Reduzierung von Fluglärm

ARTEM

Das Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger Technologien zur Lärmreduzierung für lärmarme Flugzeugkonfigurationen für die Zeit nach 2035 beziehungsweise 2050.

Das erste Kernthema von ARTEM (Aircraft noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact) ist die Entwicklung innovativer Technologien zur Reduzierung des Fluglärms direkt an der Quelle. Der Ansatz geht dabei über die Reduzierung einzelner Lärmquellen wie zum Beispiel des reinen Fan- oder Fahrwerkslärms hinaus und befasst sich mit dem Zusammenspiel verschiedener Komponenten und Quellen, die oft wesentlich zur Gesamtlärmemission des Flugzeugs beitragen. Zweitens arbeitet ARTEM an innovativen Konzepten zur effizienten Dämpfung von Triebwerkslärm und anderen Lärmquellen durch die Untersuchung dissipativer Strukturen, Oberflächenmaterialien und Verkleidungen. Durch die Arbeiten im Projekt werden diese Technologien weiterentwickelt und anschließend in identischer Testumgebung miteinander verglichen und bewertet. Darüber hinaus wird das Potenzial der Lärmabschirmung für zukünftige Flugzeugkonfigurationen untersucht.

Die Lärmminderungstechnologien werden mit der Modellierung zukünftiger Flugzeugkonfigurationen wie dem Blended Wing Body (BWB) und anderen innovativen Konzepten mit integrierten Triebwerken und verteilten elektrischen Antrieben kombiniert. Die Auswirkungen dieser neuen Konfigurationen mit lärmarmer Technologie werden auf verschiedene Weise bewertet, einschließlich industrieller Werkzeuge, Vorhersagen von Flughafenszenarien und Auralisierung.

Ziele des Projekts

ARTEM soll dazu beitragen, die Lücke zwischen bereits realisierten Lärmminderungen durch etablierte oder in großen EU-Vorhaben wie OpenAir und CleanSky entwickleten Technologien und den langfristigen Zielen von ACARE, das heißt eine Lärmminderung von 65 % für jeden Flugbetrieb im Jahr 2050 im Vergleich zum Referenzwert des Jahres 2000, zu schließen. Das Projekt greift daher innovative Ideen und Konzepte zur effizienten Lärmminderung durch neuartige und sogenannten auf. Ziel ist es, diese Lärmminderungstechnologien der "Generation 3" (NRTs) bis zu einem Technology Readiness Level 3 (experimenteller Konzeptnachweis) bis 4 (im Labor validierte Technologie) zu entwickeln.

Es wird dabei berücksichtigt, dass zukünftige Flugzeuge, die voraussichtlich zwischen 2035 und 2050 auf den Markt kommen werden, andere Konfigurationen haben könnten als die derzeitige Flugzeuge mit Triebwerken unter dem Flügel. Im Jahr 2035 könnte der Flugzeugrumpf beibehalten werden, während die Triebwerke anders angeordnet sein könnten, zum Beispiel halb im Rumpf versenkt. Im Jahr 2050 könnten Langstreckenflugzeuge mit einem nahtlosen Übergang von Tragflügeln und Rumpf (sogenannte „Nurflügler“ bzw. „Blended-Wing-Body“) sowie Triebwerken mit einem sehr hohen Nebenstromverhältnis (BPR≥16) eine Rolle spielen, während Regionalflugzeuge mit Hybridantrieben oder verteilten elektrischen Antrieben ausgestattet sein könnten. Die Lärmsignatur der zu erwartenden Konfigurationen wird dabei stark durch das Zusammenwirken mehrerer Flugzeugkomponenten beeinflusst: Zusammenspiel und die Wechselwirkung bei der Umströmung von Flugzeugzelle, Hochauftriebssystem und Triebwerkseinlauf,  die Beeinflussung des Triebwerkseinlaufs durch den Rumpf bei „eingebetteten“ Triebwerken, sowie das Zusammenwirken von Fahrwerk und Flugzeugzelle. Diese Effekte, die in direktem Zusammenhang mit der Lärmentstehung stehen, werden in speziellen Experimenten und numerischen Berechnungen untersucht.

