optimization
blade
phase
fan
geometry
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/004205
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Lohmann
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. filed Critical Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Priority to DE59704806T priority Critical patent/DE59704806D1/en
Priority to EP97935561A priority patent/EP0917627B1/en
Publication of WO1998005868A1 publication Critical patent/WO1998005868A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • F04D29/384Blades characterised by form
    • F04D29/386Skewed blades

Definitions

  • the invention relates to a method for the aeroacoustic optimization of an axial fan, in which, based on a numerical computer simulation, an aerodynamic optimization of the blade geometry of the axial fan takes place in a first phase by using an inverse numerical design method in connection with a first optimization algorithm.
  • a corresponding method for an axial fan, in particular for a cooling fan of a motor vehicle engine is known from DE 43 26 147 A1.
  • Axial nuts are, in particular, those fans that are used to cool the engines of motor vehicles and are driven mechanically or electrically.
  • a thermostat switches the drive on when the head wind is no longer sufficient for cooling.
  • the axial fan generates noise in addition to the desired cooling.
  • the noise generated can exceed the ambient noise and thus become a significant source of noise. It is therefore desirable to reduce the noise without reducing the fan performance.
  • such an aeroacoustic optimization is subject to a number of boundary conditions, such as e.g. B.
  • the installation depth in the axial direction is of particular importance since appropriate fans have to be installed in the vehicle between the motor vehicle engine and the radiator with condenser. In the motor vehicle industry, therefore, a maximum installation depth of 15% of the radius is required.
  • broadband noise tones at low levels are desirable compared to undesired whistle tones.
  • the axial fan known from DE 43 26 147 A1 ensures, due to the design method described therein, an axial fan with three-dimensionally designed fan blades, each of which has a strong forward sweep and a strong reverse sweep in the manner of a bird's wing, whereby the aerodynamics and automatically the acoustics are largely optimized at the same time. That is, a blade geometry is known for an axial fan in which
  • CONFIRMATION COPY Roll-up swirls and induced detachments are influenced in such a way that the thrust and the efficiency are hardly influenced.
  • leaf geometries determined in this way also have zones of turbulent, detached or flow-entrained flow.
  • Such flow phenomena are stochastic in nature and cannot be calculated using the design method known from DE 43 26 147 A1 alone and can thus be avoided entirely.
  • fans are aerodynamically designed using 2-D grid methods or singularity methods and tested in the wind tunnel. At low flow velocities that occur on the fan, the blades are usually not profiled. Rather, simple circular sheet metal profiles are used in spite of a greater flow resistance in order to prevent the flow from breaking off. Even before trying the prior art mentioned above, it had been found that fans with sickle-shaped blades could be quieter than the aforementioned. Corresponding sickle-shaped fan Sheets are known for example from US 5,064,345, DE 31 37 1 14 C2 and WO 90/15253. In this prior art, the type of sweep has generally been determined in trial trials. A physical explanation or even a mathematical law that describes why these fans are quieter is not known from the latter documents. In addition, it was found that an asymmetrical division of the leaves changes the spectral distribution and thus the dB (A) weighted noise level can be reduced. However, the level of the corresponding noise reduction could not be determined.
  • the type of sickle-shaped sweep could not be fully determined by calculation, taking into account the aerodynamic coefficients, the profile shape, the blade depth and twisting.
  • the methods known in the prior art generally cannot completely calculate the sound level of fans depending on the blade geometry, which is why the known design methods cannot satisfactorily solve the following task.
  • the object of the present invention is to provide a method for the aeroacoustic optimization of an axial fan or a blower, propeller or rotor, in particular in the area of its wing shape, with which it is possible to reduce the noise of axial fans by an aeroacoustic design based solely on an to significantly reduce numerical computer simulation for both aerodynamic and acoustic optimization without the performance of the axial fan deteriorating, that is to say it has a largely loss-free and interference-free flow.
  • this object is achieved in that in a second phase in combination with a second optimization algorithm - first a first acoustic optimization of the blade geometry to reduce the stochastic noise component with the aid of a further numerical method based on turbulence models, and - A second acoustic optimization of the blade geometry and blade division to minimize the periodic noise component is then calculated using a singularity method.
  • the acoustic pressure results from the derivation of the potential function over time, the aerodynamics from the derivation according to the coordinates.
  • the Larrabee method is advantageously made for the Larrabee method to be used as the inverse numerical design method in the first phase and for a suitable calculation specification depending on the Reynolds number Laminar profile or circular profile is selected and thus the blade depth and the twist ⁇ for an elliptical load distribution at the design point E is calculated with a design code DESI1, which is an aerodynamically inverse design process.
  • DESI1 design code DESI1
  • lift and drag coefficients of the profile (polar) are taken into account and a design is carried out at the optimum point of the characteristic.
  • the leaf depth can then be determined using the floor plan equation
  • the Goldstein function is defined as
  • V axial flow velocity
  • the first optimization algorithm thus determines an optimum for load distribution.
  • the following formulas are used to determine the optimum:
  • the ratio of the displacement speed in the axial direction to the axial flow velocity is identified by ⁇ and is as
  • D / L is the ratio of the radial displacement of the blade
  • the blade tip angle calculation is omitted, the induced axial velocity a v is set to zero and the volume number ⁇ is calculated according to v
  • the geometry or aerodynamic coefficients resulting from the optimization of the first phase are used as the default for the calculation and optimization in the second phase.
  • DESI2 design code for the decorrelation of sound-producing vortex structures on the leaf trailing edge and the leaf depth at design point E
  • Decorrelation means influencing macroscopic vortex structures in such a way that smaller vortex structures arise.
  • Suction tips which lead to unpleasant whistling, can also lead to an early change from laminar to turbulent flow, which creates additional sound sources.
  • the suction tip can be calculated using the LBS code.
  • LBS means lifting body surface method, which is a computer-based singularity or panel method for calculating aerodynamics and acoustics (LBS code AERO or AKU).
  • LBS code AERO or AKU A certain section of the area on the fan blade is called a panel or singularity.
  • a coordinate system can be defined with ⁇ , ⁇ , ⁇ , where ⁇ represents the normal on the panel surface.
  • An observer control point for example in the form of a microphone, is formed outside the sheet surface for calculating the acoustic pressure - for calculating the aerodynamics thereon.
  • the distance to the panel surface is denoted by d.
  • the propeller or fan and the microphone move relative to each other, whereby by definition the microphone in the LBS code AKU moves once by 2 ⁇ during an overall calculation.
  • the acoustic pressure p is calculated by deriving the
  • V is the normal velocity component of the inflow
  • is the boundary layer thickness
  • the first term indicates the thickness noise, calculated according to the profile thickness.
  • the second term represents the dipole noise and the third term takes into account the quadrupole or boundary layer noise. Each type of sound source is therefore examined separately.
  • d and M d are functions of time.
  • the LBS code AKU then calculates the pressure time curve of the fan rotation.
  • the theoretical values thus determined are in good agreement with experimentally determined ones.
  • the design process therefore provides a good design basis for periodic signals from fans.
  • Geometry changes in small steps first the aerodynamics and then the acoustics, whereby a minimum of noise while maintaining the aerodynamic performance is selected as the criterion.
  • the geometry can be changed, for example, in the depth of the sheet and the displacement of individual cuts, so that a crescent-shaped sheet outline results from a rectangular one.
  • other optimizations are also conceivable, such as. B. the twisting of the leaves, the number of leaves together with the diameter or an asymmetrical distribution of the leaves etc.
  • the DESI2 process is based on these turbulence models.
  • the sound sources are formulated as dipoles, resulting in a range of services.
  • the fan or rotor blade is paneled similarly to the DESI1 method to calculate the broadband noise using this method.
  • the acoustic power spectrum of the sideband spectrum is dimensionless
  • E is the modulation of the harmonic frequencies due to turbulence
  • E ⁇ rf is the influence of turbulence according to Liepmann's turbulence model
  • the acoustic level of the trailing edge and sideband noise can be calculated directly using the acoustic spectral density or power.
  • Equation (24) takes into account all correlations in space and time, where
  • d is the observer control point distance from the panel surface.
  • the first method implemented in code DESI 2 to calculate the trailing edge noise is Howe's method.
  • a swirl correlation function is introduced as a transfer function, which comes from the measurement of stochastically fluctuating wall boundary layers.
  • the sound sources are generated by incident and detached fluidized beds near a flat plate.
  • the far field result of this calculation is
  • M 0 is the Mach Mach number and M c is the Mach Mach number
  • the center frequency is defined too
  • the propeller blade is also paneled for calculating the broadband noise with code DESI 2 in a similar way as in the case of code DESI 1.
  • the sound sources are arranged near the Kutta panel (arranged on the rear edge, only tangential speed by definition effective there).
  • the second acoustic optimization of the blade geometry or blade division is calculated in the form of an asymmetrical division of the blades in order to minimize noise.
  • the noise is redistributed spectrally or partially eliminated by interference. If the spectral distribution changes, the noise level of a particular frequency is redistributed to areas of adjacent frequencies in such a way that overall smaller noise levels are generated.
