Laufzeit: 01.01.2021 – 31.12.2024
Projektleitung: Dr. René Winter, Institut für Aeroelastik
Beteiligte Institute / Partner:
Die Entwürfe zukünftiger Flugzeuge werden stärker an den Kriterien Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit bemessen. Für die Reduktion des Treibstoffverbrauchs sind neben aerodynamischen Technologien zur Widerstandsreduktion insbesondere neuartige Triebwerksentwürfe und deren Integration bzw. konfigurative Anordnung wesentliche Designtreiber.
Aber gerade Triebwerke und Aerodynamik sind wesentliche Ursachen für den Lärm eines Flugzeugs. Das gilt für den Außenlärm genauso wie für den Innenlärm in der Kabine. Daher wird im Projekt INTONATE der Kabinenlärm in den Fokus des Interesses gestellt.
Das Fehlen von Analysewerkzeugen zur hinreichend genauen Vorhersage von Lärmpegeln in der Kabine führt zwangsläufig zu Entwicklungsrisiken. Wenn die Schallpegel in der Kabine erst im Rahmen von Erprobungsflügen experimentell bestimmt werden würden, könnte die mögliche Einbringung nachträglicher Maßnahmen zu deren Reduktion kostenintensiv sein und die planmäßige Inbetriebnahme neu entwickelter Flugzeuge gefährden bzw. verzögern.
Die Analyse des Kabinenlärms ist eine komplexe interdisziplinäre Aufgabe, mit vielen unterschiedlichen Ursachen. Da die vollständige Analysekette eine absolute Neuheit darstellt, müssen geeignete Schnittstellen zwischen den bislang meistens voneinander getrennt operierenden Werkzeugen der Projektpartner geschaffen werden. Es sollen sowohl die verschiedenen Geräusch- und Vibrationsquellen berücksichtig werden, als auch die verschiedenen Übertragungswege über Fluid und Struktur bis hin zur Kabinenkavität. Um das Komfortempfinden der Passagiere berücksichtigen zu können, ist die Virtualisierung der Kabine und die Auralisierung der berechneten Schallpegel geplant.
Übergeordnetes Ziel:
Konkrete Ziele:
Arbeitspaket 1: Quellmodellierung und Validierung
Leitung: Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik - Daniel Ernst
Im Arbeitspaket 1 steht die Modellierung der verschiedenen Quellen für Kabinenlärm im Fokus (siehe Abbildung links). Dabei werden breitbandige Geräusche (z.B. Strahlmischung) und tonale Geräusche (z.B. Verdichter) des Triebwerks als Geräuschquellen betrachtet. Erstmalig wird die Größenordnung der Vibrationen des Triebwerks quantifiziert. Die turbulente Grenzschicht ist einerseits eine verteilte Anregungsquelle, andererseits wirkt sie wie ein Filter für die Durchleitung des Triebwerkslärms. Hierfür werden vorhandene Simulationsmodelle erweitert und im Rahmen eines Windkanalversuchs eine Validierungsdatenbasis erzeugt.
Arbeitspaket 2: Rumpf und Kabine
Leitung: Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik - Stephan Algermissen
Im Arbeitspaket 2 erfolgt die Skizzierung wichtiger Übertragungswege für Geräusche und Vibrationen. Parametrische Modelle des Rumpfes und die angebundene Kabinenausstattung werden modelliert. Final wird ein numerisches Simulationsmodell der Kabinenkavität erstellt, welches das letzte Glied in der Übertragungskette von den Anregungsquellen bis hin zum Ohr des Passagiers darstellt.
Arbeitspaket 3: Virtuelle Komfortbewertung
Leitung: Institut für Aeroelastik - Martin Gröhlich
Im Arbeitspaket 3 wird eine virtuelle Umgebung für Probandenversuche entwickelt. Diese Arbeiten bilden die Schnittstelle zwischen numerischen Analyseergebnissen und des Erlebens dieser durch Probanden in einer virtuellen Umgebung. Dabei werden Anforderungen definiert, Virtual Reality Modelle von Kabinen aufgebaut und die Methodik zur Erlebbarmachung (Auralisierung) der Analyseergebnisse für verschiedene Stellen der Kabine erarbeitet.
Arbeitspaket 4: Digitaler Faden Kabinenlärm
Leitung: Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt - Christian Hesse
Im Arbeitspaket 4 werden die Modellierungsarbeiten der Quellen (AP1) und der Übertragungswege (AP2) mit der Virtualisierung und Auralisierung des Kabinenlärms (AP3) zusammengeführt und zu einem digitalen Faden für die Analyse und Bewertung des Kabinenlärms zukünftiger Flugzeugkonfigurationen verknüpft. Ziel ist im Wesentlichen die Herstellung der Kompatibilität von Output-Daten mit den Anforderungen für Input-Daten nachgeschalteter Analysen/Disziplinen. Hierfür kann auf bereits vorhandene repräsentative Ergebnisdatensätze zurückgegriffen werden. Unterstützt wird das durch die Definition eines verallgemeinerten Datenmodells.
Arbeitspaket 5: Konfigurationsbewertung
Leitung: Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik - Meike Jansen
Im Arbeitspaket 5 wird die Funktionalität des digitalen Fadens zur Analyse und Bewertung des Kabinenlärms anhand zweier unterschiedlicher Flugzeugkonfigurationen demonstriert. Hierfür werden die für das Projekt neu erstellten Konfigurationen D180 und D180T verwendet. Neben der vergleichenden Analyse dieser beiden Konfigurationen werden zuvor die Lärmmetriken und Vibrationsmetriken zur Komfortbewertung festgelegt – also Methoden und Maßstäbe gemäß derer aussagekräftige Komfortbewertungen durchgeführt werden können.