Die im Rahmen von ARTEM entwickelten Methoden, Entwürfe und lärmmindernden Technologien werden auf die erwarteten neuen Flugzeugkonfigurationen angewandt und die Auswirkungen auf die Lärmsignatur des Flugzeuges selbst und auf Anwohner bei simuliertem Überflug untersucht:

  • Bewertung der Konfigurationen 2035-2050 mit installierter lärmarmer Technologie und Auswirkungen des Flottenwechsels.
  • Vorhersage der Auswirkungen am Boden (Lärmkartierung für das Flughafenszenario).
  • Auralisierung und menschliche Wahrnehmung neuer Flugzeugkonzepte mit lärmarmer Technologie.
  • Bewertung neuartiger Lärmminderungstechnologien für mittelfristige Flugzeugkonfigurationen, um frühzeitig Möglichkeiten für die Einführung vielversprechender Technologien zu erkennen.
  • Zusammenfassend befasst sich ARTEM mit der Lärmentstehung und Lärmminderung für zukünftige Flugzeugkonfigurationen und prognostiziert bereits heute die Lärmsignatur der Flugzeuge von morgen - und schafft damit Wissen und Technologien für leisere Flugzeuge der Zukunft.

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Projektabschluss

ARTEM Projektergebnisse

2.1 MB | PDF

Monat 36

ARTEM Zwischenbericht

1.2 MB | PDF

Monat 24

ARTEM Zwischenbericht

1.7 MB | PDF

Monat 18

ARTEM Zwischenbericht

1.4 MB | PDF

Monat 12

ARTEM Zwischenbericht

866.2 KB | PDF

Methodik

Eine weitere signifikante Reduzierung des Fluglärms ist nur mit größeren Konstruktionsänderungen und revolutionären Änderungen von Flugzeugkonzepten und Lärmminderungstechnologien möglich, die über die bewährten Lärmminderungsmaßnahmen heutiger Flugzeuge und Demonstratoren hinausgehen. ARTEM hat daher die folgenden Hauptaspekte zukünftiger Flugzeuge und damit verbundener Lärmminderungstechnologien ausgewählt:

  • Die Abstrahlung von Lärm in Richtung Boden soll so weit wie möglich verhindert werden. Dies beinhaltet die effektive Dämpfung und Absorption des Lärms an allen dafür in Frage kommenden Oberflächen des Flugzeugs. Darüber hinaus soll die Abschirmwirkung der Flugzeugstruktur optimal genutzt werden.
  • Der Lärm, der durch die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Komponenten der Flugzeugzelle und zwischen den Triebwerken und der Flugzeugzelle entsteht, muss genau verstanden werden, um ihn durch eine optimierte Konstruktion zu vermeiden oder bereits vorhandene Mittel zur Lärmminderung einzusetzen. Lärmminderung an der Quelle ist am sinnvollsten.

Schalldämpfende Strukturen für niedrige Frequenzen und Breitbanddämpfung

Zukünftige Flugzeuge werden - zumindest teilweise - auf Turbofan-Triebwerke mit noch größerem Nebenstromverhältnis (BPR 16 und mehr ) als Antrieb nutzen. Um das Gewicht und den Luftwiderstand dieser großen Triebwerke zu reduzieren, werden die Triebwerksgondeln kürzer und es steht weniger Platz für den Einbau von Schalldämpfern zur Verfügung. Gleichzeitig wird sich die Lärmcharakteristik weiter von tonalen zu breitbandigen Geräuschen und aufgrund der großen Abmessungen von Triebwerk und Schaufeln auch zu niederfrequenten breitbandigen Geräuschen verschieben. Daher sind neuartige Auskleidungskonzepte zur effizienten Dämpfung des tieffrequenten Breitbandgeräusches für den Einbau in beengten Umgebungen erforderlich.