  • This variation possibility of the blade division or change of the blade geometry integrated in the second optimization algorithm enables further noise reduction by means of the one method.
  • the initial equation of the LBS code is an integro differential equation, which describes both the acoustic and the aerodynamic fields of stationary / unsteady, compressible, sub-shell currents subject to friction.
  • the solution of the aeroacoustic potential equation is obtained by differentiating a speed and acceleration potential. The result is the velocity field as a derivative of the potentials based on the coordinates.
  • the third term which describes the influence of the shear layer in the form of a volume integral, can be used to calculate the friction. This involves converting the integral into a surface integral for description of blow-out speed, which simulate a boundary layer and with which the boundary conditions on the leaf surface can be modified accordingly (perspiration method).
  • the acoustic pressure follows directly from the equation of potential by differentiation according to the time instead of the coordinates
  • FIG. 1 shows a rectangular sheet outline to be optimized
  • FIG. 2 shows a section through the sheet according to FIG. 1,
  • Fig. 3 shows an efficiency ⁇ volume flow V diagram
  • FIG. 4 is a plan view of a sickle-shaped sheet according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view in the axial direction of an axial fan
  • FIG. 6 shows a schematic side view of an axial fan
  • FIG. 7 shows a schematic view of four optimization steps.
  • Fig. 1 shows schematically a Biatt floor plan 10, which in the illustrated axial view has a rectangular projection surface and is attached on the one hand to a hub 11 and on the other hand to a jacket element 12.
  • the arrow A indicates the direction of rotation.
  • Line 13 shows a section line of the laminar profile of sheet 10.
  • Fig. 2 shows a section of Fig. 1 along the section line 13.
  • the depth of the sheet 14 can be seen on the laminar profile as well as the twist angle ⁇ .
  • Fig. 4 shows, similar to Fig. 1, a sheet outline 10, which is connected to a casing element 12 and a hub 1 1 and has a crescent-shaped configuration.
  • the egg-shaped blade 10 has a strong forward arrow 17 and a strong reverse arrow 18 on its front edge 15 and on its rear edge 16.
  • 5 shows in the axial direction a schematic representation of an axial fan 19 with seven blades 10. The different blade pitch t can be clearly seen.
  • the sheet 10 which has a laminar or circular profile, is predetermined according to Fig 1/2.
  • the blade depth and twist ß is calculated using a design code DESI1 (using the formulas above) taking into account the profile polares, an optimum being calculated for an elliptical load distribution at design point E (cf. FIG. 3).
  • the DES11 method is a singular method with which the aerodynamics on or on the singularities or panels on the surface of the air sheet is calculated
  • the DESI2 method is used to calculate only stochatically generated acoustic signals.
  • the result of such an optimization is shown in FIG. 7, the individual optimization steps I-IV being outlined.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

A process is disclosed for optimising the aeroacoustics of an axial fan. During a first phase, based on a digital computer simulation, the blade geometry of the axial fan blades is aerodynamically optimised by applying a reverse digital design process in conjunction with a first optimisation algorithm. In a second phase, in conjunction with a second optimisation algorithm, the blade geometry is acoustically optimised a first time to reduce stochastic noise by means of another digital process based on turbulence models, then the blade geometry and distribution are acoustically optimised a second time to minimise the periodic noise fraction by means of a singularity calculation process.

Description

Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters Process for the aeroacoustic optimization of an axial fan
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters, bei dem auf der Basis einer numerischen Computersimulation in einer ersten Phase eine aerodynamische Optimierung der Blattgeometrie des Axiallüfters durch Anwendung eines inversen numerischen Entwurfsverfahrens in Verbindung mit einem ersten Optimierungsalgorithmus erfolgt.The invention relates to a method for the aeroacoustic optimization of an axial fan, in which, based on a numerical computer simulation, an aerodynamic optimization of the blade geometry of the axial fan takes place in a first phase by using an inverse numerical design method in connection with a first optimization algorithm.
Ein entsprechendes Verfahren für einen Axiallüfter, insbesondere für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugmotors ist aus der DE 43 26 147 A1 bekannt. Axiallütter sind insbesondere diejenigen Lüfter, die zur Kühlung von Motoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt und mechanisch oder elektrisch angetrieben werden. Im Fall eines elektrischen Antriebs schaltet ein Thermostat den Antrieb ein, wenn der Fahrtwind zur Kühlung nicht mehr ausreicht. Im Betrieb erzeugt der Axiallüfter neben der gewünschten Kühlung auch Lärm. Bei langsamer Fahrt oder im Stand kann der erzeugte Lärm das Umgebungsgeräusch übersteigen und somit zu einer erheblichen Lärmquelle werden. Es ist deshalb wünschenswert, den Lärm zu senken, ohne dadurch die Leistung des Lüfters zu verringern. Eine derartige aeroakustische Optimierung unterliegt jedoch einer Reihe von Randbedingungen, wie z. B. einer geringen Einbautiefe, niedrigen Herstellungskosten, einer möglichst recyclefähigen Bauweise und einem bestimmten erzeugten Lärmspektrum. Eine besondere Bedeutung kommt der Einbautiefe in Axialrichtung zu, da entsprechende Lüfter im Fahrzeug zwischen Kraftfahrzeugmotor und Kühler mit Kondensator eingebaut werden müssen. In der Kraftfahrzeugindustrie ist daher eine Einbautiefe von maximal 15 % des Radius gefordert. Hinsichtlich des Lärmspektrums sind gegenüber unerwünschten Pfeiftö- nen möglichst breitbandige Rauschtöne mit niedrigen Pegeln erwünscht.A corresponding method for an axial fan, in particular for a cooling fan of a motor vehicle engine, is known from DE 43 26 147 A1. Axial nuts are, in particular, those fans that are used to cool the engines of motor vehicles and are driven mechanically or electrically. In the case of an electric drive, a thermostat switches the drive on when the head wind is no longer sufficient for cooling. In operation, the axial fan generates noise in addition to the desired cooling. When driving slowly or standing still, the noise generated can exceed the ambient noise and thus become a significant source of noise. It is therefore desirable to reduce the noise without reducing the fan performance. However, such an aeroacoustic optimization is subject to a number of boundary conditions, such as e.g. B. a low installation depth, low manufacturing costs, a design that is as recyclable as possible and a certain noise spectrum generated. The installation depth in the axial direction is of particular importance since appropriate fans have to be installed in the vehicle between the motor vehicle engine and the radiator with condenser. In the motor vehicle industry, therefore, a maximum installation depth of 15% of the radius is required. With regard to the noise spectrum, broadband noise tones at low levels are desirable compared to undesired whistle tones.
Der aus der DE 43 26 147 A1 bekannte Axiallüfter gewährleistet aufgrund des darin beschriebenen Entwurfsverfahrens einen Axiallüfter mit dreidimensional ausgebildeten Lüfterblättern, die jeweils eine starke Vorwärtspfeilung und eine starke Rückwärtspfeilung nach Art einer Vogelschwinge aufweisen, wodurch die Aerodynamik und automatisch die Akustik gleichzeitig weitgehend optimiert werden. D. h., es ist eine Blattgeometrie für einen Axiallüfter bekannt, bei demThe axial fan known from DE 43 26 147 A1 ensures, due to the design method described therein, an axial fan with three-dimensionally designed fan blades, each of which has a strong forward sweep and a strong reverse sweep in the manner of a bird's wing, whereby the aerodynamics and automatically the acoustics are largely optimized at the same time. That is, a blade geometry is known for an axial fan in which
BESTATIGUNGSKOPIE Aufrollwirbel und induzierte Ablösungen derart beeinflußt werden, daß der Schub und der Wirkungsgrad kaum beeinflußt werden.CONFIRMATION COPY Roll-up swirls and induced detachments are influenced in such a way that the thrust and the efficiency are hardly influenced.
Weitere und experimentelle Untersuchen haben jedoch gezeigt, daß auch derart ermittelte Blattgeometrien Zonen turbulenter, abgelöster oder mit Aufrollwirbeln behafteter Strömung aufweisen. Derartige Strömungsphänomene sind stochas- tischer Natur und können nicht allein mit dem aus der DE 43 26 147 A1 bekannten Entwurfs verfahren errechnet und somit gänzlich vermieden werden.However, further and experimental investigations have shown that leaf geometries determined in this way also have zones of turbulent, detached or flow-entrained flow. Such flow phenomena are stochastic in nature and cannot be calculated using the design method known from DE 43 26 147 A1 alone and can thus be avoided entirely.
