DLR erforscht Lärmwirkung neuer Antriebskonfigurationen am Flugzeug

Bei den Tests im akustischen Windkanal wurden verschiedene Triebwerkskonfigurationen und Materialien erprobt. Einem speziellen Werkstofftypen bescheinigen die Testteams besonders großes Potenzial.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat in seinem akustischen Windkanal in Braunschweig (AWB) Fluglärm untersucht, der aus dem Zusammenspiel von Antrieben und Rumpf entsteht. Diese Art Schalllast nimmt durch die Interaktion der umströmenden Luft zu, wenn die Triebwerke größer und leistungsfähiger werden, Rumpf und Flügel aber gleich dimensioniert bleiben. „Wir haben daher neue Anordnungen und neue Materialien betrachtet“, sagt Christian Jente vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Die Forschung war Bestandteil des EU-Forschungsprojekts Djinn (Decrease Jet Installation Noise).

Zwei typische Flugzeugtypen im Experiment

In den Experimenten haben die Teams zwei verschiedene Triebwerkskonfigurationen untersucht. Die Anordnung des ersten war wie bei einem typischen großen Verkehrsflugzeug: Je ein Antrieb war unter jedem Flügel montiert. Die zweite Konfiguration war an einen typischen Businessjet angelehnt, bei dem das Triebwerk am Heck sitzt.

Mit diesen Kraftstoffen wollen Lufthansa & Co. ihre Emissionen in den Griff bekommen

Für die Businessvariante wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt. „Wir haben an dem Business Jet drei verschiedene Leitwerke akustisch vermessen“, erklärt Jente. „Zwei konventionelle Leitwerke in Kreuz- und T-Anordnung sowie ein U-Leitwerk, bei dem die Höhenflosse den Triebwerksschall abschatten soll.“ Unter anderem wollte das Team um Jente herausfinden, wie sich akustische Schwingungen auf die Oberfläche auswirken, wie also das Flugzeug unter akustischer Ermüdung leidet.

Windkanal AWB – klein, aber einzigartig

Der Windkanal AWB ist 1,00 m breit und 1,20 m hoch, die maximale Windgeschwindigkeit beträgt 60 m/s (216 km/h). Für die Experimente baute das DLR zwei über 3 m lange Mikrofonarrays auf, deren Daten später die genaue Position der Schallquellen an Triebwerksdüse, Rumpf und Flügel liefern sollen. Zusätzlich kamen Fernfeldmikrofone an der Decke zum Einsatz, die die Schallabstrahlung in verschiedene Richtungen aufgezeichnet haben.

Die Daten werden nun im DLR ausgewertet. Die Resultate sollen helfen, Technologien zu entwickeln, die den Fluglärmpegel künftiger Flugzeuge senken können.

Poröse Metamaterialien verringern den Lärm

Für die Landeklappen haben die DLR-Teams sogenannte poröse Metamaterialien verwendet, mit denen sich akustische Eigenschaften gezielt einstellen lassen. Werden die porösen Materialien überströmt, mindern sich Druckschwankungen in der turbulenten Grenzschicht; dadurch sinken an der Hinterkante der Landeklappe die Schallemissionen. „Wir haben zum ersten Mal poröse Landeklappen bei hoher Geschwindigkeit mit dieser Konfiguration getestet“, sagt Jente. Bislang seien nur vereinfachte Geometrien untersucht worden. „Wir haben gezeigt, dass auch komplexe Modelle aus solchen Metamaterialien gefertigt werden können, ein industrieller Einsatz rückt damit immer näher.“