Die Luftfahrt in Europa soll umweltfreundlicher und leiser werden. Um dem Kern des Fluglärms auf den Grund zu gehen, nahmen Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) nun Flugzeugtriebwerke auseinander und erstellten physikalische Modellierungen.
In umfangreichen Tests gingen die Forscher auf die Suche nach Antworten auf die Fragen: Wie und wo genau entsteht der Lärm in Flugzeugtriebwerken? Wie verändern sich Lärmquellen bei bestimmten Umbauten an Triebwerksbauteilen? Das Ergebnis: Ein neues Modell für die Konzeption von leiseren Triebwerken.
Entstehung von Fluglärm verstehen
Fluglärm kann sehr unterschiedliche Gründe haben. Wo der Lärm aber genau entsteht und wie dieser vermindert werden kann, beschäftigt Techniker und Wissenschaftler seitdem es Flugzeuge mit Gasturbinen gibt. „Uns haben besonders die Prozesse zwischen der Turbine und der Brennkammer interessiert“, erklärt Dr. Friedrich Bake vom DLR-Institut für Antriebstechnik. „Dazu haben wir verschiedene Experimente entworfen und an den jeweils am besten geeigneten Prüfständen im In- und Ausland getestet.“ Den Triebwerksakustik-Forschern ist es dabei erstmals gelungen, die Physik hinter dem sogenannten Kerntriebwerksschall (englisch: „Core Noise“) zu vermessen und in einem numerischen Modell darzustellen.
Mit dem entwickelten Modell lassen sich die Prozesse bei der Entstehung von Kerntriebwerksschall genau aufzeigen. Das bedeutet nicht nur ein allgemein besseres Verständnis von Lärmentstehung, sondern ermöglicht nun auch das Design von leiseren und umweltfreundlicheren Triebwerken. In speziellen Tests an verschiedenen Forschungsstandorten Europas wurde es geprüft und validiert. „Die Messergebnisse werden in einer Datenbank der weltweiten Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt“, erzählt Dr. Bake. „So können unsere Forschungen auch in neuen Projekten oder Anwendungsstudien zum Einsatz kommen.“
Das DLR koordinierte die Arbeiten im Rahmen des EU-Projekts RECORD zusammen mit 18 europäischen Partnern.
Auf den Fotos
- Die getestete Turbinenstufe: In der Turbine wird die innere Energie der heißen Triebwerksluft in Arbeit zum Antrieb des Flugzeugs umgesetzt. Hier liegt ein Entstehungsort von sogenanntem „core noise“, einer der in RECORD untersuchten Lärmquellen. Quelle: Laboratorio di Fluidodinamica delle Macchine der Politecnico di Milano.
- Simulation der Brennkammer-Turbinen-Interaktion: Speziell die strömungsmechanische und akustische Zusammenwirkung von Brennkammern und Turbinen und der daraus entstehende Lärm standen bei dem Projekt RECORD im Fokus. Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
- Aufbau der Versuchsbrennkammer in RECORD: Die Brennkammer, in Zusammenspiel mit der danach angeordeten Turbine, bildet den Hauptverursacher von „core noise“, dem Lärm aus dem Kern von Triebwerken. Quelle: Laboratoire d’Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion, (EM2C) vom Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).
- Strömungssimulation des Brennkammertestfalls in RECORD: Die verlässliche numerische Vorhersage des Strömungs- und Schallfeldes von Brennkammer-Turbinen-Systemen ist essentiell für die Entwicklung zukünftiger, leiser Flugzeugtriebwerke. Quelle: Lehrstuhl für Thermodynamik der Technischen Universität München.