Aus dem Aufsatz "Aeroakustische Optimierung einer Lüftergeometrie", von Dring Dieter Lohmann, DLR-Nachrichten, Heft 78 (Mai 1995) Seite 15 bis 22, geht eine Weiterentwicklung des auch als LBS-Code (Lifting Body Surface) bekannten o.g. Entwurfsverfahrens hervor. Danach ist zur vollständigen Nachrechnung der Lüfterakustik noch ein zusätzlicher halbempirischer Ansatz auf der Basis von Turbuleπzmodellen erforderlich, die beispielsweise hinsichtlich der Akustik eine optimale Blattgeometrie ergeben. Obgleich die damit erzielten Ergebnisse eine theoretische Lärmreduktion von einigen dB (A) aufweisen, war eine, wenn auch geringe Schub- und Wirkungsgradverminderung festzustellen, die aufgrund von nun wieder vermehrt auftretenden Ablösungserscheinungen im mittleren Bereich der Saugseite und im Vorderkantenbereich der Blattgeometrie auftraten. Unabhängig vom Rechenergebnis wurde, um die größte Ablösung zu vermeiden, aufgrund physikalischer Überzeugungen mit Erfolg im Nabenbereich die Vorwärtspfeilung etwas zurückgenommen, wodurch die Verluste wieder geringer wurden, wie Meßergebnisse im Windkanal gezeigt haben.From the essay "Aeroacoustic Optimization of a Fan Geometry", by Dring Dieter Lohmann, DLR News, Issue 78 (May 1995) pages 15 to 22, a further development of the above-mentioned also known as LBS code (Lifting Body Surface) emerges. Design process. Thereafter, an additional semi-empirical approach based on turbulence models is required for the complete recalculation of the fan acoustics, which, for example, result in an optimal blade geometry with regard to the acoustics. Although the results achieved in this way show a theoretical noise reduction of a few dB (A), a, albeit slight, reduction in thrust and efficiency was observed, which occurred due to the now increasing signs of separation in the middle area of the suction side and in the leading edge area of the blade geometry. Regardless of the result of the calculation, in order to avoid the greatest detachment, due to physical convictions, the forward arrow was successfully withdrawn somewhat in the hub area, as a result of which the losses became smaller again, as measurement results in the wind tunnel have shown.
Unabhängig von diesem Stand der Technik werden Lüfter mit Hilfe von 2-D Gittermethoden oder Singularitätsverfahren aerodynamisch entworfen und im Windkanal getestet. Bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, die am Lüfter auftreten, wird meistens auf eine Profilgebung der Blattgeometrien verzichtet. Vielmehr werden trotz eines größeren Strömungswiderstandes einfache Kreisbogenblechprofile verwendet, um ein Abreißen der Strömung zu verhindern. Auch durch Probieren hatte man bereits vor dem zuvor genannten Stand der Technik herausgefunden, daß Lüfter mit sichelförmig gepfeilten Blättern leiser sein können als die vorgenannten. Entsprechende sichelförmig gepfeilte Lüfter- blätter sind beispielsweise aus der US 5,064,345, der DE 31 37 1 14 C2 und der WO 90/15253 bekannt. Die Art der Pfeilung ist in diesem Stand der Technik in der Regel in Probierversuchen ermittelt worden. Eine physikalische Erklärung oder gar eine mathematische Gesetzmäßigkeit, die beschreibt, warum diese Lüfter leiser sind, ist aus den letztgenannten Schriften nicht bekannt. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß durch eine asymmetrische Aufteilung der Blätter die spektrale Verteilung verändert und damit der dB (A)-bewertete Lärmpegel vermindert werden kann. Die Höhe der entsprechenden Lärmreduktion konnte jedoch nicht ermittelt werden.Regardless of this state of the art, fans are aerodynamically designed using 2-D grid methods or singularity methods and tested in the wind tunnel. At low flow velocities that occur on the fan, the blades are usually not profiled. Rather, simple circular sheet metal profiles are used in spite of a greater flow resistance in order to prevent the flow from breaking off. Even before trying the prior art mentioned above, it had been found that fans with sickle-shaped blades could be quieter than the aforementioned. Corresponding sickle-shaped fan Sheets are known for example from US 5,064,345, DE 31 37 1 14 C2 and WO 90/15253. In this prior art, the type of sweep has generally been determined in trial trials. A physical explanation or even a mathematical law that describes why these fans are quieter is not known from the latter documents. In addition, it was found that an asymmetrical division of the leaves changes the spectral distribution and thus the dB (A) weighted noise level can be reduced. However, the level of the corresponding noise reduction could not be determined.
Mit den genannten bekannten Entwurfsverfahren konnten die dreidimensionalen Effekte (3-D Effekte), die für einen optimalen Entwurf von großer Bedeutung sind, nicht vollständig erfaßt werden. Darüber hinaus konnte die Art der sichelförmigen Pfeilung unter Berücksichtigung der aerodynamischen Beiwerte, der Profilform, der Blattiefe und Verwindung nicht vollständig rechnerisch bestimmt werden. Insbesondere kann mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren generell der Schallpegel von Lüftern in Abhängigkeit von der Blattgeometrie nicht vollständig berechnet werden, weshalb die bekannten Entwurfsmethoden die nachfolgende Aufgabe nicht befriedigend lösen können.With the known design methods mentioned, the three-dimensional effects (3-D effects), which are of great importance for an optimal design, could not be completely captured. In addition, the type of sickle-shaped sweep could not be fully determined by calculation, taking into account the aerodynamic coefficients, the profile shape, the blade depth and twisting. In particular, the methods known in the prior art generally cannot completely calculate the sound level of fans depending on the blade geometry, which is why the known design methods cannot satisfactorily solve the following task.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters oder eines Gebläses, Propellers oder Rotors, insbesondere im Bereich seiner Flügelform zu schaffen, mit dem es möglich ist, den Lärm von Axiallüftern durch eine aeroakustische optimale Formgebung allein auf der Basis einer numerischen Computersimulation für sowohl aerodynamische als auch akustische Optimierung erheblich zu senken, ohne daß sich dabei die Leistung des Axiallüfters verschlechtert, dieser also eine weitgehend verlust- und störungsfreie Strömung aufweist.The object of the present invention is to provide a method for the aeroacoustic optimization of an axial fan or a blower, propeller or rotor, in particular in the area of its wing shape, with which it is possible to reduce the noise of axial fans by an aeroacoustic design based solely on an to significantly reduce numerical computer simulation for both aerodynamic and acoustic optimization without the performance of the axial fan deteriorating, that is to say it has a largely loss-free and interference-free flow.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer zweiten Phase in Kombination mit einem zweiten Optimierungsalgorithmus - zunächst eine erste akustische Optimierung der Blattgeometrie zur Minde- rung des stochastischen Lärmanteils mit Hilfe eines weiteren numerischen Verfahrens auf der Basis von Turbulenzmodellen, und - anschließend eine zweite akustische Optimierung der Blattgeometrie und Blatteilung zur Minimierung des periodischen Lärmanteils mit Hilfe eines Singularitätenverfahrens berechnet wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.According to the invention, this object is achieved in that in a second phase in combination with a second optimization algorithm - first a first acoustic optimization of the blade geometry to reduce the stochastic noise component with the aid of a further numerical method based on turbulence models, and - A second acoustic optimization of the blade geometry and blade division to minimize the periodic noise component is then calculated using a singularity method. Further developments of the invention are defined in the subclaims.
Es wird also vorteilhaft mittels derselben Potentialfunktion einmal der aerodynamische und anschließend der akustische Entwurf des Lüfter-, Gebläse-, etc. Profils vorgenommen. Der akustische Druck ergibt sich dabei durch Ableiten der Potentialfunktion nach der Zeit, die Aerodynamik durch Ableiten nach den Koordinaten.It is therefore advantageous to use the same potential function to carry out the aerodynamic and then the acoustic design of the fan, blower, etc. profile. The acoustic pressure results from the derivation of the potential function over time, the aerodynamics from the derivation according to the coordinates.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß auf der Grundlage der eingangs genannten DE 43 26 147 A1 und des Aufsatzes ein Entwurfs verfahren angegeben werden kann, das es ermöglicht, innerhalb des bekannten Verfahrens den theoretischen Entwurf nachzubessern.Surprisingly, it has been shown that on the basis of DE 43 26 147 A1 mentioned at the outset and the article, a draft method can be specified which makes it possible to improve the theoretical draft within the known method.
Mit den bekannten Entwufsverfahren des Standes der Technik sind bislang keine Auslegungen bzw. Optimierungen von kleinen und großen Lüftern möglich gewesen, ohne experimentell tätig zu werden. Erfindungsgemäß wird aber nun eine Optimierung von Lüftern etc. kleiner und großer Bauart ermöglicht, die rechnerisch vorgeht und lediglich einzelne Konstanten innerhalb des Entwurfscodes durch ein Experiment validiert, ansonsten jedoch eine rein rechnerische Optimierung in Aerodynamik und Akustik erlaubt.With the known design methods of the prior art, no designs or optimizations of small and large fans have been possible until now without having to experiment. According to the invention, however, an optimization of fans, etc. of a small and large type is now possible, which takes place computationally and only validates individual constants within the design code through an experiment, but otherwise allows purely computational optimization in aerodynamics and acoustics.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß mit Blattgeometrie immer die Geometrie eines Rotorblattes eines Lüfters, Propellers oder Rotors beschrieben ist und mit dem Begriff Lüfter der eingangs genannte Axiallüfter beschrieben wird. Es ist jedoch selbstverständlich, daß das vorgeschlagene Verfahren in ähnlicher Form auf andere Lüfter übertragen werden kann. Insbesondere wird ferner darauf hingewiesen, daß die eingangs genannte DE 43 26 147 A1 vollständig beschreibender Bestandteil dieser Anmeldung sein soll.At this point, it is pointed out that the geometry of a rotor blade of a fan, propeller or rotor is always described with blade geometry and that the axial fan mentioned at the beginning is described with the term fan. However, it goes without saying that the proposed method can be applied in a similar form to other fans. In particular, it is also pointed out that the above-mentioned DE 43 26 147 A1 is intended to be a fully descriptive component of this application.
