Wie können Flugzeuge mit Turboprop-Antrieb in Zukunft leiser werden? Im Rahmen des deutschen Forschungsprojekts FusionProp arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler an Lösungen.
Flugzeuge mit Propellerturbine sind aufgrund ihrer Treibstoffeffizienz vor allem für Regional- und Kurzstrecken die erste Wahl. Allerdings haben sie ein Problem: Von Passagieren und Flughafenanwohnern werden sie als relativ laut empfunden. "Deshalb ist es wichtig, das Verständnis dafür zu verbessern, wie Lärm erzeugt wird und wie neue Technologien den Lärm von Turboprop-Flugzeugen verringern können", so Davide Giacché, Senior Engineer des Advanced Technologies Teams von GE Aviation mit Sitz in München.
FusionProp-Team
Er leitet die Arbeiten des FusionProp-Teams, das neben Mitarbeitern von GE Aviation auch Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) umfasst. Das im April 2018 gestartete Projekt wird vom deutschen Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und ist auf dreieinhalb Jahre angelegt.
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Dabei gelang eine Premiere: die synchrone Lärmmessung am Flugzeug und am Boden. Dafür montierten die Forscher am Rumpf der Dornier 228 des DLR ein Mikrofonarray, gleichzeitig wurden am Flughafen Magdeburg-Cochstedt, an dem die Flugtests stattfanden, mehr als 200 Mikrofone installiert. "Das ist das erste Mal, dass wir in der Lage sind, den am Boden ankommenden Lärm mit den Lärmquellen am Flugzeug zu korrelieren", sagt Carsten Spehr vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen.
Bessere Lärmvorhersage
Für FusionProp wurden bereits im Sommer 2019 zwei Flugversuche durchgeführt, wie das DLR Ende Oktober mitteilte. Als Testflugzeug diente neben der Do 228 eine de Havilland DHC-8-400 (ehemals Dash 8-400). Die Flugzeuge überflogen die Mikrofone am Boden in unterschiedlichen Höhen. Berücksichtigt wurden typische Flugphasen einschließlich Start, Steig-, Reise- und Landeanflug. Bei den verschiedenen Überflügen wurden so mehr als 50 Testpunkte untersucht.
Computersimulationen
In der Theorie wird der Propellerlärm beeinflusst durch die Rotationsgeschwindigkeit, die Fluggeschwindigkeit, die erforderliche Schubmenge und das Design der Propellerblätter. Im realen Flug kommen noch die Fluglage, Turbulenzen, Böen und die Art der Integration des Antriebs mit dem Flugzeug hinzu. "Flugversuche helfen uns, die Komplexität des Lärms der installierten Propeller besser zu verstehen, um unsere Modelle zu optimieren", sagt Lorenz Drack, Lead Engineer von GE Aviation in München. Die Messdaten könnten dazu beitragen, künftige Propellerflugzeuge leiser zu machen. "In Computersimulationen können wir zum Beispiel überprüfen, inwiefern die Position des Propellers relativ zum Flügel den Lärm beeinflusst", so Arne Stürmer, Projektleiter am DLR.
Propellerlärm
Der Propeller ist die Hauptlärmquelle bei Turboprop-Flugzeugen. Propellerlärm setzt sich aus einer tonalen und einer Breitband-Komponente zusammen. Erstere wird vom Menschen eher als störend empfunden und ist nach Angaben des DLR auf verschiedene Faktoren zurückzuführen: auf die durch Blattbewegung verursachte Verdrängung der Luft (Verdrängungs- oder Dickenlärm), das Druckfeld um die sich bewegenden Propellerblätter (Belastungslärm) und die instationäre periodische Veränderung der Belastung auf die Blätter, beispielsweise aufgrund der aerodynamischen Wechselwirkung mit den umgebenden Strukturen. Breitbandlärm trete infolge von Turbulenzen in der Grenzschicht des Blatts und der Wechselwirkung des Blatts mit Turbulenzen in der Luft auf, so das DLR.
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