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Aerodynamische Schallquellen

Erstellt am: 12.11.2002 | Stand des Wissens: 13.07.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Durch die Umströmung von Körpern entstehen aufgrund der Verwirbelung der Strömung (Turbulenzeffekte) Geräusche. Im Reiseflug trägt hauptsächlich der Tragflügel eines Flugzeuges zur Produktion von aerodynamischem Lärm bei. Diese Lärmquelle hat ihre Amplitude im niederfrequenten Bereich um 200 Herz. Besonders starke Töne können an den Einrichtungen zur Wirbelbeeinflussung an der Hinterkante und den Enden der Tragflächen beobachtet werden. Theoretisch müsste die Intensität der aerodynamischen Lärmquelle mit der fünften bis sechsten Potenz mit der Fluggeschwindigkeit wachsen. [Smit89 ; S. 41-46]

Bei Flugzeugen werden die Strömungsgeräusche in der Regel durch die wesentlich lauteren Triebwerksgeräusche überdeckt und erscheinen weniger stark von der Geschwindigkeit abhängig. Im Landeanflug sind jedoch insbesondere bei großen Flugzeugen die aerodynamischen Geräuschemissionen die dominanten Lärmquellen. Zu den wichtigsten Lärmproduzenten gehören dabei die Landeklappen (Hochauftriebshilfen) und das ausgefahrene Fahrwerk. [Smit89 ; S. 41-46]
Abbildung1: Schallquellen am landenden Verkehrsflugzeug [Mau01] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)

Bei Großraumflugzeugen ist das Fahrwerk aufgrund seiner großen Dimensionen die bedeutendste aerodynamische Lärmquelle im Anflug. Bei kleineren Schmalrumpfflugzeugen der Größenklasse A320 oder Boeing 737 sind hingegen die Hochauftriebshilfen als Lärmquelle kritischer. In der Landekonfiguration mit vollständig ausgefahrenen Fahrwerk und Hochauftriebshilfen ist der aerodynamische Lärm um 10 bis 15 dB größer als in der Reiseflugkonfiguration (clean configuration) desselben Flugzeugs. Nur wenn es gelingt, den aerodynamischen Zellenlärm bedeutend zu reduzieren, ist eine Verringerung des Lärms im Anflugbereich realisierbar. [Koch03; S. 111]
Um die Lärmemissionen durch ein verbessertes Anströmverhalten zu verringern, wird daher derzeit die Verbesserung einzelner Komponenten am Flugzeug untersucht. So erfoscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beispielsweise die Reduzierung des aerodynamischen Fluglärms durch windgeschützte Fahrwerke. Dadurch sei eine Verringerung des Lärms um circa 5 Dezibel möglich. Die Abbildung 2 zeigt die exemplarische Wirkung der Fahrwerksverkleidung. Das DLR hat zudem auch die Vorflügel neu konfiguriert, um die Luftverwirbelungen beim Ausfahren der Vorflügel zu reduzieren. So hat das DLR den Einsatz von Kippnasen und Bürsten an den Vorflügeln entwickelt. Weitere mögliche Veränderungen der Komponenten sind beispielsweise Wirbelgeneratoren, welche den Luftstrom an den Tankdruckausgleichsöffnungen ablenken sowie gebogene Flügelspitzen, die den Luftwiderstand verringern. Außerdem wurde im Rahmen des Projektes von der europäischen Union (EU) Clean Sky eine sogenannte Ribblet-Struktur, eine gerillte Oberflächenstruktur, erforscht, um die Aerodynamik der Oberflächen von Flugzeugen zu verbessern. Neben Lärmreduktionen kann ebenfalls eine Verringerung des Kraftstoffbedarfs erzielt werden. [BDL23b
windgeschuetzte fahrwerke.jpgAbbildung 2: Reduzierung des Fluglärms durch windgeschützte Fahrwerke (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Glossar
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Emissionen im Luftverkehr (Stand des Wissens: 14.07.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?20489
Literatur
[BDL23b] Weniger Lärm an Oberfläche, Flügeln und Fahrwerk, 2023
[Koch03] Hecht, Karl; , Heinrich, Christian; , Seebohm, Eckhard, Dr.; , Schmidt, Thilo; , Erbguth, Wilfried, Prof. Dr.; , Müller, Werner; , Schulte, Martin, Prof. Dr.; , Schulze-Fielitz, Helmuth, Prof. Dr.; , Richter, Helmut, Dr.-Ing.; , Pache, Eckhard, Prof. Dr.; , Fisahn, Andreas, PD Dr.; , Wieneke, Annette, Ass. iur.; , Wysk, Peter, Dr.; , Bayr, Michael, Dipl.-Ing., Beckers, Joachim Hans, Dipl.-Ing., Dobrzynski , Werner , Dr., Koch, Hans-Joachim, Prof. Dr. iur., Maschke, Christian, Prof. Dr.-Ing., Mevenkamp, Andreas Umweltprobleme des Luftverkehrs, Nomos Verlagsgesellschaft / Baden-Baden, 2003
[Mau01] Mau, Knut Technische und betriebliche Aspekte - Lärmminderung an der Flugzeugzelle, veröffentlicht in DGLR-Workshop 2001 - Reduzierung des Fluglärms: Was sind die Ziele und die Grenzen der Machbarkeit?, 2001
[Smit89] Smith, Michael J. T. Aircraft Noise, Cambridge University Press / Cambridge (UK), 1989, ISBN/ISSN ISBN 0-521-33186-2
Weiterführende Literatur
[Ruij93] Ruijgrok, Gerrit J. J. Elements of Aviation Acoustics, Delft University Press / Delft (NL), 1993, ISBN/ISSN ISBN: 90-6275-899-1
Glossar
dB(A) Messgröße des A-bewerteten Schalldruckpegels zur Bestimmung von Geräuschpegeln. Die dB-Skala ist logarithmisch aufgebaut, d. h. eine Verdoppelung der Lärmintensität führt zu einer Erhöhung um 3 dB. Das menschliche Ohr empfindet eine Erhöhung um 10 dB als Verdoppelung der Lautstärke. Hierzu ist eine Schallintensitätsverzehnfachung erforderlich. Der Zusatz "(A)" gibt an, dass dem betreffenden Messergebnis die standardisierte A-Berwertungskurve zugrunde liegt. Sie berücksichtigt einen nichtlinearen frequenz- und pegelabhängigen Zusammenhang zwischen subjektiv wahrgenommenem Läutstärkepegel und vorliegendem Schalldruckpegel. So empfindet das menschliche Gehör bspw. mittlere Frequenzen im Vergleich zu niedrigen Frequenzgängen als wesentlich lauter, weshalb die Einheit dB(A) entsprechende Tonhöhen stärker gewichtet. Ein gesundes Ohr kann bereits einen Schalldruck von 0 dB (A) wahrnehmen (Hörschwelle), bei Werten über 120 dB (A) wird die Geräuschbelastung unerträglich laut (Schmerzgrenze). Eine Langzeiteinwirkung von über 85 dB(A) zieht u. U. dauerhafte Gehörschäden nach sich.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?20172

Gedruckt am Donnerstag, 25. April 2024 00:35:33