Erfindungsgemäß ist vorteilhaft vorgesehen, daß in der ersten Phase als inver- ses numerisches Entwurfsverfahren das Verfahren nach Larrabee zur Anwen- düng kommt und als Berechnungsvorgabe je nach Reynoldszahl ein geeignetes Laminarprofil oder Kreisprofil gewählt wird und damit die Blatt-Tiefe und die Ver- windung ß für eine elliptische Lastverteilung im Entwurfspunkt E mit einem Entwurfscode DESI1 , welches ein aerodynamisch inverses Entwurfsverfahren ist, berechnet wird. Bei dem Verfahren nach Larrabee werden Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte des Profils (Polare) mit berücksichtigt und ein Entwurf im Optimalpunkt der Kennlinie durchgeführt. Die dimensionslosen induzierten Geschwindigkeiten in axialer (av) und azimuthaler {an) Richtung des Propellers oder Lüfters ergeben sich ausAccording to the invention, provision is advantageously made for the Larrabee method to be used as the inverse numerical design method in the first phase and for a suitable calculation specification depending on the Reynolds number Laminar profile or circular profile is selected and thus the blade depth and the twist β for an elliptical load distribution at the design point E is calculated with a design code DESI1, which is an aerodynamically inverse design process. In the Larrabee method, lift and drag coefficients of the profile (polar) are taken into account and a design is carried out at the optimum point of the characteristic. The dimensionless induced velocities in the axial (a v) and azimuthal {a n) in the direction of the propeller or the fan to result from
(4EsinΦcosΦ) ' '(4EsinΦcosΦ) ''
«* -+ ι«* - + ι
α" (4 sinΦ) ^ α "(4 sinΦ) ^
+ 1+ 1
(σc* )(σc * )
wobei der Teilungsfaktor (Solidity) c?where the division factor (solidity) c?
ß(- σ = R)ß (- σ = R)
(3)(3)
(2π — ) R'(2π -) R '
ist, mit B : Blattzahlwith B: number of sheets
t : Teilungt: division
R : Blattspitzenradius r r : lokaler Radius; — : relativer RadiusR: tip radius rr: local radius; -: relative radius
F : Prandtl'sche NäherungsfunktionF: Prandtl's approximation function
Φ : Winkel zwischen effektiver Anströmung und DrehebeneΦ: Angle between effective inflow and rotation level
c- : Kraftbeiwert normal zur Propellerachsec-: Coefficient of force normal to the propeller axis
cy : Kraftbeiwert tangential zur Propellerachse.c y : force coefficient tangential to the propeller axis.
Die Berechnung erfolgt also durch Iteration. Da der Propeller oder Lüfter durch die Blattzahl, den Verlauf der Teilung, den Blattwinkel ß sowie die Beiwerte von Auftrieb und Widerstand als Funktion des relativen Radius bestimmt ist, wird zunächst der Anstellwinkel α vorgegeben, daraus Φu = ß -α und Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte ca , c„ nachThe calculation is therefore carried out by iteration. Since the propeller or fan is determined by the number of blades, the course of the pitch, the blade angle ß and the coefficients of lift and resistance as a function of the relative radius, the angle of attack α is first specified, from which Φ u = ß -α and lift and Resistance coefficients c a , c "after
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
berechnet, woraus sich αvund a ergeben.calculates, resulting in α v and a.
Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die Differenz jΦfl - Φ„ | gering genug ist, wodurch sich die Verwindung ß aus Φα ergibt.This process is repeated until the difference jΦ fl - Φ „| is small enough, resulting in the twist ß from Φ α .
Die Blatt-Tiefe läßt sich dann mittels der GrundrißgleichungThe leaf depth can then be determined using the floor plan equation
CV« _f ) λG (5) bestimmen, wobei der Formfaktor ζ aus der Schubvorgabe, also der gewünschten statischen Druckdifferenz berechnet wird und G die Goldstein- Funktion ist. C V «_f ) λG (5) determine, where the form factor ζ is calculated from the thrust specification, i.e. the desired static pressure difference, and G is the Goldstein function.
Die Goldstein-Funktion ist definiert alsThe Goldstein function is defined as
Fx2 G = T77 (6) Fx 2 G = T77 (6)
Ωr mit = — (7)Ωr with = - (7)
wobei F:Prandl'sche Näherungsfunktionwhere F: Prandlian approximation function
x : reziproker lokaler Fortschrittsgradx: reciprocal local level of progress
Ω : WinkelgeschwindigkeitΩ: angular velocity
r : lokaler Radiusr: local radius
V : axiale AnStrömungsgeschwindigkeit ist.V: axial flow velocity.
Der erste Optimierungsalgorithmus ermittelt so ein Optimum für die Lastvertei lung. Bei der Ermittlung des Optimums werden folgende Formeln genutzt:The first optimization algorithm thus determines an optimum for load distribution. The following formulas are used to determine the optimum:
Das Verhältnis der Verschiebungsgeschwindigkeit in axialer Richtung zur axialen Anströmgeschwindigkeit wird durch ζ gekennzeichnet und ist alsThe ratio of the displacement speed in the axial direction to the axial flow velocity is identified by ζ and is as
41, T V 21, 1- l- definiert.41, TV 21, 1- l- Are defined.
Dabei ergibt sich I, und I2 ausI and I 2 result from this
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
und der Schubkoeffizient Tc zuand the shear coefficient T c too
Tc=ζ -I,-ζ2*I2 (11)T c = ζ -I, -ζ 2 * I 2 (11)
wobei D/L das Verhältnis der radialen Verschiebung des Blattes undwhere D / L is the ratio of the radial displacement of the blade and
ξ die Stellen auf dem Blatt, an denen die Geschwindigkeit bestimmt wirdStellen the places on the sheet where the speed is determined
als Verhältnisas a relationship
(12) R(12) R
angibt.indicates.
Der Blattwinkel ß an jedem radialen Ort ergibt sich aus der Summe aus Verwindungswinkel Φ und Anstellwinkel α, wobei sich der Verwindungswinkel Φ ergibt zu J λ 1 " φ = tan^(~)(l + - ζ ) (13)The blade angle ß at each radial location results from the sum of the torsion angle Φ and the angle of attack α, where the torsion angle Φ results in J λ 1 " φ = tan ^ (~) (l + - ζ) (13)
wobei — ζ den Schlupf angibt.where - ζ indicates the slip.
Der Wirkungsgrad des Lüfters bzw. Rotors ergibt sich dann zuThe efficiency of the fan or rotor then results
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
wobei P. der Leistungskoeffizient ist und η- sich berechnet auswhere P. is the coefficient of performance and η- is calculated from
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002
mitWith
ε = tan"1 (D / ) (16)ε = tan "1 (D /) (16)
Bei einem Axiallüfter wird das Optimierungsverfahren wie folgt modifiziert:In the case of an axial fan, the optimization process is modified as follows:
Die Blattspitzen-Winkelberechnung entfällt, die induzierte axiale Geschwindigkeit av wird gleich Null gesetzt und die Volumenziffer φ wird gemäß vThe blade tip angle calculation is omitted, the induced axial velocity a v is set to zero and the volume number φ is calculated according to v
Bernoulli geändert in: φ , wobei — der Fortschrittsgrad ist und definiert istBernoulli changed to: φ, where - is the degree of progress and is defined
,π π φ V zu (mit v : Nabenverhältnis) bzw. zu — — - (mit V, π π φ V to (with v: hub ratio) or to - - - (with V
1 — V iiRγ 1 - V iiR γ
Anströmgeschwindigkeit, Ω : Drehgeschwindigkeit, Rτ : Blattspitzenradius).Inflow velocity, Ω: rotational speed, R τ : tip radius).
