Mit Hochdruck gegen Fluglärm
Druckluft mindert Triebwerksgeräusche um bis zu zehn Dezibel.
Beim Blick von vorn auf ein Flugzeugtriebwerk dominieren die großen Blätter des Hauptrotors. Sie sind sie eine der größten Lärmquellen beim Luftverkehr. Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist es weltweit erstmals gelungen, mittels geschickt eingeblasener Druckluft den Lärm des Rotors deutlich zu senken. Sie entwickelten dafür ein Verfahren, das über mehrere mit Löchern versehene Ringe hinter dem Rotor Luft einbläst und so – passend zum störenden Rotorton – Gegenschall erzeugt.
Abb.: Zeichnung der Einblasöffnungen zwischen Rotor und Stator. (Bild: DLR)
„Am Triebwerkseinlass entsteht der mit Abstand störendste Ton dort, wo sich der Hauptrotor mit hoher Geschwindigkeit vor einer fest installierten, weiteren Schaufelreihe, dem Stator, dreht“ erläutert Lars Enghardt vom DLR-Institut für Antriebstechnik. „Mit dem Druckluft-Verfahren ist es uns gelungen, die Lautstärke des besonders störenden Rotor-Stator-Tons für kritische Abstrahlwinkel aus dem Triebwerk um bis zu zehn Dezibel zu senken. In der menschlichen Wahrnehmung entspricht das etwa einer Halbierung der Lautstärke.“
Die Versuche fanden im Versuchsverdichter UHBR, dem Ultra High Bypass Ratio, des Instituts für Antriebstechnik in Köln statt. Im Prüfstand haben die DLR-Forscher das Druckluftverfahren an einem realistischen Modell eines Teiltriebwerks getestet, das unter normalen Landeanflugbedingungen mit niedrigen Drehzahlen betrieben wurde. Für die Messung der Lautstärke installierten die Wissenschaftler im Teststand ein Gerüst mit Mikrofonen vor dem Triebwerksmodell. Schrittweise bewegten sie die Mikrofone an jede mögliche Position vor dem Einlass. „Besonders wichtig war es, den Gegenschall so zu regeln, dass der lärmende Ton nicht nur in einer Richtung, sondern ringsum in allen Abstrahlrichtungen leiser wird – und das ist uns gelungen“, so Enghardt.
Abb.: Messergebnisse zur Lautstärke des Triebwerks mit und ohne Einblasung. (Bild: DLR)
Aktive Lärmminderung ist eine seit langem verfolgte innovative Technologie für leisere Triebwerke. Dabei kommen Gegenschallquellen zum Unterdrücken der primären Lärmquellen zum Einsatz. Zunächst nutzte man Lautsprecher zum Erzeugen eines Gegenschallfelds. In einem Triebwerk müsste ein System aus vielen Lautsprechern allerdings extrem robust, langlebig und zuverlässig sein. Zudem bringt die Verwendung von leistungsfähigen Magneten und Verstärkern eine erhebliche Gewichtszunahme des Triebwerks mit entsprechend negativen Auswirkungen auf dessen Effizienz mit sich. Die DLR-Akustiker entwarfen deshalb das neuartige Verfahren zur aktiven Minderung von Triebwerkstönen mittels Druckluft. Die eingeblasene Luft regt Wechselkräfte auf den Leitschaufeln hinter dem Hauptrotor an, die bei genau eingestellter Luftzufuhr den aktiven Gegenschall erzeugen. Der Projektpartner Airbus Group Innovations entwickelte auf dem Prinzip aufbauend ein computergesteuertes Regelungssystem, das automatisch sowohl die optimalen Umfangspositionen als auch die Einblasmassenströme einstellt.
Der Vorteil des neuen Systems liegt neben dem geringen Gewicht bei der im Vergleich zu Lautsprechern einfacheren Integration in heutige Triebwerke. Moderne Flugzeugturbinen besitzen bereits ein für viele Zwecke verwendetes Druckluftsystem, das sich für akustische Anwendungen entsprechend erweitern und adaptieren lässt.
DLR / RK
