DE102010060929A1

DE102010060929A1 - Aero-acoustic wind tunnel has fan that is arranged in closed current return tube in which free cross-sectional area is suddenly changed according to specific amount of change in outer periphery of free cross-sectional area

Info

Publication number: DE102010060929A1
Application number: DE201010060929
Authority: DE
Inventors: Andreas Bergmann; Mitja Zechner-Bernardy; Sebastian Weber
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-06

Abstract

The wind tunnel (1) has a measuring section (6) that is arranged between a nozzle (3) and a collector (2). A closed current return tube (4) is extended from the side of the collector up to the nozzle. A fan (5) is arranged in the current return tube in which free cross-sectional area is suddenly changed by 25% change in outer periphery of the free cross-sectional area. The free cross-sectional area is suddenly changed by changing the outer periphery of free cross-sectional area by 40-60 wt%.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft einen Windkanal mit einer Messstrecke zwischen einer Düse und einem Kollektor und mit einer von dem Kollektor bis zu der Düse geschlossenen Stromrückführungsröhre, in der ein Gebläse angeordnet ist. Bei einem solchen Windkanal spricht man von Göttinger Bauart.The invention relates to a wind tunnel with a measuring section between a nozzle and a collector and with a closed from the collector to the nozzle current return tube in which a blower is arranged. In such a wind tunnel one speaks of Göttinger type.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Windkanal, in dem akustische Untersuchungen an in die Messstrecke eingebrachten Modellen möglich sind und der entsprechend im Betrieb selbst ausreichend leise ist. Ein derartiger Windkanal wird auch als aeroakustischer Windkanal bezeichnet.In particular, the invention relates to a wind tunnel in which acoustic examinations of models introduced into the measuring section are possible and which is correspondingly sufficiently quiet during operation itself. Such a wind tunnel is also referred to as aeroacoustic wind tunnel.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In Windkanälen mit offener Messstrecke (Freistrahl-Windkanäle) treten häufig tieffrequente Druck- und Geschwindigkeitsschwingungen auf. Diese Schwingungen stellen ein großes Problem dar, weil die Qualität der Messergebnisse beeinträchtigt und im Extremfall die statische Struktur des Windkanalgebäudes gefährdet wird, vgl. dazu [1]. Es handelt sich um ein Resonanzphänomen, das bei bestimmten Freistrahlgeschwindigkeiten und in Abhängigkeit von Freistrahldurchmesser und Freistrahllänge auftritt. Typische Frequenzen liegen unterhalb des hörbaren Bereiches. Auf der Strahlachse und am Auffangtrichter des Kollektors am Ende der Messstrecke kann die Resonanz zu wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten führen, so dass sowohl am Messobjekt eine Modulation der Strömungsgeräusche als auch am Kollektor ein mit der Resonanzfrequenz moduliertes Strömungsrauschen entstehen kann. Ergebnisse weiterer Untersuchungen dazu sind in [2] und [3] zu finden. Der Resonanzprozess ist bis heute nicht in allen Einzelheiten verstanden. Sicher ist, dass dabei Ablösungen von hochfrequenten Wirbelstrukturen an der Düse entstehen, die stromab schwimmen und sich zu tieferfrequenten größeren Strukturen formieren. Diesem Ablöseprozess wird im Resonanzfall über einen Rückkoppelungsprozess eine periodische Struktur aufgeprägt. Ein möglicher Rückkoppelungsmechanismus entsteht bei offenen Messstrecken durch akustische Wellen, die durch Auftreffen der Scherschichtwirbel auf den Rand des Kollektors ausgelöst werden. Diese Wellen bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit entgegen der Strömung zur Düse und triggern an der Mündung der Düse die Wirbelablösung. Liegt die Eigenfrequenz der akustischen Wellen in der Nähe der bevorzugten natürlichen Ablösung, wird diese verstärkt, und es bilden sich deutlich ausgeprägte Scherschichtwirbel aus, die stromab auf den Rand des Kollektors schwimmen und damit den Rückkoppelungskreis schließen. Dieses Modell wurde von Rossiter in [4] beschrieben und lässt sich auf Freistrahl-Windkanäle übertragen. Ein weiterer Rückkoppelungsmechanismus kann in einem Windkanal mit geschlossener Stromrückführungsröhre (Göttinger Bauart) durch akustische Resonanz entstehen. Bei vorliegender Röhrenresonanz bildet sich in der Stromrückführungsröhre auf ihrer Länge eine stehende Welle aus. Die Stromrückführungsröhre wirkt dabei wie eine Flöte oder Orgelpfeife mit zwei offenen Enden, so dass dort der Schalldruck ein Minimum und die Teilchenschnelle ein Maximum aufweist. Der Kollektor kann dabei als Mundstück der Flöte angesehen werden. Die hier durch den Scherschichtaufprall erzeugten periodischen Druckschwankungen werden durch die stehende Welle innerhalb der Stromrückführungsröhre der Mündung der Düse (Flötenende) unmittelbar mitgeteilt. Die an der Mündung der Düse vorliegende Teilchenschnelle verstärkt am Rand der Düse die Wirbelablösefrequenz, wenn die Resonanzfrequenz der Stromrückführungsröhre in der Nähe der bevorzugten natürlichen Ablösefrequenz liegt. Eine ausführliche Beschreibung dieser Mechanismen ist in [5], [6] dargestellt.In wind tunnels with an open measuring section (free-jet wind tunnels), low-frequency pressure and velocity oscillations often occur. These vibrations represent a major problem because the quality of the measurement results is impaired and in extreme cases the static structure of the wind tunnel building is endangered, cf. to [1]. It is a resonance phenomenon that occurs at certain free jet velocities and as a function of free jet diameter and free jet length. Typical frequencies are below the audible range. On the beam axis and the collecting funnel of the collector at the end of the measuring section, the resonance can lead to changing flow velocities, so that both a modulation of the flow noise and at the collector a flow noise modulated with the resonance frequency can occur at the measuring object. Results of further investigations can be found in [2] and [3]. The resonance process is not understood in every detail until today. What is certain is that separations of high-frequency vortex structures occur at the nozzle, which float downstream and form into lower-frequency, larger structures. In the case of resonance, a periodic structure is impressed on this detachment process via a feedback process. One possible feedback mechanism results from open waves through acoustic waves, which are triggered by the impact of the shear layer on the edge of the collector. These waves travel at the speed of sound against the flow to the nozzle and triggers the vortex shedding at the mouth of the nozzle. If the natural frequency of the acoustic waves is close to the preferred natural separation, it is amplified, and distinct shear-layer vortices are formed, which float downstream on the edge of the collector and thus close the feedback loop. This model was described by Rossiter in [4] and can be transferred to free-jet wind tunnels. Another feedback mechanism can arise in a wind tunnel with closed current return tube (Göttinger type) by acoustic resonance. When the tube resonance is present, a standing wave is formed in the current return tube along its length. The current return tube acts like a flute or organ pipe with two open ends, so that there the sound pressure has a minimum and the particle speed has a maximum. The collector can be regarded as the mouthpiece of the flute. The periodic pressure fluctuations generated here by the shear layer impact are communicated directly by the standing wave within the current return tube of the mouth of the nozzle (flute end). The particle velocity present at the mouth of the nozzle enhances the vortex shedding frequency at the edge of the nozzle when the resonant frequency of the current return tube is close to the preferred natural shedding frequency. A detailed description of these mechanisms is presented in [5], [6].

