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ADvanced Aeroacoustic Processing Techniques

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Neuartige akustische Analysetechniken zur Trennung der Einzelkomponenten von Fluglärm

Um eine Verringerung der Lärmbelästigung durch Flugzeuge zu erreichen, müssen zunächst die einzelnen ursächlichen Komponenten ermittelt werden. Bisher erwies sich dies als äußerst schwierig, doch jetzt stehen neue Analysewerkzeuge zur Verfügung, die im Auftrag von Airbus entwickelt wurden.

Verkehr und Mobilität

Fluglärm ist in Bezug auf die Umweltverschmutzung wie auch den Fluggastkomfort ein wichtiges Thema. Die Geräusche resultieren aus der turbulenten Luftströmung über dem Rumpf (dem Flugzeugkörper) und aus externen Flugzeugbauteilen. Zur Senkung des Lärmpegels sind fortgeschrittene Untersuchungen zu den verschiedenen Ursachen nötig. Hier stellen sich jedoch einige Herausforderungen. Zum einen sind die physikalischen Eigenschaften von Fluglärm nicht vollends ergründet. Die Erforschung allein dieses Teilaspekts erfordert die Anwendung der besten aktuellen Forschungsmethoden, darunter Computermodelle und physikalische Tests. Zum anderen ist die Trennung des Fluglärms in Einzelkomponenten höchst kompliziert. Flugzeugingenieurinnen und -ingenieure führen bereits seit den 1950er-Jahren Labortests durch, um die Geräuschquellen separat zu untersuchen. Die akustische Analyse hat sich zwar dahingehend fortentwickelt, dass heute alle Fluglärmquellen gleichzeitig zurückverfolgt werden können, nach wie vor ist es aber nicht möglich, Windkanalversuche an einem kompletten Passagierflugzeug unter Flugbedingungen durchzuführen. Zudem ist es trotz Fortschritten in der Computermodellierung bisher nicht gelungen, reale Bedingungen für ein komplettes Flugzeug im Flugzustand zu simulieren. Bei großen Flugzeugen stellt die Trennung der Lärm verursachenden Einzelkomponenten daher weiterhin ein Problem dar.

Entscheidender Schritt nach vorn

Für weiterführende Erkenntnisse im Bereich der Flugzeugakustik ist eine Untersuchung komplexer Phänomene im Flugzustand erforderlich. Dazu müssten normalerweise Tausende Mikrofone außen am Flugzeug angebracht werden. Diese erzeugen allerdings selbst Geräusche, die sich mit denen des Flugzeugs überschneiden. Anstelle einer möglichen Abschirmung der Mikrofone kamen beim EU-finanzierten Projekt ADAPT modernste Signalverarbeitungstechniken zum Einsatz, um Flugzeug- und Mikrofongeräusche auseinanderzuhalten. ADAPT war Mitglied des Programms Clean Sky. „Die Herausforderung bestand darin, Signalverarbeitungsmethoden zu entwickeln, mit denen sich akustische Komponenten aus den im Luftstrom abgestrahlten Geräuschen herausfiltern lassen, und zwar auf Grundlage einer Anordnung von Mikrofonen begrenzter Zahl“, erläutert Projektkoordinator Dr. Christophe Picard. Die Mikrofone ermöglichen es, die Lärmwirkung eines unter der Tragfläche montierten Triebwerks im Flugzustand getrennt zu erfassen.

Erfolgreiche Test- und Anwendungsphase

Die neuen Methoden wurden anhand eines einfachen Testfalls in Windkanalversuchen unter kontrollierten Bedingungen im Labor entwickelt und validiert. Anschließend wurden sie auf die Messung akustischer Signale im Rahmen von komplexeren Testfällen angewandt. Schließlich wurden sie in Versuchen zu realen Flugszenarien auf den Prüfstand gestellt. Die Ambitionen des ADAPT-Projekts reichten über die reine Entwicklung der akustischen Techniken hinaus: Ziel war es, sie zu Software-Tools für Airbus zu bündeln. Diese Tools konnten erfolgreich erstellt werden. Sie beruhen auf Prototypcode und werden durch Benutzerhandbücher zu den Projektdaten ergänzt. „Airbus kann dieses Instrumentarium jetzt zur tiefer gehenden Analyse der Versuchsdatenbanken des Projekts nutzen, darunter Daten zu Flugtests, die ohne die Tools nur sehr bedingt nutzbar gewesen wären“, merkt Picard an. Die Tools lassen sich auch für andere Geräuschanalysen in der Luftfahrt- und Automobilbranche verwenden und sind daher von MicrodB, dem führenden Partnerunternehmen des ADAPT-Projekts, zur Vermarktung in diesen Branchen vorgesehen. Das Team wird diesbezügliche Möglichkeiten ausloten und interessiert sich insbesondere für Frühanwender, die an der Weiterentwicklung der Technologie mitarbeiten können.

Schlüsselbegriffe

ADAPT, Flugzeug, Geräusche, Fluglärm, Airbus, Signalverarbeitung, akustische Techniken, Softwareinstrumente, Geräuschanalyse

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