Flugzeuge durch einfache Nachrüstungen deutlich leiser

Schon heute sind neue Flugzeuge durch aerodynamische Verbesserungen und weiterentwickelte Triebwerke deutlich leiser als vor Jahren. Und die Lautstärke der Lärmquellen am Flugzeug könnte zukünftig mit nachrüstbaren Anbauten hörbar gedämpft und der Fluglärm insgesamt weiter gesenkt werden.

Spalte an den Landeklappen, Löcher an den Fahrwerken sowie der Ein- und Auslass der Triebwerke tragen aber noch immer zum typischen Flugzeuggeräusch bei. Dafür hat das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) mit Partnern das Forschungsflugzeug A320 ATRA mit verschiedenen lärmmindernden Anbauten modifiziert. Vom 19. bis 21. September 2018 testen die Forscher die Lärmminderung der Nachrüstmaßnahmen bei Flugversuchen am Flughafen in Cochstedt/Sachsen-Anhalt.

Emissionen Schwerpunktthema der Luftfahrt

Während Neuentwicklung und Marktdurchdringung neuer leiserer Flugzeuge oft Jahrzehnte benötigen, bieten lärmmindernde Umbauten zusätzlich eine kurz- bis mittelfristige Perspektive. „Das Thema Fluglärm ist eines der drängendsten der Luftfahrtbranche“, sagt DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke. „Deshalb haben wir einen Schwerpunkt auf die Entwicklung fluglärmmindernder Lösungen im Programm Luftfahrtforschung des DLR gelegt. Das Projekt ‚Low Noise ATRA‘ zeigt beispielhaft, wie wir bereits mit heutigen Passagiermaschinen und den Werkzeugen der Forschung den Fluglärm weiter reduzieren können.“

Für die Flugversuche bauen die Wissenschaftler auf dem Flughafen Cochstedt zwei akustische Messsysteme auf, die vielfach überflogen werden. Die Lärmdaten vergleichen die Wissenschaftler dann mit Messungen, die bereits im Mai 2016 mit dem unmodifizierten A320 ATRA aufgezeichnet wurden. So lässt sich sehr genau nachvollziehen, welche Umbaumaßnahme, welche Lärmminderung ermöglicht. Die Modifikationen sind zunächst prototypisch mit dem Schwerpunkt Lärmminderung entwickelt worden, dabei aber auch Basis für eine spätere breite Anwendung.

Zehn Punkte für Triebwerke, Fahrwerke und Tragflächen

„Insgesamt haben wir zehn Lärmminderungsmaßnahmen in den vergangenen Jahren realisiert“, berichtet Projektleiter Michael Pott-Pollenske vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig. „Besonders von den Verkleidungen an den Fahrwerken und den neuartigen Schubdüsen an den Triebwerken erwarten wir hörbare Verbesserungen.“ Aber auch die Füllung der Spalte zwischen Tragfläche und hinteren Landeklappen und die Modifikation der Landeklappenseitenkante werden eine Rolle spielen.“

Erstmals wurde das DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA (Advanced Technology and Research Aircraft) im Umfang von insgesamt zehn Einzelumbauten modifiziert. Die Umbauten fanden in Eigenregie des DLR unterstützt von weiteren Partnern statt. „Es ist schon etwas Besonderes, unseren bekannten ATRA jetzt quasi als Prototypen mit so vielen neuen Bauteilen zu fliegen„, freut sich DLR-Testpilot Jens Heider auf die Herausforderung. Ergänzend haben die Forscher eine Modifikation der Position der vorderen Hochauftriebshilfen, der sogenannten Vorflügel, vorbereitet, deren Wirkung in weiteren Flugversuchen getestet werden soll.

Lärm durch Luftströmung

Neben den Geräuschen der Triebwerke ist vor allem das Umströmungsgeräusch für die Lautstärke der Flugzeuge verantwortlich. Dieses dominiert bei Anflug und Landung den Gesamtschalldruckpegel. Überall wo die Luft über Öffnungen und Spalte strömt wird es laut, einfach erfahrbar etwa durch Anblasen der Kante einer Personalausweiskarte.

