Geräuschreduzierung bei Strahltriebwerken
Steigende Lärmbeschränkungen rund um zivile Flughäfen stellen Flugzeug- und Motorenhersteller immer mehr vor ein großes Problem. Bemühungen in Forschung und Entwicklung haben über die Jahre zu einer signifikanten Verringerung des Lärms durch Flugzeugmotoren geführt. Trotz dieser Fortschritte bleiben die Düsentriebwerke die Hauptquelle des Lärms beim Start. Zur Geräuschreduzierung bei Düsentriebwerken wurden passive Vorrichtungen eingesetzt, die einerseits den Lärm reduzieren, auf der anderen Seite aber zu einer geringeren Motorleistung während des Reiseflugs führen. Die nächste Generation bilden aktive Geräte, die sich nach dem Start abschalten lassen. Sie sollen die Ziele der Vision 2020 des Beirats für Luftfahrtforschung in Europa (Advisory Council for Aeronautical Research in Europe, ACARE) zur Verringerung der externen Lärmbelästigung erfüllen. Das Projekt ORINOCO(öffnet in neuem Fenster) verkörpert die Zusammenarbeit zwischen Europa und Russland zur Motorgeräuschsteuerung durch Plasma-Aktuatoren. Mittels theoretischer Untersuchungen und Simulationen wurden Plasmaaktuatoren entwickelt und verbessert. Diese wurden auf Düsen angebracht, um in der turbulenten Scherebene des Triebwerkstrahls kohärente Strukturen zu erzeugen. Die Mechanismen des Strahllärms wurden mithilfe einer innovativen tomographischen PIV-Technik (particle image velocimetry) genau erforscht. Dies ermöglichte die Berechnung des dreidimensionalen Geschwindigkeitsfeldes des Strahlvolumens. Durch numerische Simulationen wurde der Nahfeldlärm mit oder ohne Aktuatoren gemessen. Nahfeldmessungen zeigten, dass die Instabilitätswellen im engen Zusammenhang mit den im Fernfeld abgestrahlten Geräuschen verbunden sind. Um den Strahllärm zu reduzieren, platzierten die Forscher den Aktuator in der Düse und untersuchten, ob dies die durch den Lautsprecher künstlich erzeugte Instabilitätswelle unterdrücken würde. Im Fernfeld konnten die Strahlgeräusche durch das Einstellen der Phase des an das Stellglied gesendeten Signals erfolgreich verringert werden. Außerdem platzierten die Forscher sechs Plasma-Aktuatoren in einer kreisförmigen Düse, um die stabilsten Komponenten des Strahls zu stimulieren. Dies verringerte sowohl die Verstärkung der instabilsten Modi als auch die damit verbundene Schallabstrahlung.Abschließende Arbeiten konzentrieren sich auf die Synthese der akustischen Leistung jedes Aktuator-Konzepts zur Geräuschreduzierung sowie auf die Auflistung der Spezifikationen für die volle Hochskalierung der Konzepte.
