Aeroakustische Untersuchung an Luftauslässen

Der Rollenprüfstand der Fahrzeugakustik am Fraunhofer IBP
© Shutterstock / Viktor Prymachenko

THE SOUND OF SILENCE – Akustische Optimierung von Lüftungsauslässen im Fahrzeug#

Kleiner Auslass – große Wirkung

Automobilhersteller streben bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge nach dem höchstmöglichen Komfort für Ihre Kunden. Die Akustik im Fahrzeuginnenraum spielt dabei eine entscheidende Rolle für das Wohlbefinden der Insassen. Um unangenehme Geräusche zu minimieren, werden das Design und das Interieur von Fahrzeugen fortlaufend weiterentwickelt. Im Zuge der Elektromobilität werden außerdem die Fahrzeugantriebe immer leiser. Bei Elektro-Fahrzeugen entfallen somit die typischen Verbrennungsmotorgeräusche. Dies hat zur Folge, dass bisher eher untergeordnete Schallquellen im Fahrzeuginneren stärker in den Fokus rücken. Was zuvor vom Motorgeräusch übertönt wurde, wird nun als störend wahrgenommen. Ein Beispiel für eine solche Geräuschquelle sind Lüftungsauslässe. Je nach Stellung des Auslassgitters, kann unangenehm lautes Strömungsrauschen oder ein störendes Pfeifen auftreten.

Simulieren statt Probieren

Um ein Bauteil wie den Lüftungsauslass akustisch zu optimieren, werden üblicherweise Prototypen gebaut und in Versuchsreihen ausgewertet. Dies ist meist aufwändig und teuer; das geht mittlerweile auch smarter: die numerische Aeroakustik (Computational Aeroaeroacoustics, CAA) ist eine Methode zur Simulation von Strömungsgeräuschen. Mit CAA-Simulationen kann z.B. die Geräuschentstehung an Luftauslässen in Abhängigkeit von der Geometrie und Strömungsgeschwindigkeit prognostiziert werden. Damit kann bereits in einem frühen Entwicklungsstadium ein guter Kompromiss zwischen Design und akustischem Komfort gefunden werden, was Kosten und Zeit in der Entwicklung einspart.

Lösung

Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP untersucht und optimiert im Auftrag von Automobilherstellern und deren Zulieferern die Strömung und Aeroakustik von Lüftungsauslässen. Mit instationären RANS-Methoden werden das turbulente Strömungsfeld und aeroakustische Quellen am Lüftungsauslass berechnet. Dazu wird das Verfahren nach Ffowcs Williams-Hawkings verwendet. Anhand der Ergebnisse lassen sich die resultierenden Schalldruckpegel im Fahrzeuginnenraum abschätzen. Mit diesem Vorgehen können eine Vielzahl möglicher Geometrien unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des Herstellers untersucht und optimiert werden.

Auftragsentwicklung

  1. Auftragsklärung
  2. Geometriedefinition
  3. Simulation
  4. Ggf. Optimierung
Luftströmung an einem Lüftungsauslass
© Fraunhofer IBP
Luftströmung an einem Lüftungsauslass.
Berechnetes Druck- und Geschwindigkeitsfeld am Ausströmer
© Fraunhofer IBP
Berechnetes Druck- und Geschwindigkeitsfeld.
Mit CAA berechnetes Schalldruckspektrum eines Ausströmers
© Fraunhofer IBP
Mit CAA berechnetes Schalldruckspektrum.

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