Um die Resonanzmechanismen unterbrechen zu können, sind verschiedene Lösungsansätze untersucht worden. Die periodische Wirbelbildung an der Mündung der Düse kann durch Turbulenzgeneratoren (z. B. Seiferth-Flügel [7], vgl. auch [8] und [9]) gestört werden. Bestimmte Kollektorgeometrien, insbesondere im Zusammenhang mit nachgeschalteten Atmungsöffnungen, können sich günstig auf das Pumpverhalten auswirken. Da diese beiden Ansätze sehr hohe Eigengeräusche erzeugen, ist deren Anwendung für aeroakustische Windkanäle nicht geeignet. Darüber hinaus lässt sich mit ihnen nur die Schwingungsamplitude verringern, während die Pumpneigung der Freistrahlanlage bestehen bleibt.In order to be able to interrupt the resonance mechanisms, various approaches have been investigated. The periodic vortex formation at the mouth of the nozzle can be disturbed by turbulence generators (eg Seiferth wing [7], see also [8] and [9]). Certain collector geometries, in particular in connection with downstream breathing openings, can have a favorable effect on the pumping behavior. Since these two approaches generate very high intrinsic noises, their application is not suitable for aeroacoustic wind tunnels. In addition, only the vibration amplitude can be reduced with them, while the pumping tendency of the free-jet system remains.

