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TU Berlin

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Lupe

Einleitung

Das stetig steigende Luftverkehrsaufkommen erfordert immer leisere Fluggeräte, um die Lärmbelastung der Bevölkerung in der Nähe von Flughäfen nicht in gleicher Weise zu erhöhen. Bisher haben die Triebwerkshersteller mit Erfolg große Anstrengungen unternommen, leisere Triebwerke zu entwickeln. Das Lärmminderungspotenzial scheint jedoch allmählich ausgeschöpft. Neue lärmarme Flugzeugkonzepte geraten daher vermehrt in den Fokus von Wissenschaft und Forschung, welche die zukünftig weiter verschärften Lärmgrenzen erfüllen müssen. Diesen wird ein großes Potenzial zur weiteren Lärmreduzierung unterstellt, welches beispielsweise aus Triebwerksanordnungen resultiert, die eine effektive Schallabschattung bzw. -kapselung ermöglichen. Um das Potenzial der erzielbaren Lärmminderung abschätzen und entwurfsakustische Phänomene besser verstehen zu können, wurden Schallmessungen im Akustiklabor des Instituts für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) an der TU-Berlin an ebenen Platten und Zylinderrohren durchgeführt. Als Schallquelle diente ein am Institut für Luft- und Raumfahrt (ILR) entwickelter Lautsprechercluster mit kugelförmiger Abstrahlcharakteristik. Die Schalldruckpegel wurden mit einem Mikrofonarray, bestehend aus 19 Messmikrofonen, gemessen. Bei diesen Messungen konnte eine deutliche Schall abschattende Wirkung von bis zu 20 dB im hohen Frequenzbereich (5-10 kHz) festgestellt werden. Um die Skalierbarkeit der Ergebnisse sicher zu stellen, wurden zusätzlich Freifeldmessungen an einem realen Flugzeug, einer ausgemusterten Boeing B707, auf dem Flughafen Berlin-Tegel durchgeführt. Durch diese Messungen konnte die Pegelabsenkung aus den Labormessungen bestätigt werden, was damit zugleich das Potenzial für zukünftige lärmarm konfigurierte Flugzeuge aufzeigt. Beispielsweise könnte durch die Schall abschattende Wirkung des Flügels oder des Flugzeugrumpfes eine erhebliche Reduzierung insbesondere des hochfrequenten Fan- und Turbinenlärms erreicht werden. Um diese Erkenntnisse für zukünftige Flugzeugentwürfe berücksichtigen zu können, wurden die Messungen mit Rechenergebnissen aus einer Methode nach Maekawa [1] zur Berechnung der Schallabschirmung, eines einfachen und wenig aufwändigen Verfahrens, welches ursprünglich für bauakustische Analysen entwickelt wurde, verglichen. Dabei konnte eine gute Übereinstimmung festgestellt werden, was die Anwendbarkeit dieser Methode bereits in einer frühen Phase der Entwurfssynthese gestattet. Die gewonnenen akustischen Erkenntnisse wurden bei der Erarbeitung einer lärmarmen Rear-Mounted-Propulsion-Konfiguration (RMP-Konfiguration) angewendet. 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 Integration eines Ejektors zur Strahllärmreduzierung mit in das Konzept einbezogen [6] [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].

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