Reduzierung des Fluglärms bei Anflug und Landung
Wenn sich ein Flugzeug dem Flughafen nähert, werden Hochauftriebsvorrichtungen wie Vorflügel und Landeklappen eingesetzt, um die Landegeschwindigkeit zu verringern, und das Fahrwerk wird ausgefahren. Der von diesen Flugzeugzellen-Komponenten verursachte Lärm stellt eine große Herausforderung dar. „Es war schon immer schwierig, den von Hochauftriebsvorrichtungen und Fahrwerken erzeugten Lärm in Flugzeugzellen zu minimieren“, erklärt Eric Manoha vom französischen Luft- und Raumfahrtlabor ONERA, der das Projekt INVENTOR koordiniert. „Das Design dieser Komponenten wurde durch jahrzehntelange Forschungsarbeit optimiert, um bestimmte Funktionen wie Aerodynamik, Gewicht und Sicherheit zu verbessern. Jede Änderung, die auf eine Lärmreduzierung abzielt, muss diese Funktionalitäten vorläufig aufrechterhalten.“
Herausforderungen bei der Verringerung des Fluglärms
INVENTOR suchte nach neuen Techniken, um die von diesen Bauteilen ausgehenden Geräusche zu reduzieren und gleichzeitig eine optimale Funktionalität zu gewährleisten. Die Ziele des Projekts standen im Einklang mit den Zielen von Flightpath 2050 – die EU-Vision für die Luftfahrt, die eine Minderung des wahrgenommenen Fluglärmpegels um 65 % anvisiert. Um dies zu erreichen, brachte das Projekt europäische Sachverständige von drei Flugzeug- und Fahrwerk-Herstellern, fünf Forschungszentren, sechs Universitäten und zwei KMU zusammen. Dieses Konsortium, das sich aus Vertretern der Hochschulen und der Industrie zusammensetzt, wählte die vielversprechendsten Technologien zur Lärmreduzierung an Flugzeugen aus und bewertete sie anhand von numerischer Strömungsmechanik und aerodynamischen/akustischen Experimenten. „Wir haben zwei Hauptansätze verfolgt, um unsere Ziele zu erreichen“, so Manoha. „Der erste bestand darin, passive Zusatztechnologien wie poröse Materialien (durchströmte Verkleidungen oder Oberflächenauskleidungen) zu den vorhandenen Komponenten hinzuzufügen, um den Lärm zu dämpfen und gleichzeitig die Leistung zu erhalten. Diese Materialien können auch zur Abschwächung von Turbulenzen eingesetzt werden, eine Hauptursache für die Lärmentstehung. Zudem nahmen wir auch aktive Zusatztechnologien wie das lokale Ausblasen ins Visier.“
Komponentengestaltung für die Geräuschunterdrückung
Der zweite Ansatz, den das Projekt verfolgte, war ein früherer Beginn des Entwurfsprozesses. Ziel war es, die Form und das Design bestimmter Elemente zu abzuändern, um ein geräuschärmeres Flugverhalten zu erreichen. „Wir strebten dies für verschiedene Komponenten an“, fügt Manoha hinzu. „Beispielsweise untersuchten wir mehrere Unterelemente des Fahrwerks und variierten ihre Querschnittsform oder ihre räumliche Ausrichtung in Bezug auf die mittlere Strömung, ohne das Gewicht zu erhöhen oder die Ausfahrfähigkeit zu verändern, was für die Sicherheit nach wie vor Priorität hat.“ Bei den Hochauftriebsvorrichtungen konzentrierte sich das Team auf die Modellierung neuer Designs und glatterer Formen von Vorflügelschienen – dem Mechanismus zum Ausfahren des Vorflügels an der Tragflächenvorderkante, der bei der Landung eine Lärmquelle darstellt. Derartige innovative Lösungen müssen auch die Möglichkeit bieten, den Vorflügel sicher auszufahren. „Diese Beispiele verdeutlichen, wie nicht-akustische Überlegungen die Möglichkeiten des Flugzeugherstellers im Hinblick auf eine radikale Neugestaltung einschränken können“, sagt Manoha.
Weitere Lärmreduzierung des Fahrwerks möglich
Durch Modellierung und Tests am Computer konnte das Projekt INVENTOR jedoch zeigen, wie die Lärmminderung durch verschiedene Konstruktionsansätze für Komponenten erreicht werden kann. Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführt. Dabei wurde angestrebt, Konzepte zu entwickeln, die eine Chance haben, auf den Markt zu kommen. „Für sich genommen sind die Lärmminderungen bescheiden und entsprechen unseren ursprünglichen realistischen Zielen“, bestätigt Manoha. „Die Kombination mehrerer dieser Technologien mit leiseren Triebwerken der nächsten Generation könnte jedoch dazu beitragen, die Lärmbelastung durch Flugzeuge bei der Landung erheblich zu verringern.“ Bei erfolgreicher Umsetzung könnten diese Komponenten den Fluggästen sowie den Menschen, die in der Nähe von Flughäfen leben, Vorteile bringen und der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie bei der Entwicklung von Flugzeugen der nächsten Generation Schub verleihen. Zu den nächsten Schritten gehören ein besseres Verständnis der physikalischen Zusammenhänge, die Optimierung der Designs und das Testen an Flugzeugen.
Schlüsselbegriffe
INVENTOR, Flugzeug, Flugzeugzelle, Luftfahrt, Lärm, Luft- und Raumfahrt, Flightpath 2050