Deshalb wurde in neuerer Zeit über weitere wirksame Maßnahmen nachgedacht, durch die die störenden Luftschwingungen bedämpft oder ganz vermieden werden können. Hierzu zählen die Geräuschreduktion mit aktiven Systemen (Antischall) in der Stromrückführungsröhre, vgl. [10], [11], die Verstimmung oder Verschiebung der Resonanzfrequenz der Stromrückführungsröhre durch Öffnungen in der Stromrückführungsröhre, vgl. [12], und die Beeinflussung der Wirbelablösung an der Mündung der Düse mit kontrollierter Frequenz durch aktive Druckaufprägung am Düsenaustritt, vgl. [13]. Letztere Idee ist bisher nur wenig erforscht. Diese Maßnahmen haben sämtlich den Nachteil, dass sie entweder schwierig zu beherrschen sind oder dass sie den statischen Druckgradienten längs der offenen Messstrecke ungünstig beeinflussen.Therefore, more effective measures have recently been considered, which dampen the disturbing air vibrations or can be completely avoided. These include noise reduction with active systems (antisound) in the current return tube, cf. [10], [11], the detuning or shifting of the resonant frequency of the current return tube through openings in the current return tube, cf. [12], and the influence of the vortex shedding at the mouth of the nozzle with controlled frequency by active pressure impingement on the nozzle exit, cf. [13]. The latter idea has been little researched so far. These measures all have the disadvantage that they are either difficult to control or that they adversely affect the static pressure gradient along the open measuring section.

Ein bekannter Windkanal mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 ist der Windkanal DNW-NWB in der Konfiguration, wie ihn die Stiftung DNW (www.dnw.aero) bislang in Braunschweig betrieben hat. Dieser Windkanal nach Göttinger Bauart weist eine Stromrückführungsröhre mit vier Umlenkecken auf, in denen jeweils ein aerodynamisches Umlenkgitter aus Schaufelprofilen mit schallharte Oberflächen angeordnet ist. Das Gebläse ist dabei von der Messstrecke aus gesehen zwischen der zweiten und dritten Umlenkecke angeordnet. Ein Wärmetauscher zur Temperierung der Luft im Bereich der Messstrecke ist in einer Beruhigungskammer zwischen der vierten Umlenkecke und der Düse vorgesehen. Bei dem DNW-NWB in seiner bisherigen, bekannten Konfiguration traten heftige Druckpulsationen über der Messstrecke auf, die nur durch den Einsatz von Seiferth-Flügeln an der Düse beherrschbar waren.A known wind tunnel with the features of the preamble of independent claim 1 is the wind tunnel DNW-NWB in the Configuration, as it has operated the foundation DNW (www.dnw.aero) so far in Braunschweig. This wind tunnel to Göttinger type has a current return tube with four deflection corners, in each of which an aerodynamic deflection grille is arranged from blade profiles with reverberant surfaces. The blower is arranged as seen from the measuring section between the second and third Umlenkecke. A heat exchanger for controlling the temperature of the air in the region of the measuring section is provided in a settling chamber between the fourth deflection corner and the nozzle. In the DNW-NWB in its previous, known configuration violent pressure pulsations occurred over the measuring section, which could only be controlled by the use of Seiferth wings on the nozzle.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Windkanal mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, bei dem Druckpulsationen über der Messstrecke ohne ihrerseits Lärm erzeugende Maßnahmen vermieden werden, so dass der Windkanal als aeroakustischer Windkanal einsetzbar ist.The invention has for its object to provide a wind tunnel with the features of the preamble of independent claim 1, are avoided in the pressure pulsations over the measuring section without their turn noise-generating measures, so that the wind tunnel can be used as an aeroacoustic wind tunnel.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch einen Windkanal mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Windkanals sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The object of the invention is achieved by a wind tunnel with the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the new wind tunnel are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die stehende Welle in der Stromrückführungsröhre entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude dann, wenn, wie beispielsweise an den offenen Enden der Stromrückführungsröhre, d. h. der Düse und dem Kollektor, Totalreflexion auftritt. Die reflektierte Welle läuft dann der jeweils einfallenden Welle entgegen. An Stellen, an denen sich die Wellenimpedanz (Wellenwiderstand in der Stromrückführungsröhre) sprunghaft ändert, kommt es zur teilweisen Reflexion und Transmission. Diesen Effekt ausnutzend ist eine Störung des Rückkoppelungsmechanismus durch Behinderung der Schallausbreitung in der Stromrückführungsröhre möglich, indem ihre akustische Impedanz möglichst groß gewählt wird. Als geeignete Maßnahme, eine möglichst große akustische Impedanz der Stromrückführungsröhre zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine sprunghafte Erweiterung bzw. Verengung der freien Querschnittsfläche um mindestens 25% durch Veränderung des Außenumfangs der freie Querschnittsfläche vorgeschlagen. Dieser Querschnittssprung bewirkt einen Impedanzsprung, und bei der erfindungsgemäßen Mindestgröße dieses Sprungs wird die Amplitude der einlaufenden Welle in der Stromrückführungsröhre soweit bedämpft, dass der beschriebene auf akustischer Resonanz beruhende Mechanismus gestört wird. Der Querschnittssprung hat gleichzeitig ein hohes Einfügungsdämmmaß und kann somit zur Verminderung der Lärmausbreitung von der Lärmquelle Gebläse beitragen.The standing wave in the current return tube arises from the superposition of two counterpropagating waves of equal frequency and amplitude when, for example, at the open ends of the current return tube, i. H. the nozzle and the collector, total reflection occurs. The reflected wave then runs counter to the respective incident wave. In places where the wave impedance (characteristic impedance in the current return tube) changes abruptly, partial reflection and transmission occur. Making use of this effect, it is possible to disturb the feedback mechanism by hindering the propagation of sound in the current return tube by making its acoustic impedance as large as possible. As a suitable measure to achieve the greatest possible acoustic impedance of the current return tube, the invention proposes a sudden expansion or narrowing of the free cross-sectional area by at least 25% by changing the outer circumference of the free cross-sectional area. This cross-sectional jump causes an impedance discontinuity, and with the minimum magnitude of this jump according to the invention, the amplitude of the incoming wave in the current return tube is attenuated to such an extent that the described acoustic resonance-based mechanism is disturbed. At the same time, the jump in cross-section has a high insertion loss ratio and can thus contribute to reducing the noise propagation from the noise source blower.