Gerade im Tief- und Langsamflug bei Start und Landung ist dies ein Thema: ausgefahrene Landeklappen geben Spalte zur Tragfläche hin frei und Fahrwerke stemmen sich im Flug mit all ihren Ecken, Kanten und Öffnungen gegen die verwirbelt strömende Luft. Für die Tankdeckelöffnung unter der Tragfläche des Airbus A320 gibt es übrigens bereits eine lärmmindernde Lösung in breiter Anwendung: Vor 17 Jahren entwickelte das DLR einen kleinen Wirbelgenerator, der die lästigen Töne an der Öffnung mindert und heute serienmäßig in neuen A320-Flugzeugen montiert ist.

Breite Zusammenarbeit

Einige der neuartigen Modifikationen am A320-ATRA entstanden in Kooperation mit dem EU-Förderprojekt AFLoNext (Active Flow- Loads and Noise control on next generation wing). Die Bremsabdeckungen und die Verkleidung des unteren Hauptfahrwerks wurden gemeinsam mit dem Partner Safran Landing Systems entwickelt. Weitere Lärmminderungsmaßnahmen an Bug- und Hauptfahrwerk entstanden unter DLR-Führung im Projekt Low Noise ATRA. Die poröse Landeklappenseitenkante ist ein Produkt der Zusammenarbeit zwischen Airbus Group, Airbus Operations und dem DLR.

Eine sehr ähnliche Maßnahme wurde an allen Vorflügelseitenkanten installiert. Das Geräusch der Luftbremsen an den Tragflächen wird mit Hilfe einer sogenannten Spoiler Splitter Plate reduziert, die die Ausbreitung der Schallwellen von den Luftbremsen zum Boden mindert. Insbesondere das laute Triebwerksgeräusch beim Start soll die neue Schubdüse verringern, die gut sichtbar hinten an den Triebwerken angebracht ist. Die umfassenden Änderungen am A320 ATRA hat das DLR zudem mit diesen Partnern durchgeführt: AMAS Engineering, Deharde, Spörl, Donaris, Leichtwerk, Lufthansa Technik, SONACA und ASCO.

Im DLR haben das Systemhaus Technik und der Entwicklungsbetrieb der DLR-Einrichtung Flugexperimente wesentliche Beiträge zur Entwicklung, Herstellung und Zulassung der Lärmminderungsmaßnahmen geleistet. Die Abteilung Triebwerksakustik des DLR-Instituts für Antriebstechnik ist für die Lärmmessungen verantwortlich.

Lärmminderung auf den Bildern

Bremsabdeckungen und teilweise Verkleidung des Hauptfahrwerks: Die Bremsabdeckungen und Verkleidungen am Hauptfahrwerk gehören zu den insgesamt zehn Lärmminderungsmaßnahmen, die am ATRA realisiert wurden.

Lärmmindernde Verkleidung am Bugfahrwerk: Die Verkleidungen am Bugfahrwerk ist eine von insgesamt zehn Lärmminderungsmaßnahmen, die am ATRA realisiert wurden.

Poröse Landeklappenseitenkante zur Lärmminderung: Eine sehr ähnliche Maßnahme wurde an allen Vorflügelseitenkanten am A320 ATRA installiert.

Poröse Vorflügelseitenkante zur Lärmminderung: Alle Vorflügel am A320 ATRA haben poröse lärmmindernde Seitenkannten erhalten.

Lärmmindernde Spoiler Splitter Plate an den Tragflächen: Das Geräusch der Luftbremsen an den Tragflächen wird mit Hilfe einer sogenannten Spoiler Splitter Plate reduziert, die die Ausbreitung der Schallwellen von den Luftbremsen zum Boden mindert.

Lärmmindernde Abdeckplatten am oberen Bugfahrwerk: Die Abdeckplatten am oberen Bugfahrwerk gehören zu den insgesamt zehn Lärmminderungsmaßnahmen, die am ATRA realisiert wurden.

Lärmmindernde Schubdüse: Insbesondere das laute Triebwerksgeräusch beim Start soll die neue Schubdüse verringern.

A320 ATRA vor dem Start: Das DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA wurde im Rahmen des Projekts Low Noise ATRA mit umfangreichen Anbauten zur Lärmminderung ausgestattet.