Neue Werkzeuge zur Vorhersage und Steuerung des Kerntriebwerkslärms bei Flugzeugen
Die Reduzierung von Emissionen und Lärm durch Flugzeugmotoren bildet einen wichtigen Teil des europäischen Ziels eines umweltfreundlicheren Luftverkehrssystems. Kerntriebwerksschall trägt wesentlich zu dem von modernen Flugzeugen emittierten Gesamtlärm bei. Generell mehr Erkenntnisse über Lärmerzeugungsmechanismen sowie die Entwicklung von Instrumenten zur Vorhersage und Steuerung des irritierenden und unerbittlichen Dröhnens der Triebwerke waren die Ziele des von der EU finanzierten Projekts RECORD (Research on core noise reduction). Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf akustische Quellen innerhalb des Triebwerkskerns, die vor allem bei niedrigen Geschwindigkeiten zum Lärm beitragen. Dazu gehörten der bei der Verbrennung entstehende Lärm und andere Geräusche, die durch die Wechselwirkung zwischen Brennkammer und Turbine erzeugt werden. Ingenieure und Hersteller haben den durch die Verbrennung verursachten Lärm lange ignoriert. Die Wissenschaftler wandten diverse Prognoseverfahren für den Kerntriebwerksschall wie etwa Modellierungsansätze niedriger Ordnung bis hin zu komprimierbaren High-Fidelity-Large-Eddy-Simulationen (LES) an. Erstere unterstützten lärmarme Bauformen für Brennkammern und nachfolgende Turbinenstufen, während letztere ein detaillierteres Bild der Strömungsfelder bereitstellten. LES war ein erforderliches Werkzeug zur Vorhersage der durch turbulente Verbrennung erzeugten Entropie, Verwirbelung und akustischen Wellen. Die Kombination von LES mit weiteren analytischen Ansätzen führte zu neuen Berechnungsverfahren zur Abschätzung des direkten und indirekten Lärms sowie zur schnellen Vorhersage von Verbrennungslärm bei vorgemischten wie auch nicht vorgemischten Flammen. Neue Prüfstände für Verbrennungslärmmessungen an direkten und indirekten akustischen Quellen, die von den Projektpartnern entwickelt wurden, sind nun im Betrieb. Experimentelle Versuche ermöglichten gleichermaßen die Erforschung des indirekten Verbrennungslärms in transsonischen Hochdruckturbinenkonfigurationen. Die Projektresultate ergaben detaillierteren Aufschluss über die dominante Rolle des direkten und indirekten Verbrennungsgeräuschs bei Strahlturbinen- und Wellenleistungstriebwerken. Die neuen Instrumente von RECORD sollten den Ingenieuren nun Hilfestellung beim Bau von leiseren Flugzeugtriebwerken mit weniger Verbrennungslärm leisten.
Schlüsselbegriffe
Luftfahrzeug, Flugzeug, Lärmbelastung, Vorhersageinstrumente, Verbrennungslärm, Verbrennungsgeräusch, Large-Eddy-Simulationen, Grobstruktursimulationen, Kerntriebwerksschall, Kerntriebwerkslärm