Bevorzugt ist es, wenn die sprunghafte Veränderung der freien Querschnittsfläche durch Veränderung ihres Außenumfangs 40% bis 60%, d. h. etwa 50% beträgt.It is preferred if the abrupt change in the free cross-sectional area by changing its outer circumference 40% to 60%, d. H. about 50%.

In einer konkreten Ausführungsform ist die sprunghafte Veränderung eine Verengung der freien Querschnittsfläche durch Einschnürung ihres Außenumfangs. Dabei bedeutet Verengung, dass die freie Querschnittsfläche in der Richtung der Durchströmung der Stromrückführungsröhre abnimmt.In a concrete embodiment, the abrupt change is a narrowing of the free cross-sectional area by constriction of its outer circumference. Narrowing means that the free cross-sectional area decreases in the direction of flow through the current return tube.

Bevorzugt liegt die sprunghafte Verengung der freien Querschnittsfläche durch Einschnürung ihres Außenumfangs am Einlass des Gebläses des Windkanals. Hier wirkt der aus der Verengung resultierende Impedanzsprung in Form seines Einfügungsdämmmaßes der Ausbreitung von Lärm des Gebläses zum Kollektor entgegen.Preferably, the sudden narrowing of the free cross-sectional area is due to constriction of its outer periphery at the inlet of the fan of the wind tunnel. Here, the impedance jump resulting from the constriction, in the form of its insertion loss coefficient, counteracts the propagation of noise from the blower to the collector.

