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    SilentHammer - Investigation of primary measures for the reduction of underwater noise emission during offshore pile driving - Sub-Project: Acoustic optimization of the components of impact hammers by numerical computation models
    In most cases, offshore wind energy plants are fastened to the sea bed by pile driving. Due to the impulsive excitation of the pile, a considerable amount of underwater noise is generated, which may possibly harm aquatic life. To protect especially marine mammals, certain limit values on underwater noise have been introduced. To reduce underwater noise, different approaches are used. Primary measures reduce the noise emission directly at the source, e.g. by lowering the applied hammer energy. Secondary measures aiming at reducing the noise in the water column, e.g. bubble curtains or cofferdam systems. Due to the huge dimensions of the monopiles, both noise emission and thus also the requirements on the noise mitigation are increasing. Secondary mitigation measures have already reached a certain level of matureness. Therefore, the research project forcusses on primary measures to reduce the noise emission already at the source. To decrease the noise emission, an optimal shape of the ram mass and further hammer components will be determined. Furthermore, the hammer operation itself will be investigated from an acoustical viewpoint. Further important questions, like wear and durability of the optimized components as well as driveability, will also be addressed to ensure the a practical realisation later on. To avoid the high costs of real offshore tests, a validation of the numerical results is on the one hand made by scaled laboratory experiments. On the other hand, the attainable noise reduction under offshore conditions is verified by applying the numerical pile driving noise model, which has been successfully developed and applied within the BORA project.
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    Experimentelle und numerische Untersuchungen der Schallentstehung in Radialpumpen und der Abstrahlung von Flüssigkeits- und Luftschall
    Pumpen werden in großer Anzahl von KMU hergestellt und in vielen technischen Anwendungen eingesetzt. Die Abstrahlung von Flüssigkeits- und Luftschall ist dabei in vielen Bereichen ein wichtiges Kriterium für die Wettbewerbsfähigkeit. Systematische Untersuchungen zu den Ursachen und Beeinflussungsmöglichkeiten der Abstrahlung von Flüssigkeits- und Luftschall von Pumpen existieren nicht. Als besonders problematisch erweist sich für KMU‘s die Tatsache, dass die Vorausberechnung der Schallabstrahlung eines Produktes während der Entwicklung derzeit nicht möglich ist. Dies liegt u.a. darin begründet, dass bislang keine in sich geschlossene numerische Prozesskette existiert, um die Flüssigkeits- und Luftschallabstrahlung zu berechnen. Experimentelle Untersuchungen mit Prototypen hinsichtlich schallreduzierender Maßnahmen sind ebenfalls nur eingeschränkt möglich, da hierfür aus fertigungstechnischen Gründen meist nicht die Werkstoffe des Serienproduktes eingesetzt werden können. Die dargestellte Situation führt gegenwärtig zu langen Entwicklungszeiten von Pumpen für schallsensible Anwendungen. Gegenstand dieses Vorhabens ist die experimentelle und numerische Untersuchung der Flüssigkeits- und Luftschallabstrahlung von Radialpumpen sowie die Bereitstellung einer experimentell validierten numerischen Prozesskette. Insbesondere sollen dabei Erkenntnisse gewonnen werden, welche Modellierungstiefe die miteinander gekoppelten numerischen Verfahren zur Strömungs-, Struktur-, Flüssigkeits- und Luftschallabstrahlung aufweisen müssen, um bereits im Entwicklungsprozess, ohne eine prototypische Umsetzung des zukünftigen Produktes, zuverlässig die Schallabstrahlung zu prognostizieren. Die Validierung der eingesetzten numerischen Verfahren erfolgt dabei an einer prototypischen Radialpumpe die im reflexionsarmen Halbraum der Universität Rostock aufgebaut ist. An diesem Prototyp können alle für die Validierung der numerischen Methoden benötigten Größen messtechnisch erfasst werden.
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    Einfluss des Reibwertes sowie der Verlustleistung auf die Dichtzone einer Öl-Elstomer-Paarung
    Die im Betrieb eines Radialwellendichtrings (RWDR) auftretenden Wechselwirkungen zwischen Öl und Elastomer führen häufig zu Schadensbildern (z.B. Blasen, Risse, Ölkohle) in der Dichtzone. Die Bewertung der Schadensbilder an der Dichtkante eines RWDR nach dem Betrieb/Testlauf ist ein entscheidendes Kriterium bei der Beurteilung des Dichtungssystems. In diesem Forschungsvorhaben soll die Auswirkung einzelner Betriebsparameter auf die Entstehung solcher Schadensbilder an einem an der Technischen Universität Hamburg-Harburg entwickelten RWDR-Tribometer untersucht werden. Die Blasenbildung, ein Schadensbild mit hoher Komplexität, soll anhand einer exemplarischen Öl-Elastomer-Paarung unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht werden. Neben der Auswirkung von Linienlast, Umfangsgeschwindigkeit und Sumpftemperatur soll die Auswirkung der Versuchszeit, der Verlustleistung und des Reibwerts auf die Schadensbilder betrachtet werden. Eine definierte Verlustleistung bzw. ein definierter Reibwert kann am RWDR-Tribometer durch die Regelung eines oder mehrerer Betriebsparameter/-s eingestellt werden. Durch die systematische Untersuchung der Einflüsse der Betriebsparameter werden Größenbereiche dieser Parameter ermittelt, die bei den untersuchten Öl-Elastomer Paarungen zu den in der Praxis auftretenden Schäden führen. Anhand gewonnener Erkenntnisse soll eine effiziente Versuchsvorschrift für allgemeine Öl-Elastomer-Paarungen abgeleitet werden. Ferner sollen grundsätzliche Erkenntnisse hinsichtlich der Entstehung und dem Grad der Schädigung aufgezeigt werden. Da die Problematik des Zusammenwirkens von Öl und Elastomer beim RWDR-Einsatz weit verbreitet und branchenübergreifend von Bedeutung ist, gibt es für das RWDR-Tribometer ein sehr weites Anwendungsfeld. Die systematische Untersuchung am RWDR-Tribometer anhand standardisierter Prüfkörper führt direkt zur Reduktion von RWDR-Versuchen und steigert dadurch die Wettbewerbsfähigkeit der KMU.
