Forschung für leise Flugzeuge

Neue Hightech-Strategie Forschung für leise Flugzeuge

Der Lärm von Flugzeugen ist eine Belastung für Menschen, die in der Nähe von Flughäfen wohnen. Innerhalb der Zukunftsaufgabe "Intelligente Mobilität" der neuen Hightech-Strategie arbeiten Forscher an Lösungen.

Flugzeug startet auf dem Flughafen Tegel in Berlin. Lärm, Urlaub, Reisen, Lufthansa

Flugzeug

Foto: Bundesregierung/Tybussek

Nachtflugverbote, Bevorzugung kleinerer Flugzeuge und Schallschutzmaßnahmen in flughafennahen Häusern sind Mittel, um Menschen vor Fluglärm zu schützen. Die internationalen Regelungen zu den Landegebühren berücksichtigen zudem inzwischen den Lärm. Je leiser ein Flugzeug bei der Landung ist, umso geringer sind die Landegebühren. Das macht sich bei den Kosten für die Fluggesellschaften bemerkbar, die über den Flugpreis an den Passagier weitergegeben werden.

Zunehmender Flugverkehr

Klar ist, dass der Flugverkehr weiter deutlich zunehmen wird. Experten rechnen damit, dass sich der Verkehr in den nächsten 20 Jahren verdoppeln wird. Umso wichtiger ist es daher, dass Flugzeughersteller an leiseren Maschinen arbeiten.

Treibwerk eines Airbus A300

Treibwerke werden leiser

Foto: picture alliance/ZB/Bernd Settnik

Die Triebwerke werden durch zahlreiche technische Maßnahmen inzwischen immer leiser. Insbesondere bei der Landung laufen sie fast nur noch im Leerlauf. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben sogar mit Antischall experimentiert. Tatsächlich lassen sich damit störende Geräusche unterdrücken, wie Besitzer hochwertiger Kopfhörer wissen. Diese nehmen Umgebungsgeräusche auf und errechnen elektronisch den Antischall.

Im Triebwerk ist das natürlich schwieriger. Hier haben die Forscher Druckluft computergesteuert über mehrere mit Löchern versehene Ringe hinter dem Rotor in das Triebwerk eingeblasen. Dadurch entsteht Antischall. Bis diese Technik allerdings Eingang in die Triebwerksproduktion finden wird, vergehen voraussichtlich noch viele Jahre.

Flügel optimieren

Da die Triebwerke leiser werden, wird es immer wichtiger, sich mit anderen für den Lärm verantwortlichen Komponenten des Flugzeugs zu befassen. Hier sind die Flächen der Flügel zu nennen, die für den Auftrieb beim Start verantwortlich sind. Das sind Vorflügel und Hinterkantenklappen, die bei Start und Landung ausgefahren werden. Sie sorgen für zusätzlichen Auftrieb bei Start und zusätzlichen Widerstand bei der Landung.

Aber dadurch entsteht auch Lärm. Erfolge bei der Lärmminderung versprechen Forschungsprojekte, die der Flugzeughersteller Airbus mit den Forschungspartnern DLR und Airbus Group Innovations erfolgreich durchführte.

Große Modelle

Mit "kleinen" Flugzeug-Modellen in einem Windkanal mit zwei Metern Flügelspannweite lässt sich jedoch nur unzureichend ermitteln, welche Teile des Flügels für den entstehenden Schall verantwortlich sind und wie sie gestaltet sein sollten, um den Lärm zu mindern. Exakte Messungen sind erst durch wirklich große Flügel-Windkanalmodelle möglich. In einem Verbundprojekt aus dem Luftfahrtforschungsprogramm der Bundesregierung haben die Partner ein über sieben Meter langes und etwa ein Meter tiefes Flügelmodell gebaut.

Airbus Group Innovations und DLR e.V.

Windkanal mit Flügelmodell

Foto: Airbus Group Innovations und DLR e.V.

Inklusive einer Vielzahl von eingebauten Messsensoren für Druck, Temperatur und Wandschubspannungen wurde dieses ausgerüstete Windkanalmodell in einem großen Windkanal des Emmelord in den Niederlanden "vermessen", wie die Forscher sagen.

Messen und einstellen

Bei diesem großen Windkanalmodell können verschiedene Einstellungen am Flügel vorgenommen und der Flügel selbst mit seinem Schiebewinkel verstellt werden. Bei bestimmten Windgeschwindigkeiten erfolgen dann Messungen. Die Luft umströmt dann den ausgefahrenen Vorflügel und die Hinterkantenklappe und es kommt zur Wechselwirkung von Strömung und Modellkörpern, sodass Lärm entsteht.

Diesen Lärm nehmen mehrere Mikrofone an der Seite und am Boden der Messtrecke auf. Mehrere Mikrofone in einer bestimmten Anordnung sind nötig, um nicht nur die Frequenz und den Lautstärkepegel der Lärmquelle zu erfassen, sondern auch festzustellen, wo er beispielsweise am Vorflügel entsteht. Die Messergebnisse werden mit aufwendigen Rechnungen aus Computersimulationen verglichen und verbessern so unser Verständnis über die Physik der Lärmquellen-Entstehung und der Lärmausbreitung.

Lärm reduzieren

Durch das Verändern der Stellung des Vorflügels zum Hauptflügel oder auch durch geeignete "lärmschluckende" Materialien auf der Oberfläche oder Hinterkante des Vorflügels kann dann der Lärm reduziert werden.

Simulation der Lokalen Strömungsgeschwindigkeit, Wirbel und Überschallbereiche des DLR-Low Noise Aircraft

So könnte das Flugzeug der Zukunft aussehen

Foto: DLR (CC-BY 3.0)

Lärmminderung bzw. leise Flugzeuge sind ein wichtiger Aspekt in der Forschung beim Flugzeugentwurf. Deshalb arbeiten Forscher beim DLR und in der Industrie seit Jahren an visionären Flugzeugkonzepten, beispielsweise an dem so genannten "Low Noise Aircraft". Solche Flugzeuge sind bei einem sehr guten Flugverhalten und hoher Flugleistung besondere leise.

Es sieht ganz anders aus als uns bekannte, heute in Betrieb befindliche Flugzeuge. Ob so ein Flugzeug eines Tages fliegen wird, darüber werden wir hoffentlich noch lesen. Anwohner von Flughäfen würden dies sicher begrüßen.

Schlagwörter