Fluid-Struktur-Akustik-Kopplung bei der Überströmung dünner Platten

Als Folge der Umströmung eines Pkws kommt es zur Anregung der Seitenscheiben, im Nachlauf von A-Säule und Seitenspiegel, und letztlich zur Schallabstrahlung in die Fahrgastzelle. Die physikalischen Mechanismen, die zu dieser Schallabstrahlung führen, wurden an einem vereinfachten Fahrzeugmodell untersucht.

Der zeitlich und räumlich veränderliche Wanddruck auf der Oberfläche der Seitenscheibe setzt sich aus zwei unterschiedlichen Anteilen zusammen. Die mit konvektiver Geschwindigkeit transportierten Wirbelstrukturen resultieren in hydrodynamischen Wanddruckschwankungen. Weiterhin wird im Strömungsfeld Schall induziert, der sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet. Die Quantifizierung dieser Druckanteile erfordert den Einsatz eines Arrays aus Drucksensoren, wodurch die Filterung der Druckschwankungen gemäß den zugehörigen Wellenzahlen möglich ist. Anhand der Messungen mit einem Linien-Array konnte zudem das Corcos-Modell im Hinblick auf die Eignung zur Nachbildung der hydrodynamischen Wanddruckschwankungen überprüft werden.

Aufgrund der Ähnlichkeit der Wellenzahlen des Schalldrucks und der Strukturmoden kommt es zu einer effizienten Anregung der Modellseitenscheibe durch das Schallfeld. Dementsprechend wurden die Wellenzahlen der erfassten Strukturbewegung untersucht.

Durch die ergänzende Betrachtung der Schallabstrahlung in den Modellinnenraum bei Variation der Anströmgeschwindigkeit ergibt sich eine schlüssige Erklärung für die Ausprägung verschiedener Frequenzbereiche der Schallspektren.

Die Arbeit zeigt das Vorgehen zur Analyse der gesamten Fluid-Struktur-Akustik-Kopplung auf, aber auch zur Nachbildung des instationären Druckfelds für eine nachfolgende Berechnung der Strukturanregung und Schallabstrahlung in einem frühen Entwicklungsstadium von Pkws.