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    SPP 1886 - Polymorphic uncertainty modelling for the numerical design of structures: "Modelling of vibro-acoustic systems with polymorphic uncertainties and its application to tyre road noise"
    The acoustic quality of products gains an increasing importance in everyday life. Unfortunately, rather similar looking products of the same manufacturing process tend to show a high variation of their acoustic properties, which is based on geometry deviations or varying material parameters. Therefore, a confidence interval instead of one deterministic solution needs to be determined in order to allow for an early optimisation in the development of new vibro-acoustic systems. Doing so, it should be noticed that different characteristics of uncertainty may occur, namely variability, imprecision, and incompleteness. Consequently, an incorporation of just one characteristic is unrewarding. Instead, the polymorphic uncertainties of the quantities need to be handled, which is the general objective of this proposal. A representative technical example, strongly depending on the behaviour mentioned before, is tyre road noise. Therefore, this problem has been chosen to demonstrate the design process taking into account polymorphic uncertainties. Up to now, only deterministic numerical computations have been developed to predict tyre road noise, by other researchers as well as by the applicant. In a close collaboration between the latter one and the Chalmers University, Gothenburg, particularly in the project Leiser Straßenverkehr 3 (supported by BMWi), a very efficient and precise model for analysing the structural behaviour of tyres and their related sound emission could be developed. Within the current proposal this combined - but so far deterministic - numerical model shall be extended in order to introduce the polymorphic uncertainties to tyre road noise simulations. The treatment of multiphysical results, which rely on polymorphic uncertainties, has to be incorporated in the new model. The planned optimisation with respect to significant output parameters, such as the radiated noise and the rolling resistance, requires highly efficient numerical methods as well as a reduction of the problem dimension. Hence, the Fast Multipole Boundary Element Method is used for the sound radiation, while a Waveguide Finite Element Method is employed to represent the structural model. Although these two methods are very efficient already, a further reduction of the computational effort shall be established by a new metamodel, which promises an efficient way to handle the rather complex multi-objective optimisation also planned in the current proposal.
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    Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur Berücksichtigung dynamischer Masseverteilungen in vibro-aktustischen Berechnungsmodellen für Flugzeugkabinen
    Das vorliegende Forschungsvorhaben ist Teil des von Airbus Operations geführten Verbundvorhabens „Flugtest im Labor“ (Flight-LAB). Übergeordnetes Ziel des Verbundvorhabens ist die Abbildung der akustischen Problemstellung bei NEO-Flugzeugen im Frequenzbereich 200Hz bis 700Hz mit der Absicht, das Kabinenlärmrisiko bei produktivitätssteigernden Modifikationen der klassischen Flugzeugkonfiguration und neuen Antriebskonzepten zu minimieren. Im Rahmen von Flight-LAB konzentrieren sich die Aktivitäten der TUHH auf das HAP1000 „Virtuell-experimentelle Designumgebung für Akustik – VEDA“. Hierin werden Ansätze erarbeitet, die zukünftig eine bessere Berücksichtigung des Einflusses dynamischer Massenverteilungen auf die vibro-akustischen Eigenschaften von Flugzeugrumpfstrukturen zulassen.
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    Turbulent flow field and resulting noise induced by hub-less propellers
    The underwater noise which is generated by ship propulsion systems becomes a more and more growing environmental problem nowadays. A new promising design concept for the reduction of emitted underwater noise is the usage of hub-less propellers in conjunction with an electrical ring drive. Detailed research with respect to this new propulsion system, especially in terms of the turbulent flow field in and behind a hub-less propeller and the resulting sound field, has not been carried out so far. Main focus of the proposed project will be the investigation of the overall topology of the wake flow, the transition and collapse of the tip vortices, the topology of the horseshoe vortices at the blade hub and the radiated hydro acoustic sound field. Time resolved stereo PIV experiments in the wake flow of a hub-less propellers and time synchronous measurements of the fluctuating surface pressure in combination with fully transient DES computations of the turbulent flow field will be core elements of the planned research work.For the numerical prediction of the hydro-acoustic pressure field a fourth order Expansion over Incompressible Flow (EIF) approach will be developed based on a finite volume formulation. The approach for the analysis of the experimental data, numerical data and for the identification of coherent flow structures will be the Proper Orthogonal Decomposition procedure (POD). Moreover it will be complemented with vortex core extraction methods. Due to the usage of the POD method, conclusions to the acoustics of different coherent flow structures will be possible for the first time. In the outlook of this project, first design rules for the reduction of hydro-acoustic sound emissions might be reasoned.
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