Da bekannte Feldverfahren, insbesondere im Hinblick auf Optimierungsrechnungen sehr rechenintensiv sind, empfiehlt sich für die Unter- suchung der Aeroakustik der Lüfter und deren Auslegung ein Singularitätenverfahren oder ein Verfahren wie nach Larrabee, welches dann, wie Versuche gezeigt haben, mit einem Optimierungsalgorithmus zu einer angenähert aerodynamisch optimalen Blattgeometrie führt. Im Falle von festen Grenzflächen in einer Strömung können schallerzeugende Kräfte durch eine Verteilung von Dipol-Singularitäten an der Oberfläche eines Lüfter(blatt)profils ersetzt werden. Aus den lokalen Auftriebsbeiwerten folgen damit als Ursache des erzeugten Luftstroms die integralen aerodynamischen Beiwerte der Druckdifferenz vor und hinter dem Gebläse und der Leistung. Der Wirkungsgrad ist dann dem Schub direkt und der Leistung umgekehrt proportional. Wie Vergleiche zwischen Theo- rie und Experiment gezeigt haben, läßt sich die Aerodynamik im Entwurfspunkt E nahe dem Wirkungsgradmaximum mit ausreichender Genauigkeit theoretisch vorhersagen.Since known field methods are very computationally intensive, particularly with regard to optimization calculations, a singularity method or a method such as Larrabee is recommended for examining the aeroacoustics of the fans and their design, which, as tests have shown, then approximates to an optimization algorithm using an optimization algorithm aerodynamically optimal blade geometry leads. In the case of fixed interfaces in a flow, sound-generating forces can be replaced by a distribution of dipole singularities on the surface of a fan (blade) profile. From the local lift coefficients, the integral aerodynamic coefficients of the pressure difference upstream and downstream of the blower and the power follow as the cause of the air flow generated. The efficiency is then direct to the thrust and inversely proportional to the power. As comparisons between theory and experiment have shown, the aerodynamics at design point E near the maximum efficiency can be theoretically predicted with sufficient accuracy.
Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, daß zur Berechnung und Optimierung in der zweiten Phase die aus der Optimierung der ersten Phase hervorgegangene Geometrie bzw. aerodynamischen Beiwerte als Vorgabe verwendet werden. Für die erste akustische Optimierung wird eine optimale Pfeilung der Blattgeometrie zur Dekorrelation schallerzeugender Wirbelstrukturen an der Blatthinterkante und die Blattiefe im Entwurfspunkt E mit einem Entwurfscode DESI2, welcher ein halbempirisches Verfahren zur Berechnung von stochasttschem Lärm ist, berechnet. Dekorrelation bedeutet dabei das Beeinflussen von makroskopischen Wirbelstrukturen so, daß kleinere Wirbelstrukturen entstehen. Saugspitzen, die zu unangenehmem Pfeifen führen, können zusätzlich zu einem frühen Umschlagen von laminarer zu turbulenter Strömung führen, wodurch weitere Schallquellen entstehen. Die Saugspitze kann mit dem LBS- Code berechnet werden. Damit kann die Größe des Schallquellenfeldes infolge Turbulenz abgeschätzt werden. LBS bedeutet Lifting Body Surface-Verfahren, welches ein rechnergestütztes Singularitäten- oder Panelverfahren zur Berechnung von Aerodynamik und Akustik (LBS-Code AERO bzw. AKU) umströmter Körper ist. Als Panel oder Singularität wird ein bestimmter Bereichsausschnitt auf dem Lüfterblatt bezeichnet. Für diesen jeweiligen Ausschnitt kann ein Koordinatensystem definiert werden mit ξ, η, ζ, wobei ζ die Normale auf die Panelfläche wiedergibt. Außerhalb der Blattoberfiäche wird zur Berechnung des akustischen Drucks -zur Berechnung der Aerodynamik auf dieser - ein Beobachter-Kontrollpunkt, z.B. in Form eines Mikrophons, gebildet. Der Abstand zur Panelfläche wird mit d bezeichnet. Propeller bzw. Lüfter und Mikrophon bewegen sich relativ zueinander, wobei definitionsgemäß sich beim LBS-Code AKU das Mikrophon während einer Gesamtrechnung einmal um 2π bewegt.It is also advantageously provided that the geometry or aerodynamic coefficients resulting from the optimization of the first phase are used as the default for the calculation and optimization in the second phase. For the first acoustic optimization, an optimal sweep of the leaf geometry for the decorrelation of sound-producing vortex structures on the leaf trailing edge and the leaf depth at design point E is calculated with a design code DESI2, which is a semi-empirical method for calculating stochastic noise. Decorrelation means influencing macroscopic vortex structures in such a way that smaller vortex structures arise. Suction tips, which lead to unpleasant whistling, can also lead to an early change from laminar to turbulent flow, which creates additional sound sources. The suction tip can be calculated using the LBS code. The size of the sound source field due to turbulence can thus be estimated. LBS means lifting body surface method, which is a computer-based singularity or panel method for calculating aerodynamics and acoustics (LBS code AERO or AKU). A certain section of the area on the fan blade is called a panel or singularity. For this particular section, a coordinate system can be defined with ξ, η, ζ, where ζ represents the normal on the panel surface. An observer control point, for example in the form of a microphone, is formed outside the sheet surface for calculating the acoustic pressure - for calculating the aerodynamics thereon. The distance to the panel surface is denoted by d. The propeller or fan and the microphone move relative to each other, whereby by definition the microphone in the LBS code AKU moves once by 2π during an overall calculation.
Die Berechnung des akustischen Drucks p ergibt sich durch Ableitung derThe acoustic pressure p is calculated by deriving the
Potentialfunktion nach der Zeit (durch Ableitung derselben Potentialfunktion nach den Koordinaten ergeben sich die entsprechenden Formeln zurPotential function according to time (by deriving the same potential function according to the coordinates, the corresponding formulas for
Berechnung der Aerodynamik mit Hilfe des LBS-Codes AERO) folgende Formel:Calculation of aerodynamics using the LBS code AERO) following formula:
1 3 d f f a„ p„V + ApcosΘ άS 1 3 dffa „p„ V + ApcosΘ άS
A- & 5 d(l - M_ )A- & 5 d (l - M_)
+Hfe rrfS (17) + Hfe r rfS (17)
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
wobeiin which
Θ der Winkel zwischen dem Abstandsvektor d und dem Einheitsvektor normal zum Panel ήΘ the angle between the distance vector d and the unit vector normal to the panel ή
o„ die Schallgeschwindigkeit 12o "the speed of sound 12
p„ die Dichte der ungestörten Strömungp "the density of the undisturbed flow
V die Normalgeschwindigkeitskomponente der AnströmungV is the normal velocity component of the inflow
Md die Machzahl in Richtung Panel (=Quelle)-BeobachterM d is the Mach number in the direction of the panel (= source) observer
/**,/**„ aerodynamischer Druck am Panel/ ** , / ** "aerodynamic pressure on the panel
S die PanelflächeS the panel area
δ die Grenzschichtdicke ist.δ is the boundary layer thickness.
Der erste Term gibt den Dickenlärm an, berechnet entsprechend der Profildicke. Der zweite Term repräsentiert den Dipollärm und der dritte Term berücksichtigt den Quadrupol- bzw. Grenzschichtlärm. Jeder Schallquellentyp wird also separat untersucht. Im Falle stationärer Strömung sind d und Md Funktionen der Zeit.The first term indicates the thickness noise, calculated according to the profile thickness. The second term represents the dipole noise and the third term takes into account the quadrupole or boundary layer noise. Each type of sound source is therefore examined separately. In the case of steady flow, d and M d are functions of time.
Vorteilhaft ist vorgesehen, daß der LBS-Code AKU anschließend den Druckzeitverlauf des Lüfterdrehkiangs berechnet. Die somit ermittelten theoretischen Werte stimmen gut mit experimentell ermittelten überein. Das Entwurfsverfahren liefert somit hinsichtlich periodischer Signale von Lüftern eine gute Konstruktionsgrundlage.It is advantageously provided that the LBS code AKU then calculates the pressure time curve of the fan rotation. The theoretical values thus determined are in good agreement with experimentally determined ones. The design process therefore provides a good design basis for periodic signals from fans.
Wie Experimente gezeigt haben, sind jedoch weiterhin Zonen turbulenter, abgelöster oder mit Aufrollwirbeln behafteter Strömungen vorhanden, welche sto- chastischer Natur sind und nicht unmittelbar berechnet werden können. Zur vollständigen Nachrechnung bzw. Korrektur der Lüfterakustik ist daher noch ein zusätzlicher halbempirischer Ansatz auf der Basis von Turbulenzmodellen erforderlich, wie dies mit dem Entwurfscode DESI2 möglich ist. Mit diesem Code kann die Aeroakustik eines Lüfters befriedigend nachgerechnet bzw. korrigiert werden. Erfindungsgemäß koppelt man das Nachrechnungsverfahren mit einem Optimierungscode, so kann diese Arbeit mit dem zweiten Optimierungsalgorithmus durchgeführt werden. Es wird somit beispielsweise nach einer 13As experiments have shown, there are still zones of turbulent, detached or swirling currents that are stochastic in nature and cannot be calculated directly. For the complete recalculation or correction of the fan acoustics, an additional semi-empirical approach based on turbulence models is therefore required, as is possible with the design code DESI2. With this code, the aeroacoustics of a fan can be satisfactorily recalculated or corrected. According to the invention, if the recalculation method is coupled with an optimization code, this work can be carried out with the second optimization algorithm. It is thus for example after a 13
Geometrieänderung in kleinen Schritten zuerst die Aerodynamik und dann die Akustik nachgerechnet, wobei ein Minimum an Lärm unter Beibehaltung der aerodynamischen Leistung als Kriterium gewählt wird. Die Geometrie kann beispielsweise in der Blattiefe und Verschiebung einzelner Schnitte geändert werden, so daß sich aus einem rechteckigen ein sichelförmiger Blattgrundriß ergibt. Allerdings sind auch andere Optimierungen denkbar, wie z. B. die Verwindung der Blätter, die Blattzahl gemeinsam mit dem Durchmesser oder einer asymmetrischen Aufteilung der Blätter etc.Geometry changes in small steps first the aerodynamics and then the acoustics, whereby a minimum of noise while maintaining the aerodynamic performance is selected as the criterion. The geometry can be changed, for example, in the depth of the sheet and the displacement of individual cuts, so that a crescent-shaped sheet outline results from a rectangular one. However, other optimizations are also conceivable, such as. B. the twisting of the leaves, the number of leaves together with the diameter or an asymmetrical distribution of the leaves etc.