Der Impedanzsprung im Bereich der Verengung fällt dann besonders groß aus, wenn sich die sprunghafte Verengung der freien Querschnittsfläche durch Einschnürung ihres Außenumfangs mit einer Verengung der freien Querschnittsfläche durch eine Anströmhaube des Gebläses überschneidet. Diese zusätzliche Verengung der freien Querschnittsfläche durch die Anströmhaube des Gebläses kann weitere 20% bis 50% bezogen auf die bereits durch Einschnürung ihres Außenumfangs verengte freie Querschnittsfläche betragen. Die Gesamtveränderung der freien Querschnittsfläche im Bereich ihrer sprunghaften Veränderung kann damit deutlich mehr als 50%, bis hinauf zu 75% betragen. Ein günstiger Wert ist eine Gesamtverengung von 60% bis 70%, d. h. etwa 2/3. Eine noch höhere Gesamtverengung würde zwar den Impedanzsprung noch größer ausfallen lassen, wäre aber auch mit einem erhöhten Durchströmungswiderstand verbunden.The impedance jump in the region of the constriction is then particularly great when the sudden narrowing of the free cross-sectional area by constriction of its outer circumference overlaps with a narrowing of the free cross-sectional area through a Anströmhaube the fan. This additional narrowing of the free cross-sectional area through the fan hood of the blower can amount to a further 20% to 50%, based on the free cross-sectional area already constricted by the constriction of its outer circumference. The total change in the free cross-sectional area in the range of their sudden change can thus be significantly more than 50%, up to 75%. A favorable value is a total narrowing of 60% to 70%, d. H. about 2/3. An even higher total constriction would make the impedance jump even larger, but would also be associated with an increased flow resistance.

Über die sprunghafte Veränderung der freien Querschnittsfläche durch Veränderung ihres Außenumfangs hinweg kann sich nicht nur das Maß, sondern auch die Form des Außenumfangs ändern. So ist es bevorzugt, wenn die freie Querschnittsfläche über ihrer sprunghaften Veränderung zwischen rechteckig, insbesondere quadratisch, und kreisförmig wechselt. Auch hierdurch wird die Höhe des Impedanzsprungs gesteigert.Not only the dimension but also the shape of the outer circumference can change due to the abrupt change in the free cross-sectional area due to changes in its outer circumference. Thus, it is preferred if the free cross-sectional area changes over its abrupt change between rectangular, in particular square, and circular. This also increases the height of the impedance jump.

Konkret kann die sprunghafte Veränderung der freien Querschnittsfläche zumindest teilweise durch eine aerodynamisch vorteilhafte Viertelkreisdüse realisiert sein, damit die Strömungsverluste gering gehalten werden. Specifically, the sudden change in the free cross-sectional area can be at least partially realized by an aerodynamically advantageous quarter-circle nozzle, so that the flow losses are kept low.

Vor einer erfindungsgemäßen sprunghaften Verengung der freien Querschnittsfläche durch Veränderung ihres Außenumfangs kann eine sprunghafte Erweiterung der freien Querschnittsfläche vorgesehen sein, die zusammen mit der sprunghaften Verengung die Bedämpfung der einlaufenden Welle in der Stromrückführungsröhre weiter steigert. Diese sprunghafte Erweiterung der freien Querschnittsfläche beträgt mindestens 15%, vorzugsweise 20% bis 30%, d. h. etwa 25%. Sie kann konkret an Profilhinterkanten von Schaufelprofilen einer Schalldämpferkulisse erfolgen, die in einer Umlenkecke der Stromrückführungsröhre vor der sprunghaften Verengung der freien Querschnittsfläche durch Veränderung ihres Außenumfangs angeordnet ist.Before a sudden narrowing of the free cross-sectional area according to the invention by changing its outer circumference, a sudden expansion of the free cross-sectional area can be provided, which together with the abrupt constriction further increases the damping of the incoming wave in the current return tube. This sudden expansion of the free cross-sectional area is at least 15%, preferably 20% to 30%, d. H. about 25%. It can be done concretely on profile trailing edges of blade profiles of a silencer backdrop, which is arranged in a Umlenkecke the current return tube before the sudden narrowing of the free cross-sectional area by changing its outer periphery.

Dabei kann es günstig sein, wenn die Profilhinterkanten der Schaufelprofile unterschiedliche Abstände zu der sprunghaften Verengung der freien Querschnittsfläche durch Veränderung ihres Außenumfangs aufweisen, um die Ausbildung eines Resonators zwischen den beiden gegenläufigen Impedanzsprüngen zu vermeiden.It may be advantageous if the profile trailing edges of the blade profiles have different distances to the sudden narrowing of the free cross-sectional area by changing its outer periphery in order to avoid the formation of a resonator between the two opposing impedance jumps.

