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So sollen Turboprop-Flugzeuge leiser werden

Im Rahmen des Projekts FusionProp will der DLR erforschen, wie Turboprops leiser werden können
Im Rahmen des Projekts FusionProp will das DLR erforschen, wie Turboprops leiser werden können , © DLR

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MÜNCHEN - Flugzeuge mit Propellerturbine sind wegen ihrer Treibstoffeffizienz vor allem für Regional- und Kurzstrecken die erste Wahl. Allerdings werden sie von Passagieren und Flughafenanwohnern als relativ laut empfunden. Im Rahmen des Forschungsprojekts FusionProp arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler an Lösungen.

"Es ist uns wichtig, das Verständnis dafür zu verbessern, wie Lärm erzeugt wird und wie neue Technologien den Lärm von Turboprop-Flugzeugen verringern können", so Davide Giacché, Senior Engineer des Advanced Technologies Teams von GE Aviation mit Sitz in München.

Er leitet die Arbeiten des FusionProp-Teams, das neben Mitarbeitern von GE Aviation auch Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) umfasst.

Das im April 2018 gestartete Projekt wird vom deutschen Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und ist auf dreieinhalb Jahre angelegt. DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Dabei gelang eine Premiere: die synchrone Lärmmessung am Flugzeug und am Boden. Dafür montierten die Forscher am Rumpf der Dornier 228 des DLR ein Mikrofonarray, gleichzeitig wurden am Flughafen Magdeburg-Cochstedt, an dem die Flugtests stattfanden, mehr als 200 Mikrofone installiert.

"Das ist das erste Mal, dass wir in der Lage sind, den am Boden ankommenden Lärm mit den Lärmquellen am Flugzeug zu korrelieren", sagt Carsten Spehr vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen.

Bessere Lärmvorhersage

Für FusionProp wurden bereits im Sommer 2019 zwei Flugversuche durchgeführt, wie das DLR Ende Oktober mitteilte. Als Testflugzeug diente neben der Do 228 eine de Havilland DHC-8-400 (ehemals Dash 8-400).

Die Flugzeuge überflogen die Mikrofone am Boden in unterschiedlichen Höhen. Berücksichtigt wurden typische Flugphasen einschließlich Start, Steig-, Reise- und Landeanflug. Bei den verschiedenen Überflügen wurden so mehr als 50 Testpunkte untersucht.

In der Theorie wird der Propellerlärm beeinflusst durch die Rotationsgeschwindigkeit, die Fluggeschwindigkeit, die erforderliche Schubmenge und das Design der Propellerblätter. Im realen Flug kommen noch die Fluglage, Turbulenzen, Böen und die Art der Integration des Antriebs mit dem Flugzeug hinzu.

"Flugversuche helfen uns, die Komplexität des Lärms der installierten Propeller besser zu verstehen, um unsere Modelle zu optimieren", sagt Lorenz Drack, Lead Engineer von GE Aviation in München. Die Messdaten könnten dazu beitragen, künftige Propellerflugzeuge leiser zu machen.

"In Computersimulationen können wir zum Beispiel überprüfen, inwiefern die Position des Propellers relativ zum Flügel den Lärm beeinflusst", so Arne Stürmer, Projektleiter am DLR.

Propellerlärm

Der Propeller ist die Hauptlärmquelle bei Turboprop-Flugzeugen. Propellerlärm setzt sich aus einer tonalen und einer Breitband-Komponente zusammen. Erstere wird vom Menschen eher als störend empfunden und ist nach Angaben des DLR auf verschiedene Faktoren zurückzuführen.

Zum einen auf die durch Blattbewegung verursachte Verdrängung der Luft (Verdrängungs- oder Dickenlärm), zum anderen auf das Druckfeld um die sich bewegenden Propellerblätter (Belastungslärm) und die instationäre periodische Veränderung der Belastung auf die Blätter, beispielsweise aufgrund der aerodynamischen Wechselwirkung mit den umgebenden Strukturen.

Breitbandlärm trete infolge von Turbulenzen in der Grenzschicht des Blatts und der Wechselwirkung des Blatts mit Turbulenzen in der Luft auf, so das DLR.
© FLUGREVUE - Ulrike Ebner | Abb.: ATR | 13.03.2021 08:40

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Beitrag vom 18.03.2021 - 11:29 Uhr
Ich glaube nicht dass der Turboprop/ open Fan eine große Zukunft hat.

Den Lärm wird man ohne Ummantelung nicht in den Griff bekommen und auf der anderen Seite nähern sich die Turbofans ja durch immer größere Nebenstromverhältnisse den Turboprops an.

Ein Getriebe haben sie ja inzwischen auch.

Evtl. wird sich die Anordnung am Flugzeug grundlegend ändern wenn der Druck nach höherer Effizienz nur groß genug ist, die Rahmenbedingungen in denen sich die Me 262 Auslegung bewähren sollte sind schon heute weit weg von der Realität.
Beitrag vom 15.03.2021 - 16:01 Uhr
Mit der Aussage, dass kein Handlungsbedarf bestehe, bezog ich mich auf den Artikel und wollte sagen: Da muss nichts gefördert werden, da braucht es keine Maßnahmenoffensive. Gewöhnliche Produktzyklen dürften für die erhoffte Verbesserung sorgen.
Beitrag vom 14.03.2021 - 11:09 Uhr
Längere Wellenlängen (tiefere Töne) sind für das menschliche Gehör angenehmer und beanspruchen es weniger.

Das sagen sie mal zB einem Infraschall Aktivisten der gegen Windkraftanlagen vorgeht...
Ja, ich weiss, Ihre Aussage liegt auch der A-Bewertung ( dB(A) ) zugrunde, die genau diese Aussage abbilden soll.

Ich glaube ehrlich gesagt nicht, dass hier wirklich großer Handlungsbedarf besteht. Schon gewöhnliche Generationenwechsel haben dafür gesorgt, dass heutige Turboprops viel leiser als ihre Vorgänger sind.

Viele Triebwerksentwicklungen der letzten Jahrzehnte, auch die höheren Nebenstromanteile und geringeren Drehzahlen der Jet Triebwerke, haben zu einer Verschiebung der Lärmemissionen hin zu tieferen Frequenzen geführt - was nach A-Bewertung des Lärms selbst bei gleichbleibendem Lärm erst mal zu einer numerischen Verringerung führt.

 https://www.cirrusresearch.co.uk/blog/2020/03/what-are-a-c-z-frequency-weightings/

Der Lärm ist aber (zum guten Teil) noch da, er "versteckt" sich quasi im niederfrequenten Bereich, wo ihn die A-Bewertung nicht sieht und ist dort zudem noch deutlich schlechter dämmbar. Daher gehen mittlerweile immer mehr Lärmmessungen auf dB(C) oder gar dB(Z) über, die die tieferen Tonlagen weniger bzw gar nicht mehr rausrechnen.

Den Handlungsbedarf bei der Lärmdämmung von Propeller-Antrieben würde ich gerade im Hinblick auf elektrische oder Wasserstoff-basierte Antriebe nicht unterschätzen.

Dieser Beitrag wurde am 14.03.2021 11:13 Uhr bearbeitet.


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