Bewegte Impulsquelle als Modell für Propellergeräusch
Das Applet stellt rechts die typische Signalform Lösung für einen vereinfachten Propeller dar, der nur aus zwei auf einer Kreisbahn bewegten Kraftquellen besteht.
Die oberen beiden Regler steuern den Beobachter:
- Der Beobachter unten links im Bild nimmt das Signal des Rotors im einstellbaren Abstand
unter dem vorgegebenen Winkel auf.
Der mittlere Regler dient zur Untersuchung des Ergebnisses:
- Der Regler Zeitschritt Ermöglicht mit dem Zeiger durch das Signal in der Darstellung rechts zu fahren,
wobei links der gleiche Zeiger die Quellzeit(en) und die Amplitude (Phase: +/- = rot/blau) für den Propeller visualisiert
Die unteren drei Regler steuern den Propeller:
- Eine realistische Flugsituation wird mit dem Regler Geschwindigkeit für die mittlere Fluggeschwindigkeit eingestellt.
Der Beobachter bewegt sich dabei mit dem Flugzeug.
- Der Propellerradius kann mit dem nächsten Regler Radius gewählt werden.
- In Zusammenhang mit der gewählten (Umlauf-)Frequenz ergibt sich so die Schallquelle
Erklärung:
Die Signalform ist typisch für Propellerlärm. In dem vereinfachten Modell aus
zwei umlaufenden Dipolen am vorgegebenen Radius spielt nur noch die zeitliche Änderung der
Beobachtungsmachzahl eine entscheidende Rolle. Da durch 1-Mr geteilt wird, ist vor allem der
Bereich in dem der Propeller im Unterschall auf den Beobachter zukommt von Bedeutung für das Signal.
Oben links ist die Rotorscheibe mit einem Rotorblatt (Der berechnete Rotor hat noch ein weiteres gegenüberstehendes Blatt.) dargestellt.
Der Rotor dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Beobachter befindet sich auf einer gedachten horizontalen Ebene durch die Rotorachse
unter dem eingestellten Winkel und Abstand zur Rotorachse. Die langen Striche deuten noch einmal den hohen Beitrag zur Quellstärke an,
wenn der Rotor sich auf den beobachter zu bewegt.
Wird der Beobachter um die Quelle bewegt, wird das Signal unter zwei Winkeln ohne Bewegung null:
- Unter -90 und 90 Grad zur Rotorebene ist die beobachtete Variation der Quelle minimal. Im Fernfeld wird kaum Schall beobachtet,
da zwar starke Kräfte (für den Vortrieb des Flugzeugs) vorhanden sind, aber die zeitliche Änderung klein ist.
- Unter 0 Grad verschwindet die Abstrahlung des Dipols, so dass die starke Variation des Beobachtermachzahl nicht zu Lärm führt.
Mit Bewegung, also bei einer typischen Flugsituation verschiebt sich die Richtcharakteristik und damit wird auch die Quellstärke
für einen etwas nach vorn gerichteten Winkel Null. Hinweis: Die Geschwindigkeit ist nach rechts positiv und der Beobachter bewegt sich mit der Quelle!
Bei eienr Überschallbewegung der Quelle wird die Quelle vom Beobachter zur gleichen Zeit mehrfach wahrgenommen. Die Anzahl der beteiligten Quellzeiten wird mit dem
blauen Balken rechts in der Mitte für jeden Zeitschritt dargestellt. Die Zeiger im linken Bild verdeutlichen die Quellzeit. Es kommt zu unnatürlichn Sprüngen im Signal,
die bei realen Rotoren durch die kontinuierliche Quellverteilung als weiche Übergänge zu finden sind. Die Lautstärke steigt, da der 1/1-Mr Term zum
Teil singulär wird.