Der neue Windkanal bietet im Bereich eines maximalen Außenumfangs der freien Querschnittsfläche vor deren sprunghaften Verengung äußerst günstige Verhältnisse zur Anordnung eines Wärmetauschers. Durch die große freie Querschnittsfläche wird der Wärmetauscher hier mit nur geringer Strömungsgeschwindigkeit durchströmt. Dies hat sowohl Vorteile bei der Entwicklung von Lärm an dem Wärmetauscher als auch hinsichtlich seines Durchströmungswiderstands. Zudem wird doch an dem Wärmetauscher erzeugter Lärm durch das Einfügungsdämmmaß der angrenzenden Impedanzsprünge eingedämmt. Vor allem liegt er weit von der Messstrecke entfernt: d. h. zwischen ihm und der Messstrecke sind wie zwischen dem Gebläse und der Messstrecke jeweils zwei Schalldämpferkulissen in zwei Umlenkecken angeordnet.The new wind tunnel offers in the region of a maximum outer circumference of the free cross-sectional area before its sudden narrowing extremely favorable conditions for the arrangement of a heat exchanger. Due to the large free cross-sectional area of the heat exchanger is flowed through here with only a low flow rate. This has both advantages in the development of noise at the heat exchanger and in terms of its flow resistance. In addition, noise generated at the heat exchanger is contained by the insertion loss amount of the adjacent impedance jumps. Above all, it is far from the measuring section: d. H. between him and the measuring section are arranged as between the blower and the measuring section two silencer scenes in two Umlenkecken.

Wenn der neue Windkanal auch mit einer geschlossenen oder nur geschlitzten Messstrecke betrieben werden kann, hat er doch seine besonderen Vorteile bei einer offenen Messstrecke, d. h. bei Ausbildung eines Freistrahls zwischen seiner Düse und dem Kollektor.If the new wind tunnel can also be operated with a closed or only slotted measuring section, it has its particular advantages in an open measuring section, ie. H. when forming a free jet between its nozzle and the collector.

Der neue Windkanal ist als aeroakustischer Windkanal für maximale Strömungsgeschwindigkeiten über der Messstrecke von mindestens 80 m/s geeignet. Bis zu dieser Geschwindigkeit bleibt der DNW-NWB in Braunschweig nach seinem Umbau gemäß der vorliegenden Erfindung für akustische Messungen in seiner Messstrecke ausreichend leise.The new wind tunnel is suitable as an aeroacoustic wind tunnel for maximum flow velocities over the test section of at least 80 m / s. Up to this speed, the DNW-NWB in Braunschweig remains sufficiently quiet after its conversion according to the present invention for acoustic measurements in its measuring section.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features of the drawing - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The features shown in the drawing can also be combined with features of different claims.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawing.

1 zeigt die hier wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Windkanals. 1 shows the essential parts of a wind tunnel according to the invention here.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt die Geometrie der Luftführung des aeroakustischen Windkanals DNW-NWB in Braunschweig nach seinem Umbau gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Windkanal 1 gehört jetzt zu den leisesten Windkanälen weltweit. 1 shows the geometry of the air duct of the aeroacoustic wind tunnel DNW-NWB in Braunschweig after its conversion according to the present invention. This wind tunnel 1 is now one of the quietest wind tunnels worldwide.

Dargestellt ist die an einem Kollektor 2 beginnende und an einer Düse 3 endende Stromrückführungsröhre 4 des Windkanals, wobei der Bereich stromab eines Gebläses 5 nur schematisch dargestellt ist. Eine Messstrecke 6 des Windkanals 1 erstreckt sich von der Düse 3 zu dem Kollektor 2. Es handelt sich hierbei um eine offene Messstrecke, in der die aus der Düse 3 austretende Luft einen Freistrahl ausbildet. Die Stromrückführungsröhre 4 umfasst im Wesentlichen gerade Abschnitte zwischen vier Umlenkecken 7–10, in denen jeweils eine aus Schaufelprofilen 11 bzw. 12 aufgebaute Schalldämpferkulisse 13 bzw. 14 angeordnet ist. Das Gebläse 5 liegt von der Messstrecke 6 aus gesehen zwischen der zweiten Umlenkecke und der dritten Umlenkecke 9 und ist auf jeder Seite von der Messstrecke 6 durch zwei Schalldämpferkulissen abgeschirmt. Die Schaufelprofile der Schalldämpferkulissen weisen dabei einen grundsätzlich aus der EP 0 905 499 A2 bekannten Aufbau mit schallweichen Profiloberflächen auf.Shown is the at a collector 2 beginning and at a nozzle 3 ending current return tube 4 the wind tunnel, the area downstream of a fan 5 is shown only schematically. A measuring section 6 of the wind tunnel 1 extends from the nozzle 3 to the collector 2 , This is an open measuring section, in which the out of the nozzle 3 escaping air forms a free jet. The current return tube 4 essentially comprises straight sections between four bends 7 - 10 in which one each from blade profiles 11 respectively. 12 built silencer backdrop 13 respectively. 14 is arranged. The fan 5 lies from the measuring section 6 seen between the second Umlenkecke and the third Umlenkecke 9 and is on each side of the test section 6 shielded by two silencers. The blade profiles of the silencer scenes have a principle of the EP 0 905 499 A2 known structure with soundproof profile surfaces.

