Zusammenspiel aus Triebwerksstrahl und Landeklappen Den Lärm messbar machen

Lärmmessung bietet eine Möglichkeit der Vorhersage, wie sich immer größer werdende Triebwerke verhalten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat den Lärm eines Triebwerksstrahls an Flügelklappen akustisch messbar gemacht – mit deutlichen Ergebnissen.

Die Simulation eines Landeanflugs im Niedergeschwindigkeitswindkanal Braunschweig zeigt vor allem eins: eine deutliche Zunahme des Lärms, sobald der Triebwerksstrahl auf die ausgefahrene Flügelklappe trifft. Besonders an diesem Versuch ist, dass die Interaktion von Triebwerk und Flügel messbar gemacht werden konnte. Dadurch können nun die Schallquellen aus dem „Gesamtlärm“ des Triebwerks und der Flügelhinterkante herausgefiltert und getrennt voneinander untersucht werden. Das Teaserbild zeigt in einer Fotomontage des DLR, wo der Lärm am Triebwerk und an der Flügelhinterkante entsteht.

Schlagartig wird es doppelt so laut empfunden

Voraussetzung für die Messungen war ein Triebwerkssimulator, der im Braunschweiger Windkanal durch 10.500 Umdrehungen/Minute und einer Strahlgeschwindigkeit von 460 km/h auf Langsamflug programmiert wurde. Während der Tests bildete sich ein deutlich sichtbarer Kondenzstreifen. Hinter dem Triebwerk bauten die Forscher einen Flugzeugflügel auf.

NWB Frontalsicht auf den Versuchsaufbau. Der Niedergeschwindigkeitswindkanal Braunschweig gehört zur Stiftung Deutsch-Niederländischer Windkanäle (DNW-NWB).

Der Simulator hat einen Durchmesser von 30 Zentimetern, eine Leistung von rund 160 Kilowatt und bringt etwa 40 Kilogramm auf die Waage. Während den Tests lief er mit 21 Bar kalter, komprimierter Luft an, eine Heizug schmolz dabei entstehende Eispartikel. Das Triebwerksgeräusch wurde von zahlreichen Mikrofonen im Kanal aufgezeichnet. Dabei wurden etwa 60 Dezibel gemessen. Beim Auftreffen auf die Flügelklappe nahm der Lärm messbar um einige Dezibel zu.

Das mag nach wenig klingen, doch einen Anstieg um drei Dezibel auf 63 Dezibel nimmt das menschliche Gehör als doppelt so laut wahr. Das liegt an der logarithmischen Dezibel-Skala. Umso wichtiger ist demnach eine genaue Lokalisierung und Trennung der einzelnen Lärmquellen, damit Forscher gezielt an einer Reduzierung arbeiten können und so der „Gesamtlärm“ abnimmt.

In Zukunft soll es leiser werden

Nach der Auswertung können die Ergebnisse der Forschung einen wichtigen Teil zur Vorhersage beitragen, wie sich immer größer und leistungsfähigere Triebwerke aerodynamisch und akustisch auswirken. Mit anderen Worten: Wie die Antriebe und Tragflächen in Zukunft effektiver und leiser gestaltet werden können.

Am Thema Lärm forscht das DLR schon lange. Zu den laufende Arbeiten gehört das 2016 begonnene interdisziplinäre DLR-Projekt KonTeKst (Konfiguration und Technologien für das emissions- und lärmarme Kurzstreckenflugzeug). Zu den untersuchten Technologien zählen Verfahren zur Quelllärmreduktion am Triebwerk und am Flugzeug ebenso wie Schallabschirmungskonzepte. Die jetzt vorgestellten Lärmmessungen bildeten den Endpunkt dieses Projekts.

Darüber hinaus werden die Ergebnisse in die Entwicklung neuer akustischer Triebwerkssimulatoren einfließen. Dazu soll in einem Folgeprojekt ein akustischer Simulator entwickelt werden, der elektrisch betrieben wird und nicht mehr mit Druckluft arbeitet. Damit kann ein Halbmodell eines Airbus A320 untersucht werden, also ein der Länge nach aufgeschnittenes Modell. Ziel dieser Versuche ist es, das Flugzeug als Ganzes im Winkanal akustisch und aerodynamisch vermessen zu können, und nicht bloß einzelne Komponenten.