Dies gilt sowohl für mittelfristige Entwicklungen mit Standardrumpf als auch für revolutionäre Zukunftskonzepte einschließlich der „Blended Wing-Body“-Flugzeugkonfigurationen.

Eine neue Dimension von Wechselwirkungseffekten

Bei der Betrachtung dieser zukünftigen Konfigurationen wird deutlich, dass es auch verstärkt Wechselwirkungen zwischen den Komponenten der Flugzeugzelle und Wechselwirkungen zwischen dem Antriebssystem und der Flugzeugzelle geben wird, die sich jedoch je nach Konfiguration erheblich unterscheiden. Bei eingebetteten Triebwerken müssen beispielsweise die Auswirkungen des  der Einsaugung der langsameren Strömung entlang des Rumpfes (der sogenannten „Grenzschicht“)berücksichtigt werden - ein Vorteil für die Aerodynamik, aber eine Herausforderung für die Anströmbedingungen der Fans in Bezug auf Lasten, Leistung und Lärm.

ARTEM
Die Projektstruktur ähnelt den Hauptthemen von ARTEM: Reduktionstechnologien und die Konfigurationsanalyse
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Integration neuer Technologien zur Lärmminderung in zukünftige Flugzeuge

Das ehrgeizige Ziel von ARTEM ist die Bereitstellung detaillierter Konfigurationen für ein Flugzeug mit nahezu unverändertem Standardrumpf und halb versenkten Triebwerken (basierend auf dem NOVA-Konzept von ONERA), das eine mögliche Konfiguration für das Jahr 2035 darstellt. Als revolutionäre Konfigurationen mit einem nahtlosen Übergang von Rumpf und Flügel werden  für die Zeit nach  2050 eine Variante für  Kurzstrecken (REBEL) und eine für Langstrecken (BOLT) entworfen. Die detaillierte Analyse umfasst die Charakterisierung der Hauptlärmquellen dieser Flugzeuge, um die am besten geeigneten Technologien zur Lärmminderung zu identifizieren.

ARTEM
Ein möglicher Kandidat für den Luftverkehr 2035: ONERAs NOVA-Konzept mit halb eingegrabenen Triebwerken (© ONERA, 2015)
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Schließlich werden die neuen Konzepte mit den Technologien bewertet, die für die beste Lärmminderung erforderlich sind.

Die Lärmbelastung wird für ein einzelnes Flugzeug, aber auch auf Flotten- und Flughafenebene bewertet, wobei nicht nur ein konventionelles Szenario als Referenz betrachtet wird, sondern auch Szenarien, die die am besten geeigneten Flugwege für die neuen Konfigurationen enthalten.

Laufzeit

2017-2022

Schlagworte

Fluglärm, Lärmreduzierung, Lärmquellen, lärmarme Technologien, neue Flugzeugkonfigurationen, Auralisation

Gefördert unter Smart, Green and Integrated Transport Project ID: 769350
Credit:

Europäische Union

Publikationen

In Zusammenarbeit mit dem von der Europäischen Kommission geförderten Projekt ANIMA wurde ein Kapitel über das Design zukünftiger Flugzeuge und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Lärmbelastung in das Open-Access-Buch "Aviation Noise Impact Management" (Springer, 2022) aufgenommen, das bereits nach 6 Monaten die Zahl von 25.000 Downloads überschritten hat.

Bitte beachten Sie: Falls eine Open Access (OA) Version der Originalpublikation verfügbar ist, ist diese direkt verlinkt. Green OA bedeutet, dass die eingereichte Version ohne endgültiges Layout des Verlags verfügbar ist, Gold OA ist eine direkte Open-Access-Veröffentlichung.