Die freie Querschnittsfläche der Stromrückführungsröhre 4 ist hinter der Umlenkecke 8 und vor dem Gebläse 5 sprunghaft verengt. Das Flächenverhältnis beträgt ohne Berücksichtigung der Versperrung durch eine Anströmhaube 15 des Gebläses 5 etwa 0,5. Darüber hinaus gibt es durch die relativ breit ausgeführten Hinterkanten 16 der Schaufelprofile 11 der Schalldämpferkulisse 13 in der Umlenkecke 8 ebenfalls eine sprunghafte Veränderung der freien Querschnittsfläche der Stromrückführungsröhre 4, hier als Erweiterung in Richtung der Durchströmung der Stromrückführungsröhre 4 mit einem ungefähren Flächenverhältnis von 0,25. Periodische Druckschwankungen können im Windkanal über den gesamten Betriebsbereich der offenen Messstrecke bis 80 m/s nach dem Umbau auch ohne Seifert-Flügel an der Düse 3 nicht nachgewiesen werden. Beim Umbau wurden die Geometrien einer Vorkammer der Düse 3, der Düse 3, der Messstrecke 6, des Kollektors 2 und eines Messstreckendiffusors nicht verändert. Mit diesen Geometrien traten vor dem Umbau heftige Pulsationen auf, die nur durch den Einsatz von Seiferth-Flügel beherrschbar waren. The free cross-sectional area of the current return tube 4 is behind the Umlenkecke 8th and in front of the blower 5 suddenly narrowed. The area ratio is without taking into account the obstruction by a Anströmhaube 15 of the blower 5 about 0.5. In addition, there are relatively wide rear edges 16 the blade profiles 11 the silencer backdrop 13 in the Umlenkecke 8th also a sudden change in the free cross-sectional area of the current return tube 4 , here as an extension in the direction of flow through the current return tube 4 with an approximate area ratio of 0.25. Periodic pressure fluctuations in the wind tunnel over the entire operating range of the open measuring section up to 80 m / s after the conversion without Seifert-wing at the nozzle 3 can not be detected. During the conversion, the geometries of an antechamber of the nozzle became 3 , the nozzle 3 , the measuring range 6 , of the collector 2 and a measuring distance diffuser not changed. With these geometries violent pulsations occurred before the conversion, which could only be controlled by the use of Seiferth wings.

Das im konkreten Ausführungsbeispiel ist die sprunghafte Verengung der freien Querschnittsfläche der Stromrückführungsröhre 4 mit einer aerodynamisch vorteilhaften Vierteilkreisdüse 17 ausgeführt, damit Strömungsverluste gering gehalten werden. Zudem ändert sich die Form des Außenumfangs der Stromrückführungsröhre 4 von quadratisch auf kreisförmig. Der beschriebene Windkanal 1 hat auch den Vorteil, dass im Bereich der großen freien Querschnittfläche vor dem Gebläse 5 ein Wärmetauscher 18 angeordnet werden kann, bei dem die lokalen niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten nur zu relativ kleinen Durchströmungsverlusten führen. Damit verschwindet eine wesentliche Lärmquelle aus der für Wärmetauscher sonst häufig vorgesehenen Windkanal-Beruhigungskammer vor der Düse 3 zur Messstrecke 6. Die Zuströmung zu dem Gebläse 5 ist durch diese Anordnung sehr gleichmäßig und wirkt sich günstig bezüglich eines niedrigen erzeugten Schallpegels aus.This in the concrete embodiment is the sudden narrowing of the free cross-sectional area of the current return tube 4 with an aerodynamically advantageous four-circle nozzle 17 designed so that flow losses are kept low. In addition, the shape of the outer circumference of the current return tube changes 4 from square to circular. The wind tunnel described 1 also has the advantage of being in the area of large free cross-sectional area in front of the blower 5 a heat exchanger 18 can be arranged, in which the local low flow velocities lead only to relatively small flow losses. Thus, a significant source of noise disappears from the otherwise commonly provided for heat exchanger wind tunnel calming chamber before the nozzle 3 to the measuring section 6 , The inflow to the blower 5 is very uniform by this arrangement and has a favorable effect on a low generated sound level.

