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TU Berlin

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Kurzfassung

Das Forschungsprojekt „Lärmarme Flugzeugkonfigurationen“ sah zwei Themengebiete vor. Das erste beschäftigte sich mit der Entwicklung eines Triebwerksschallsimulators (TSS) sowie experimentellen Untersuchungen zur konfigurativen Lärmminderung. Dafür wurde zu Beginn des Projekts ein geeignetes Konzept zur Realisierung des TSS erarbeitet [9]. Dieses beinhaltete einen kugelförmigen Lautsprechercluster in Gestallt eines 32-flächigen Polyeders. Dieser Lautsprechercluster wurde in der institutseigenen Werkstatt gefertigt. Dazu benötigte Komponenten, wie Leistungs- und Mikrofonverstärker, wurden ebenfalls im institutseigenen Elektroniklabor entwickelt und hergestellt. Nach dem Aufbau der TSS-Hardware wurde das gesamte TSS-System erprobt. Dazu gehörte ebenfalls die Erstellung einer geeigneten TSS-Software zur Generierung und Verarbeitung der Signale. Es stellte sich heraus, dass der entwickelte TSS eine gute isotrope Schallabstrahlung aufwies. Die geplante Realisierung eines orthotropen Schallfeldes konnte jedoch nur für hohe Frequenzen realisiert werden. Das System konnte jedoch hervorragend für experimentelle Untersuchungen zu konfigurativen Schallminderungsmaßnahmen verwendet werden. Es wurden umfangreiche Experimente im reflexionsarmen Raum (RAR) des akustischen Labors des Instituts für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) an der TU-Berlin sowie zahlreiche Freifeldmessungen an einem realen Flugzeug, einer außer Dienst gestellten Boeing B707, auf dem Südgelände des Flughafens Berlin-Tegel durchgeführt. Diese zeigten besonders das Potential zur Schallabschattung durch Rumpf und Flügel von bis zu 20dB auf. Durchgeführte Messungen wurden daraufhin mit in der Literatur verfügbaren Rechenmethoden [1] [2] [3] [10] verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung sowie deren Verwendbarkeit für Analysen im Flugzeugvorentwurf verifiziert werden konnten. Das zweite Themengebiet sah die Erarbeitung einer lärmarmen Rear-Mounted-Propulsion-Konfiguration (RMP-Konfiguration) vor. Die Integration der Antriebseinheit in das hintere Rumpfsegment wurde als vielversprechend hinsichtlich einer lärmarmen Flugzeugkonfiguration erachtet. Es wurde zunächst eine Parameterstudie hinsichtlich der Integrationskompatibilität durchgeführt, wobei eine Realisierung des RMP-Konzeptes besonders für das Kurz- und Mittelstreckensegment festgestellt wurde. Dieses Segment ist besonders prädestiniert für eine lärmarme Konfiguration, da diese Flugzeuge wesentlich mehr bodennahe Flugereignisse aufweisen als Langsteckenflugzeuge. Großes Augenmerk wurde auf eine konzeptionelle Ausgestaltung der Hecksektion gelegt, da dieses eine Novum im Flugzeugbau darstellt. Es zeigte sich, dass eine Integration der Triebwerke in den Rumpf keine großen technischen Hürden aufweist. Zur weiteren Minimierung der Schallemission wurde zusätzlich die das Konzept einbezogen [6] Integration eines Ejektors zur Strahllärmreduzierung mit in [7]. Durch den Einsatz moderne akustischer Absorber (Liner) kann auch der hochfrequente Fan- und Turbinenlärm deutlich gemindert werden [4] [5]. Nach Abschluss der Konzeptphase wurde die RMP-Konfiguration im Vergleich zu einem konventionellen Entwurf hinsichtlich Flugleistungen, Flugeigenschaften, Lärmemission und Betriebskosten bewertet [8] [11]. Der RMP-Entwurf zeigte eine erhebliche Schallpegelreduktion gegenüber dem Referenzentwurf. Diese beträgt für den Startüberflug-Messpunkt 6,6 EPNdB, für den Landeanflug-Messpunkt 8,7 EPNdB und für den Seitenlinien-Messpunkt 6,5 EPNdB. Jedoch weist dieser Entwurf bei unverändertem Einsatzszenario eine Erhöhung der Betriebskosten von 3,6 % auf. Eine Auslastungserhöhung durch zusätzliche Nachtflüge, welche bei den geringeren Schallemissionen des Flugzeugs möglich wären, könnte dies jedoch mehr als kompensieren und zu einer Senkung der direkten Betriebskosten von 10,1 % führen.

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