Schallentstehung in axial-symmetrischen, turbulenten Grenzschichten entlang längs angeströmter Zylinder

Bei Strömungen entlang Oberflächen mit einer starken Krümmung transversal zur Hauptströmungsrichtung, können Krümmungseffekte die Eigenschaften der Grenzschicht stark beeinflussen. Um diese Effekte und ihre Auswirkungen zu untersuchen, werden in der Forschung längs angeströmte, lange Zylinder mit einem kreisförmigen Querschnitt betrachtet. Bei der turbulenten Umströmung solcher Geometrien entstehen axial-symmetrische, turbulente Grenzschichten, deren Dicke den Zylinderradius um ein Mehrfaches übersteigt. Derartige Grenzschichten unterscheiden sich signifikant von planaren Grenzschichten an ebenen oder schwach gekrümmten Oberflächen. Axial-symmetrische Grenzschichten entstehen u. a. bei der Herstellung von Polymer- und Glasfasern, beim Verlegen von Seekabeln und entlang hydroakustischen Schleppantennen (Seitensichtsonar, Streamer, Seismische Messkabel, etc.). Letztere werden z.B. in der Meeresforschung, wie der Ozeanographie und der marinen Geophysik, zur Vermessung des Meeresbodens und der Wassersäule eingesetzt. Sie bestehen aus einem öl- oder gelgefüllten Schlauch in dessen Innerem Hydrophone mittig positioniert sind und werden üblicherweise von einem Schleppschiff in einer bestimmten Wassertiefe gezogen. Beim Einsatz solcher Messsysteme bildet sich eine axial-symmetrische, turbulente Grenzschicht um die zylindrische Antennenhülle aus. Aufgrund der turbulenten Fluktuationen innerhalb der umgebenen Grenzschichtströmung, entstehen sog. strömungsinduzierte Eigenstörgeräusche. Diese stellen insbesondere bei hohen Fahrstufen das pegel-dominierende Störgeräusch dar und limitieren die Effizienz des hydroakustischen Messsystems.

Im Zuge dieses Forschungsprojekts werden die axial-symmetrischen, turbulenten Grenzschichten und die primären Entstehungsmechanismen von grenzschichtinduzierten Eigenstörgeräuschen an vereinfachten Schleppantennen-Geometrien untersucht. Dabei spielt die Wechselwirkung der Grenzschichtströmung mit der Strukturdynamik der Antennenhülle und der Akustik im Inneren der Antenne eine bedeutende Rolle. Es kommen u. a. Simulationen der Fluid-Struktur-Akustik-Interaktion zum Einsatz.