Bei einer stochastischen Zeitabhängigkeit von Geschwindigkeiten wie in turbulenten Grenzschichten können die stochastischen Geräusche nicht den aerodynamischen Quellen (wie bei periodischem Schall nach Gleichung (17)) zugeordnet werden. Es sind statistische Aufschlüsselungen in Raum- und Zeitfaktoren erforderlich, weswegen Turbulenzmodelle gebildet werden. Es findet eine Beschreibung mit Transferfunktionen statt, die auf experimentell bestimmten Auto- und Kreuzkorrelations-Funktionen der aerodynamischen Belastungen beruhen.With a stochastic time dependency of speeds as in turbulent boundary layers, the stochastic noises cannot be assigned to the aerodynamic sources (as with periodic sound according to equation (17)). Statistical breakdowns in space and time factors are required, which is why turbulence models are formed. There is a description with transfer functions that are based on experimentally determined auto and cross-correlation functions of the aerodynamic loads.
Das DESI2-Verfahren beruht auf diesen Turbulenzmodellen. Die Schallquellen werden dabei als Dipole formuliert, wobei sich ein Leistungsspektrum ergibt. Auch zur Berechnung des Breitbandlärms nach diesem Verfahren wird das Lüfter- oder Rotorblatt ähnlich paneliert wie beim DESI1 -Verfahren.The DESI2 process is based on these turbulence models. The sound sources are formulated as dipoles, resulting in a range of services. The fan or rotor blade is paneled similarly to the DESI1 method to calculate the broadband noise using this method.
Das akustische Leistungsspektrum des Seitenband-Spektrums ergibt sich dimensionslos zuThe acoustic power spectrum of the sideband spectrum is dimensionless
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
mit ξ = vΔ; v : Nabenverhältnis; Δ : charakteristische Turbulenzlänge; 4- : Winkel zwischen der Rotorachse und Rp, also dem Abstand zwischen Lüfterzentrum und Beobachter-Kontrollpunkt. E,„ ist die Interferenz des Schalls im Femfeldwith ξ = vΔ; v: hub ratio; Δ: characteristic turbulence length; 4-: Angle between the rotor axis and R p , i.e. the distance between the fan center and the observer control point. E, "is the interference of sound in the far field
(nB - /) sin μ cos μ cos Ψ - 0(/ / Ω) πB- 2 (M0 sinΨ) (19)(nB - /) sin μ cos μ cos Ψ - 0 (/ / Ω) πB- 2 (M 0 sinΨ) (19)
E, ist die Modulation der Frequenzen der Harmonischen infolge TurbulenzE, is the modulation of the harmonic frequencies due to turbulence
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
EΛrf, ist der Einfluß der Turbulenz nach Liepmann's TurbulenzmodellE Λrf , is the influence of turbulence according to Liepmann's turbulence model
(21 )
Figure imgf000016_0002
und
(21)
Figure imgf000016_0002
and
Figure imgf000016_0003
Figure imgf000016_0003
E,„ = (l + A-rc /πα . (23)E, „= (l + A- r c / π α . (23)
bescheiben die Transferfunktionen bzw. das Verhalten der Belastung auf dem Blatt im Hinblick auf konvektierte Nachläufe.describe the transfer functions or the behavior of the load on the sheet with regard to convected caster.
Mittels der akustischen Spektraldichte bzw. -leistung kann unmittelbar der Schallpegel des Hinterkanten- und Seitenband-Geräusches berechnet werden.The acoustic level of the trailing edge and sideband noise can be calculated directly using the acoustic spectral density or power.
Das Leistungsspektrum des Breitbandspektrums wird mit Hilfe der Fouriertransformation der Kreuzkorrelationsfunkton des Druckes berechnet: (S(f,d,ä)) = ]dx (p(d,a ,t -τ I 2)p(d,a ,t +τ / 2))e_Ω** (24)The power spectrum of the broadband spectrum is calculated using the Fourier transformation of the cross-correlation function of the pressure: (S (f, d, ä)) =] dx (p (d, a, t -τ I 2) p (d, a, t + τ / 2)) e _Ω * * (24)
Gleichung (24) berücksichtigt alle Korrelationen in Raum und Zeit, wobeiEquation (24) takes into account all correlations in space and time, where
oT Winkel zwischen R P„ und der HinterkanteoT angle between R P „and the rear edge
a Schallgeschwindigkeita " Speed of sound
τ Zeitpunkt der Emissionenτ time of emissions
t Zeitt time
p Druckp pressure
p Dichtep density
f Frequenzf frequency
d Abstand Beobachter-Kontrollpunkt zur Panelfläche ist.d is the observer control point distance from the panel surface.
Die erste Methode, die in Code DESI 2 zur Berechnung des Hinterkantengeräuschs implementiert wurde, ist die Methode von Howe. Als Transfer-Funktion wird dabei eine Wirbel-Korrelationsfunktion eingeführt, die aus der Messung stochastisch schwankender Wandgrenzschichten stammt. Die Schallquellen werden erzeugt durch einfallende und abgelöste Wirbelschichten nahe einer flachen Platte. Das Fernfeldergebnis dieser Rechnung istThe first method implemented in code DESI 2 to calculate the trailing edge noise is Howe's method. A swirl correlation function is introduced as a transfer function, which comes from the measurement of stochastically fluctuating wall boundary layers. The sound sources are generated by incident and detached fluidized beds near a flat plate. The far field result of this calculation is
p(f-ä,Θ) = Po {f c> sin cos372 ß sin(Θ/ 2) (25) dp (f-ä, Θ) = Po {fc > sin cos 372 ß sin (Θ / 2) (25) d
(1-M0 + Me)(1-M 0 + M e )
(l+ M0 cosΘr2(l + (M0 -M.)cosΘ) 16(l + M 0 cosΘr 2 (l + (M 0 -M.) cosΘ) 16
Wobei p0 die Transferfunktion beschreibt. Die Frequenz f folgt aus der Strouhal-ZahlWhere p 0 describes the transfer function. The frequency f follows from the Strouhal number
St = f ~ (26)S t = f ~ (26)
Hier ist / der Wirbeldurchmesser, Vc die Wirbel-Konvektionsgeschwindigkeit, Θ der Winkel zwischen d und der Tangente an der Hinterkante,Here is / the vortex diameter, V c the vortex convection speed, Θ the angle between d and the tangent at the trailing edge,
M0 die Anströmungs-Machzahl und Mc die Konvektions-Machzahl mitM 0 is the Mach Mach number and M c is the Mach Mach number
M- =f v → M - = f v →
Nach Grosveld und Schlinker sind die theoretischen Ergebnisse an den gemessenen akustischen Daten eines überströmten Flügelsegments skaliert. Danach ist akustische SpektraldichteAccording to Grosveld and Schlinker, the theoretical results are scaled on the measured acoustic data of an overflowed wing segment. After that is acoustic spectral density
(27)
Figure imgf000018_0001
(27)
Figure imgf000018_0001
mit der Richtcharakteristikwith the directional characteristic
sin2 (Θ/ 2)cos ß 3 sin2 (d)sin 2 (Θ / 2) cos ß 3 sin 2 (d)
D = (28) (l + M0 cosΘ)[l + (Mo - M cosΘ:D = (28) (l + M 0 cosΘ) [l + (M o - M cosΘ:
die um den Hinterkanten-Pfeilwinkelfaktor cosß für Code DESI 2 erweitert ist. Bei der Einführung des Pfeilwinkels wird der Faktor K2 neu skaliert. Es bedeuten:which is expanded by the rear edge arrow angle factor cosß for code DESI 2. When introducing the arrow angle, the factor K 2 is rescaled. It means:
K2 empirisch ermittelte Konstante; wird nach Validierung durch ExperimentK 2 empirically determined constant; after validation by experiment
angepaßtcustomized
U AnströmgeschwindigkeitU flow velocity
B BlattzahlB number of sheets
δ Grenzschichtdichte.δ boundary layer density.
Die Mittelfrequenz ist definiert zuThe center frequency is defined too
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
mit 5m.x = 0.1. Auch zur Berechnung des Breitbandlärms mit Code DESI 2 wird das Propellerblatt ähnlich paneliert wie im Fall von Code DESI 1. Dabei werden die Schallquellen in der Nähe des Kutta-Panels (angeordnet an der Hinterkante, nur Tangentialgeschwindigkeit per definitionem dort wirksam) angeordnet.with 5 m . x = 0.1. The propeller blade is also paneled for calculating the broadband noise with code DESI 2 in a similar way as in the case of code DESI 1. Here, the sound sources are arranged near the Kutta panel (arranged on the rear edge, only tangential speed by definition effective there).