Preise

Paul Bernicke erhielt für seine an der TU Braunschweig eingereichte Doktorarbeit den Hermann-Blenk-Forschungspreis. In seinem Forschungsprojekt untersuchte er die Entstehung und Ausbreitung von Fluglärm mit Hilfe der Overset-LES-Simulation. Auf dieser Grundlage war es möglich, die Lärmreduzierung einer porösen Flügelkante sowie einer verlängerten Vorflügelgeometrie vorherzusagen. Der Preis (dotiert mit 5000€) wurde vom Niedersächsischen Forschungszentrum für Luftfahrt (NFL) am 23. November 2020 verliehen.

Ausgewählte Konferenz-Paper

Internoise 2022, Glasgow/UK, 21.-24. August 2022

28th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 14.-17. Juni 2022

  • “An analytical model of sound refraction by the fuselage boundary-layer for fan tone radiation from a turbofan aero-engine” Dionysios-Marios Rouvas (SOTON), AIAA2022-3059
  • “Experimental and numerical assessment of novel acoustic liners for aero-engine applications”, Suresh Palani (SOTON), AIAA2022-2900
  • “Acoustic Assessment of BLI Effects on Airbus Nautilius Engine Integration Concept - Part I: Noise Generation”, M.Daroukh (ONERA), AIAA2022-2943
  • “Acoustic Assessment of BLI Effects on Airbus Nautilius Engine Integration Concept - Part II: Noise Radiation”, Mathieu Lorteau (ONERA),  AIAA2022-2992

  • “Design and Evaluation of a Zero Mass Flow Liner” Ralf Burgmayer (DLR), 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. AIAA2022-2820, Green OA

  • “The Use of Porous Meshes to Reduce Landing Gear Wake - Flap Interaction Noise, F. Lara (SOTON), AIAA2022-3044
  • “Towards Wall-Modeled LES with Lattice Boltzmann Method for Aeroacoustics: Application and Understanding” F. Soni (DLR), AIAA2022-2918, Green OA

11th EASN Virtual International Conference on Innovation in Aviation & Space to the Satisfaction of the European Citizens, 1.-3.9.2021

  • “Far-field pressure measurements of elliptic jets discharged close to a wing”, A. R. Proença (SOTON), Gold OA

  • “Prediction of Fan Tone Radiation Scattered By A Cylindrical Fuselage”, D. Rouvas (SOTON), Gold OA

  • “Innovative liner concept using friction powder for increasing of broadband noise absorption. Applications for broadband noise absorption in fan duct, reduction of jet noise reflected by wing pressure side and noise reduction in aircraft cabin.”, Constantin Sandu (COMOTI), Gold OA

27th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2.-6. August 2021

  • “Turbulence Characteristics Related to Finlet Application for Trailing Edge Noise Reduction of a NACA 0012 Airfoil”, Felix Gstrein (U Bristol), AIAA 2021-2112, Green OA

  • “Investigations on the Application of Various Surface Treatments for Trailing Edge Noise Reduction on a Flat Plate”, Felix Gstrein (U Bristol), AIAA 2021-2263, Green OA

  • “Measurement and modelling of aero-acoustic installation effects in tractor and pusher propeller architectures”, Jernej Drofelnik (PPS), AIAA 2021-2301

  • “Optimisation of slanted septum and multi-folded cavity acoustic liners for aero-engines”, Suresh Palani (SOTON), AIAA2021-2172

  • “Theoretical Methods for the Prediction of Near-Field and Far-Field Sound Radiation of Fan Tones Scattered By A Cylindrical Fuselage”, Dionysios-Marios Rouvas (SOTON), AIAA2021-2300

Internoise 2021, Washington D.C.

  • “An integrated toolchain for the design of aeroacoustic metamaterials: the H2020 project AERIALIST”, Umberto Iemma (URoma3), IN-2021-2207

  • “Trailing-edge noise reduction of a wing by a surface modification”, V. Ananthan (TUBS), IN-2021-2326

Journal Publikationen

Open Access

<br/>Open Workshop

Promotionen

Projektbeteiligte

Kontakt

Dr. Karsten Knobloch

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Antriebstechnik
Triebwerksakustik
Bismarckstraße 101, 10623 Berlin