Vom leisen Flug der Eulenvögel zur Minderung der Schallentstehung an Tragflügeln
Während der aerodynamisch erzeugte Lärm beim Menschen erst seit vergleichsweise kurzer Zeit Aufmerksamkeit gefunden hat, hat ein solches Geräusch schon seit Millionen von Jahren Bedeutung für den Flug von beutegreifenden Vögeln. Die meisten Eulenvögel (Strigiformes) weisen verschiedene Anpassungen auf, um Flug für ihre Beutetiere praktisch unhörbar zu machen und minimieren auf diese Weise die Fluchtchancen der Beutetiere. Im Mittelpunkt eines vom Fachgebiet Technische Akustik durchgeführten Forschungsprojektes stand die Erforschung dieses leisen Fluges und die Nutzbarmachung für technische Anwendungen.
Das im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik“ geförderte Vorhaben lieferte einen Beitrag zur Übertragung der Mechanismen des extrem leisen Eulenflugs auf die Technik. Eine der Möglichkeiten der Übertragung dieser Mechanismen ist der Einsatz poröser Oberflächen bzw. die Fertigung umströmter Körper aus porösem Material. Die dabei zu beobachtende Beeinflussung der Schallentstehung bei der Umströmung von festen Körpern hängt von den Beschaffenheitsparametern des porösen Materials ab.
Die Ausgangsfrage des Vorhabens war daher, welcher Art diese Abhängigkeit ist und welches die wesentlich beeinflussenden Beschaffenheitsparameter sind. Aus anderen Anwendungsbereichen sind eine Reihe von Beschaffenheitsparametern poröser Stoffe bekannt, die zu einer homogenisierten Beschreibung des porösen Materials verwendet werden. Für Anwendungen der Materialien als akustische Absorber sind insbesondere die Parameter (Durch-)Strömungswiderstand bzw. Permeabilität, Porosität und Tortuosität von Bedeutung. Im Rahmen des Vorhabens konnte gezeigt werden, dassvor allem der (Durch-)Strömungswiderstand sowie die Porosität ebenfalls bestimmend für die Beeinflussung der Umströmung von Körpern aus porösem Material sind.
Ziel des Vorhabens war es, ein Modell zu entwickeln, das die detaillierte Analyse des Einflusses dieser Beschaffenheitsparameter auf die Schallentstehung und die Schallabstrahlung ermöglicht. Dazu erfolgten umfangreiche Messungen an Modellkörpern aus porösem Material im aeroakustischen Windkanal, welche als Basis für die Modellentwicklung dienten. Dabei wurde neben der Schallentstehung auch der Einfluss des Materials auf die aerodynamischen Eigenschaften untersucht. Eine Untersuchung der Eigenschaften des Federkleides von Eulenvögeln im Vergleich zu anderen Vögeln lieferte quantitative Aussagen zu den porösen Beschaffenheitsparametern sowie zusätzliche Informationen für die Experimente im Windkanal liefern.
Die Ergebnisse des Projekts sind bei wissenschaftlichen Tagungen sowie in einer Reihe wissenschaftlicher Artikel veröffentlicht worden. Dazu zählen:
Zum leisen Eulenflug (Auszug):
Sarradj, E., Fritzsche, C., Geyer, T.: Silent Owl Flight: Bird Flyover Noise Measurements. AIAA Journal (49:4), pp. 769-779, 2011
Geyer, T., Sarradj, E., Fritzsche, C.: Silent Owl Flight: Comparative Acoustic Wind Tunnel Measurements on Prepared Wings. Acta Acustica united with Acustica, Vol. 99, 139 - 153, 2013
Geyer, T. F., Claus, V. T., Hall, P. M., Sarradj, E.: Silent Owl Flight: The Effect of the Leading Edge Comb. International Journal of Aeroacoustics, Vol 16, Issue 3, pp. 115 - 134, 2017
Zur Anwendung an technischen Tragflügelprofilen (Auszug):
Geyer, T., Sarradj, E., Fritzsche, C.: Measurement of the noise generation at the trailing edge of porous airfoils. Experiments in Fluids, Vol. 48, pp. 291-308, 2010
Geyer, T., Sarradj, E., Fritzsche, C.: Porous Airfoils: Noise Reduction and Boundary Layer Effects. International Journal of Aeroacoustics, Vol. 9(6), pp. 787-820, 2010
Sarradj, E., Geyer, T.: Symbolic regression modeling of noise generation at porous airfoils. Journal of Sound and Vibration, 2014
Geyer, T. F., Lucius, A., Schrödter, M., Schneider, M., Sarradj, E.: Reduction of Turbulence Interaction Noise Through Airfoils with Perforated Leading Edges. Acta Acustica united with Acustica, Vol. 105 (1), 109 - 122, 2019
Geyer, T. F., Sarradj, E.: Self Noise Reduction and Aerodynamics of Airfoils With Porous Trailing Edges. Acoustics 2019, 1, 393 - 409, 2019