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß in der zweiten Phase die zweite akustische Optimierung der Blattgeometrie oder Blatteilung in Form einer asymmetrischen Teilung der Blätter zur Schallminimierung berechnet wird. Dabei wird der Lärm spektral umverteilt oder zum Teil durch Interferenz ausgelöscht. Bei einer Änderung der spektralen Verteilung wird der Lärmpegel bestimmter Frequenz auf Gebiete benachbarter Frequenzen so umverteilt, daß insgesamt kleinere Lärmpegel entstehen. Durch diese in den zweiten Optimierungsalgorithmus integrierte Variationsmöglichkeit der Blatteilung oder Änderung der Blattgeometrie ist eine weitere Lärmreduzierung mittels des einen Verfahrens möglich.According to a special embodiment it is provided that in the second phase the second acoustic optimization of the blade geometry or blade division is calculated in the form of an asymmetrical division of the blades in order to minimize noise. The noise is redistributed spectrally or partially eliminated by interference. If the spectral distribution changes, the noise level of a particular frequency is redistributed to areas of adjacent frequencies in such a way that overall smaller noise levels are generated. This variation possibility of the blade division or change of the blade geometry integrated in the second optimization algorithm enables further noise reduction by means of the one method.
Vorteilhaft ist vorgesehen, daß in der zweiten Phase zur zweiten akustischenIt is advantageously provided that in the second phase to the second acoustic
Optimierung der Blatteilung oder Blattgeometrie eine Berechnung unter Berücksichtigung von drei unmittelbar vor dem Einlauf des Lüfters mit Winkeln von ψ = 60°, 70° und 75° zum Lüfterzentrum angeordneten Mikrophonen ebenfalls mit dem Panelverfahren zur Berechnung der Akustik, genannt LBS- Code AKU, im Entwurfspunkt E erfolgtOptimization of the blade pitch or blade geometry a calculation taking into account three microphones arranged immediately before the fan runs in at angles of ψ = 60 °, 70 ° and 75 ° to the fan center also done with the panel method for calculating the acoustics, called LBS code AKU, at design point E.
Ausgangsgleichung des LBS-Codes ist eine Integro-Differentialgleichung, die sowohl die akustischen als auch die aerodynamischen Felder stationa- rer/instationarer reibungsbehafteter kompressibler Unterschalistromungen beschreibt Die Losung der aeroakustischen Potentialgleichung wird dabei durch die Differentiation eines Geschwindigkeits- und Beschleunigungspotentials erhalten. Als Ergebnis erhalt man das Geschwmdigkeitsfeld als Ableitung der Potentiale nach den Koordinaten Der dritte Term, der den Einfluß der Scher- Schicht in Form eines Volumenintegrals beschreibt, kann zur Berechnung der Reibung benutzt werden Dazu ist eine Umwandlung des Integrals in ein Ober- flachenintegral zur Beschreibung von Ausblaseschwmdigkeit notwendig, die eine Grenzschicht simulieren und mit denen die Randbedingung an der Blattoberflache entsprechend modifiziert werden kann (Transpirationsmethode) Der akustische Druck folgt unmittelbar aus der Potentialgleichung durch Differentiation nach der Zeit anstatt nach den Koordinaten The initial equation of the LBS code is an integro differential equation, which describes both the acoustic and the aerodynamic fields of stationary / unsteady, compressible, sub-shell currents subject to friction. The solution of the aeroacoustic potential equation is obtained by differentiating a speed and acceleration potential. The result is the velocity field as a derivative of the potentials based on the coordinates. The third term, which describes the influence of the shear layer in the form of a volume integral, can be used to calculate the friction. This involves converting the integral into a surface integral for description of blow-out speed, which simulate a boundary layer and with which the boundary conditions on the leaf surface can be modified accordingly (perspiration method). The acoustic pressure follows directly from the equation of potential by differentiation according to the time instead of the coordinates
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:An exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to a drawing. It shows:
Fig. 1 einen zu optimierenden rechteckigen Blattgrundriß, Fig. 2 einen Schnitt durch das Blatt gemäß Fig. 1 ,1 shows a rectangular sheet outline to be optimized, FIG. 2 shows a section through the sheet according to FIG. 1,
Fig. 3 ein Wirkungsgrad η- Volumenstrom V- DiagrammFig. 3 shows an efficiency η volume flow V diagram
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß sichelförmiges Blatt,4 is a plan view of a sickle-shaped sheet according to the invention,
Fig. 5 eine schematische Ansicht in axialer Richtung eines Axiallüfters,5 is a schematic view in the axial direction of an axial fan,
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Axiallüfters, und Fig. 7 eine schematische Ansicht von vier Optimierungsschritten.6 shows a schematic side view of an axial fan, and FIG. 7 shows a schematic view of four optimization steps.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Biattgrundriß 10, welcher in der dargestellten axialen Ansicht eine rechteckige Projektionsfläche aufweist und einerseits an einer Nabe 1 1 und andererseits an einem Manteielement 12 befestigt ist. Der Pfeil A deutet die Drehrichtung an. Die Linie 13 zeigt eine Schnittlinie des Laminarprofils des Blattes 10.Fig. 1 shows schematically a Biatt floor plan 10, which in the illustrated axial view has a rectangular projection surface and is attached on the one hand to a hub 11 and on the other hand to a jacket element 12. The arrow A indicates the direction of rotation. Line 13 shows a section line of the laminar profile of sheet 10.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie 13. Die Blatttiefe 14 ist am Laminarprofil ebenso zu erkennen, wie der Verwindungswinkel ß.Fig. 2 shows a section of Fig. 1 along the section line 13. The depth of the sheet 14 can be seen on the laminar profile as well as the twist angle β.
Fig. 3 zeigt ein η-V -Diagramm, in dem der Entwurfspunkt E nahe dem Wir- kungsgradmaximum eingetragen ist.3 shows an η-V diagram in which the design point E is entered close to the maximum efficiency.
Fig. 4 zeigt ähnlich wie Fig. 1 einen Blattgrundriß 10, welcher mit einem Mantelelement 12 und einer Nabe 1 1 verbunden ist und eine sichelförmige Ausgestaltung aufweist. Das sicheiförmige Blatt 10 weist an seiner Vorderkante 15 und an seiner Hinterkante 16 jeweils eine starke Vorwärtspfeilung 17 und eine starke Rückwärtspfeilung 18 auf. Fig. 5 zeigt in axialer Richtung eine schematische Darstellung eines Axialluf- ters 19 mit sieben Blattern 10 Gut zu erkennen ist die unterschiedliche Blatteilung t.Fig. 4 shows, similar to Fig. 1, a sheet outline 10, which is connected to a casing element 12 and a hub 1 1 and has a crescent-shaped configuration. The egg-shaped blade 10 has a strong forward arrow 17 and a strong reverse arrow 18 on its front edge 15 and on its rear edge 16. 5 shows in the axial direction a schematic representation of an axial fan 19 with seven blades 10. The different blade pitch t can be clearly seen.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Axiallufters 19 mit Blattern 10 und einem Mantelelement 12, dem auf einer seiner Seiten Mikrophone M1 , M2 und M3 unter dem Winkel ψ = 60°, 70° und 75°, bezogen auf die Lufterachse 20, zugeordnet sind.6 shows a side view of a schematically represented axial fan 19 with blades 10 and a jacket element 12, on which one side of the microphone M1, M2 and M3 at an angle ψ = 60 °, 70 ° and 75 °, based on the air axis 20, assigned.