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[12] B. Stuber, W. von Heesen, U. Brief: Offenlegungsschrift DE 100 49 533 A1 from 25.04.2002
[13] W. von Heesen, M. Höpfer: Suppression of Wind Tunnels Buffeting by Active Flow Control, SAE International, Society of Automotive Engineering, 2009-01-0805 (2004)

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Windkanalwind Tunnel
22: Kollektorcollector
33: Düsejet
44: StromrückführungsröhreCurrent return tube
55: Gebläsefan
66: Messstreckemeasuring distance
77: Umlenkeckedeflecting corner
88th: Umlenkeckedeflecting corner
99: Umlenkeckedeflecting corner
1010: Umlenkeckedeflecting corner
1111: Schaufelprofilblade profile
1212: Schaufelprofilblade profile
1313: Schalldämpferkulissesound-damping
1414: Schalldämpferkulissesound-damping
15 15: AnströmhaubeAnströmhaube
1616: Hinterkantetrailing edge
1717: ViertelkreisdüseQuarter-
1818: Wärmetauscherheat exchangers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0905499 A2 [0025]

Claims

Wind tunnel ( 1 ) with a measuring section ( 6 ) between a nozzle ( 3 ) and a collector ( 2 ) and one of the collector ( 2 ) to the nozzle ( 3 ) closed current return tube ( 4 ), in which a blower ( 5 ), characterized in that the current return tube ( 4 ) locally has a sudden change in its free cross-sectional area by at least 25% by changing the outer circumference of the free cross-sectional area.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the erratic. Change in the free cross-sectional area by changing its outer circumference is 40 to 60%.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the abrupt change is a narrowing of the free cross-sectional area by constriction of its outer periphery.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the sudden narrowing of the free cross-sectional area by constriction of its outer periphery at the inlet of the blower ( 5 ) lies.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the sudden narrowing of the free cross-sectional area by constriction of its outer circumference with a narrowing of the free cross-sectional area by a Anströmhaube ( 15 ) of the blower ( 5 ) overlaps.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the constriction of the free cross-sectional area through the Anströmhaube ( 15 ) of the blower is a further 20 to 50% based on the constricted by constriction of its outer circumference free cross-sectional area.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that an overall change in the free cross-sectional area in the region of their sudden change by changing their outer circumference is 60 to 75%.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the free cross-sectional area changes over its abrupt change by changing its outer circumference between rectangular, preferably square, and circular.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the abrupt change in the free cross-sectional area by changing its outer circumference a Viertelkreisdüse ( 17 ).

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of 3 to 6 or one of the dependent claims 7 to 9, characterized in that prior to the sudden narrowing of the free cross-sectional area by changing its outer circumference a sudden expansion of the free cross-sectional area by at least 15%, preferably 20 to 30%, is arranged.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the sudden expansion of the free cross-sectional area at profile trailing edges ( 16 ) of blade profiles ( 11 ) a silencer backdrop ( 13 ), which in a deflection corner ( 8th ) of the current return tube ( 4 ) is arranged.

Wind tunnel ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the profile trailing edges ( 16 ) of the blade profiles ( 11 ) have different distances to the sudden narrowing of the free cross-sectional area by changing its outer periphery.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of claims 3 to 6, 10 and 11 or one of the claims 7 to 9 which are dependent on one of claims 3 to 6, characterized in that a heat exchanger ( 18 ) is arranged in the region of a maximum outer circumference of the free cross-sectional area before its sudden narrowing.

Wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring section ( 6 ) is open.

Aeroacoustic wind tunnel ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a maximum flow velocity over the measuring path ( 6 ) is at least 80 m / s.