Um den Lärm von Luftern 19 durch die erfindungsgemaße aeroakustisch optimale Formgebung merklich zu senken, ohne daß dabei die Leistung des Luf- ters 19 verschlechtert wird, kann nun in vorteilhafter Weise wie folgt vorgegangen werdenIn order to noticeably reduce the noise from fans 19 by the aeroacoustically optimal shaping according to the invention, without the performance of the fan 19 being impaired, the following procedure can now be carried out in an advantageous manner
Das Blatt 10, welches ein Laminar- oder Kreisprofil hat, ist gemäß Fig 1/2 vorgegeben. Die Blatt-Tiefe und-Verwindung ß wird mit einem Entwurfscode DESI1 (unter Verwendung der vorstehenden Formeln) unter Berücksichtigung der Profilpolaren berechnet, wobei ein Optimum für eine elliptische Lastverteilung im Entwurfspunkt E (vgl Fig 3) berechnet wird Das DES11 -Verfahren ist ein Singulaπtatenverfahren, mit dem die Aerodynamik an bzw auf den Singularitäten bzw Paneln auf der Oberflache des Lufterblattes berechnet wirdThe sheet 10, which has a laminar or circular profile, is predetermined according to Fig 1/2. The blade depth and twist ß is calculated using a design code DESI1 (using the formulas above) taking into account the profile polares, an optimum being calculated for an elliptical load distribution at design point E (cf. FIG. 3). The DES11 method is a singular method with which the aerodynamics on or on the singularities or panels on the surface of the air sheet is calculated
Die aus der vorgenannten Berechnung sich ergebenden Geometriedaten und aerodynamischen Beiwerte sind nun Grundlage für die Berechnung der optimalen Pfeilungen 17, 18 des Blattprofils 10 zur Dekorrelation schallerzeugender Wirbelstrukturen an der Blatthinterkante 16, also zur Beeinflussung makroskopischer Wirbelstrukturen so, daß kleinere Wirbelstrukturen entstehen Aus dieser Berechnung folgt ebenfalls die Blattiefe 14, berechnet im Entwurfspunkt E mit Entwurfscode DESI2 und einer Mikrophonposition etwa 1 m vom Einlauf auf der Rotorachse mit einem Winkel ψ = 0° (vgl Fig 6) Das DESI2-Verfahren wird zur Berechnung ausschließlich stochatisch erzeugter akustischer Signale genutzt Die Änderung der Biattgeometne und der asymmetrischen Teilung t der Rotorblatter 10 zur Schallminderung infolge veränderter Spektralverteilung und Aus- ioschung erfolgt aus einer Berechnung im Entwurfspunkt E mit LBS-Code AERO und AKU, dem bereits im vorstehenden beschriebenen Lifting Body Sur- face- Verfahren, unter Anwendung auf drei Mikrophonpositionen M1 , M2 und M3 unmittelbar vor dem Einlauf des Lüfters 19 unter dem Winkel ψ = 60°, 70° und 75°, bezogen auf die Lüfterachse 20 (vgl. Fig. 6). Das Ergebnis einer solchen Optimierung zeigt Fig. 7, wobei die einzelnen Optimierungsschritte I - IV skiz- ziert sind. The geometric data and aerodynamic coefficients resulting from the aforementioned calculation are now the basis for the calculation of the optimal sweeps 17, 18 of the leaf profile 10 for the decorrelation of sound-producing vertebral structures at the trailing edge of the leaf 16, i.e. for influencing macroscopic vertebral structures so that smaller vertebral structures result from this calculation also the blade depth 14, calculated at draft point E with draft code DESI2 and a microphone position about 1 m from the inlet on the rotor axis with an angle ψ = 0 ° (see Fig. 6). The DESI2 method is used to calculate only stochatically generated acoustic signals. The change the Biattgeometne and the asymmetrical division t of the rotor blades 10 for sound reduction due to changed spectral distribution and Ausioschung is based on a calculation in design point E with LBS code AERO and AKU, the lifting body surge described above face method, using three microphone positions M1, M2 and M3 immediately before the fan 19 runs in at the angle ψ = 60 °, 70 ° and 75 °, based on the fan axis 20 (cf. FIG. 6). The result of such an optimization is shown in FIG. 7, the individual optimization steps I-IV being outlined.
BezugszeicheήlisteReference list
10 Blattgrundriß10 leaf plan
1 1 Nabe1 1 hub
12 Mantelelement12 jacket element
13 Schnittlinie des Laminarprofils13 Cutting line of the laminar profile
14 Blattiefe14 page depth
15 Vorderkante15 leading edge
16 Hinterkante16 trailing edge
17 Vorwärtspfeilung17 Forward arrow
18 Rückwärtspfeilung18 Backward arrow
19 Axiallüfter19 axial fan
20 Lüfterachse20 fan axis
A Pfeil (für Drehrichtung) ß VerwindungswinkelA arrow (for direction of rotation) ß torsion angle
E Entwurfspunkt t BlatteilungE draft point t sheet division
M1 MikrophonM1 microphone
M2 MikrophonM2 microphone
M3 MikrophonM3 microphone
Ψ Winkel Mikrophon-Lüfterachse Ψ Angle microphone fan axis

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur aeroakustischen Optimierung eines Axiallüfters, bei dem auf der Basis einer numerischen Computersimulation in einer ersten Phase eine aerodynamische Optimierung der Blattgeometrie des Axiallüfters durch Anwendung eines inversen numerischen Entwurfsverfahrens in Verbindung mit einem ersten Optimierungsalgorithmus erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Phase in Kombination mit einem zweiten Optimierungs- algorithmus1. Aeroacoustic optimization method for an axial fan, in which, based on a numerical computer simulation, an aerodynamic optimization of the blade geometry of the axial fan takes place in a first phase by using an inverse numerical design method in connection with a first optimization algorithm, characterized in that in a second phase in combination with a second optimization algorithm
- zunächst eine erste akustische Optimierung der Blattgeometrie zur Minderung des stochastischen Lärms mit Hilfe eines weiteren numerischen Verfahrens auf der Basis von Turbulenzmodellen, und - anschließend eine zweite akustische Optimierung der Blattgeometrie und- first a first acoustic optimization of the blade geometry to reduce the stochastic noise with the help of a further numerical method based on turbulence models, and - then a second acoustic optimization of the blade geometry and
Blatteilung zur Minimierung des periodischen Lärmanteils mit Hilfe eines Singularitätenverfahrens berechnet wird.Sheet division for minimizing the periodic noise component is calculated using a singularity method.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Phase als inverses numerisches Entwurfsverfahren das Verfahren nach Larrabee in modifizierter Form oder ein Panel verfahren LBS AERO für ummantelte Propeller zur Anwendung kommt und als Berechnungsvorgaben die Polare eines Profils (10) und damit die Blattiefe (14) und eine Verwindung ß für eine elliptische Lastverteilung im Entwurfspunkt E mit einem Entwurfscode DESI1 berechnet wird, so daß der erste Optimierungsalgorithmus ein Optimum für die Lastverteilung ermittelt. 2. The method according to claim 1, characterized in that in the first phase as an inverse numerical design method, the method according to Larrabee in modified form or a panel method LBS AERO for coated propellers is used and as calculation specifications the polar of a profile (10) and thus the blade depth (14) and a twist β for an elliptical load distribution at the design point E is calculated with a design code DESI1, so that the first optimization algorithm determines an optimum for the load distribution.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung und Optimierung in der zweiten Phase die aus der Opti- mierung der ersten Phase hervorgegangenen Geometrien (10) und aerodynamischen Beiwerte als Vorgabe verwendet werden und für die erste akustische Optimierung eine optimale Pfeilung (17, 18) der Blattgeometrie zur Dekorrelation schallerzeugender Wirbelstrukturen an der Blatthinterkante (16) und im Zusammenhang damit erneut die Blattiefe (14) im Entwurfspunkt E mit Entwurfscode DESI2 berechnet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that for the calculation and optimization in the second phase, the geometries (10) and aerodynamic coefficients resulting from the optimization of the first phase are used as specifications and an optimal sweep for the first acoustic optimization ( 17, 18) of the blade geometry for the decorrelation of sound-producing vortex structures on the blade trailing edge (16) and in connection therewith the blade depth (14) is again calculated at draft point E with draft code DESI2.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwurfscode DESI2 den Schallpegel in einem Abstand von ca. 1 m vom Einlauf der Lüfterachse (20) entfernt in einem Winkel ψ = 0° berechnet.4. The method according to claim 3, characterized in that the draft code DESI2 calculates the sound level at a distance of approximately 1 m from the inlet of the fan axis (20) at an angle ψ = 0 °.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase eine zweite akustische Optimierung der Blattgeo- metrie und Blatteilung t mit Hilfe eines Singularitäten- oder Panelverfahrens, insbesondere des LBS-Codes erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that in the second phase there is a second acoustic optimization of the leaf geometry and leaf division t with the aid of a singularity or panel process, in particular the LBS code.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Panelverfahrens LBS AERO zur vorliegenden Geometrie6. The method according to claim 5, characterized in that using the panel method LBS AERO to the present geometry
(10, 12) die aerodynamischen Beiwerte und damit in der zweiten Phase die zweite akustische Optimierung der Blatteilung t oder Blattgeometrie (10) zur Änderung der spektralen Verteilung oder Interferenz eine Schallminderung mit dem LBS-Code AKU berechnet wird. (10, 12) the aerodynamic coefficients and thus in the second phase the second acoustic optimization of the blade pitch t or blade geometry (10) to change the spectral distribution or interference a noise reduction is calculated with the LBS code AKU.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase zur zweiten akustischen Optimierung der Blattei- lung und Blattgeometrie (10, 12) eine Lärmberechnung unter Berücksichtigung von drei umittelbar vor dem Einlauf des Lüfters (19) mit Winkeln von ψ = 60°, 70° und 75° zum Lüfterzentrum angeordneten Mikrophonpositionen M1 , M2, M3 mit LBS-Code im Entwurfspunkt E erfolgt.7. The method according to claim 6, characterized in that in the second phase for the second acoustic optimization of the blade line and blade geometry (10, 12) a noise calculation taking into account three immediately before the inlet of the fan (19) with angles of ψ = Microphone positions M1, M2, M3 arranged at 60 °, 70 ° and 75 ° to the fan center with LBS code at design point E.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Verfahrens Gebläse, Propeller und/oder Rotoren, insbesondere von Windkraftanlagen optimiert werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that blowers, propellers and / or rotors, in particular of wind turbines, are optimized by means of the method.
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