INPHASE
Vorhersage von Fluglärm im Inneren des Flugzeugs
Das Projekt INPHASE motiviert sich im Kern aus dem Bedarf, neuartige Flugzeugkonzepte bereits in der Vorentwurfsphase hinsichtlich des Kabinenlärms- und Vibrationskomforts zu berechnen und in einer Virtuellen Umgebung erlebbar zu machen und verschiedene Konzepte auf ihre Validität im Einsatz als Passagierflugzeuge zu bewerten.
Getrieben durch das Ziel einer klimaneutralen Luftfahrt hat sich der Anzahl möglicher Flugzeugentwürfe und Antriebskonzepte im Bereich der Passagierflugzeuge deutlich erhöht. In der Vergangenheit erschien die iterative Verbesserung der klassischen Flugzeugkonfiguration als konventioneller Weg. Heute wird dagegen die Entwicklung
alternativer Antriebskonzepte wie elektrische Antriebe, Wasserstoffverbrennung, Open-Rotor Triebwerke und Multi-Rotorkonfigurationen favorisiert, die wiederum einen maßgeblichen Einfluss auf den Gesamtentwurf des Flugzeugs haben. Eine ökonomische und ökologische Bewertung einer Vielzahl solcher Konfigurationen für die Kurzstrecke
wurde z.B. im DLR Projekt EXACT durchgeführt. Ein Faktor, der bei solchen Bewertungen üblicherweise außen vorgelassen wird, ist der Passagierkomfort.
Insbesondere die Kabinengeräusche und -vibrationen sind dabei aber direkt vom Entwurf des Flugzeugs abhängig und lassen sich im Nachhinein nicht ohne Einbußen bei der Wirtschaftlichkeit korrigieren: Nachträglich realisierte Lärmminderungsmaßnahmen gehen immer mit zusätzlicher Masse einher. Gleichzeitig ist ein gewisses Maß an Komfort notwendig, damit sich ein neuer Flugzeugentwurf bei den Passagieren durchsetzen kann. Deshalb ist auch eine Bewertung des Kabinenlärms in der Vorentwurfsphase zwingend erforderlich.
Die Vorhersage und Bewertung des Kabinenlärms von Flugzeugentwürfen stellen allerdings eine große Herausforderung dar. Die Lösung dieser Aufgabe erfordert ein interdisziplinäres Zusammenspiel. Auf Basis von - für genaue akustische Vorhersagen häufig unzureichenden - Vorentwurfsinformationen müssen in den jeweiligen Fachbereichen Berechnungen durchgeführt und miteinander verknüpft werden. Selbst wenn diese Berechnungen in ausreichender Genauigkeit durchgeführt wurden, stellt sich das Problem der adäquaten Bewertung: Das Ziel im Passagierflugzeugentwurf ist neben einer reinen Lärmpegelbewertung, welche aus Gesundheits- und
Arbeitsplatzsicherheitsgründen notwendig ist, immer auch die Komfortbewertung. Diese psychoakustische Bewertung weicht häufig stark vom direkten Vergleich der physikalischen Lärmpegel ab und ist insbesondere beim Vergleich völlig unterschiedlicher Antriebskonzepte – Fan oder Propeller – zu berücksichtigen.
Das Projekt INPHASE motiviert sich also im Kern aus dem Bedarf, neuartige Flugzeugkonzepte bereits in der Vorentwurfsphase hinsichtlich des Kabinenlärms- und Vibrationskomforts zu berechnen und in einer Virtuellen Umgebung erlebbar zu machen und verschiedene Konzepte auf ihre Validität im Einsatz als Passagierflugzeuge zu bewerten.
Projektziele
Erweiterung des digitalen Fadens „Kabinenlärm“ aus dem DLR-Projekt INTONATE für neuartige Flugzeugentwürfe (elektrische Antriebe, Lärmminderungsmaßnahmen, HBR Triebwerke, Hochdecker)
- Vergleich von zwei Entwürfen zukünftiger Kurzstreckenflugzeuge, jeweils mit und ohne Lärmminderungsmaßnahmen, in einer Probandenstudie
- Bewertung und Vergleich des Kabinengeräuschs durch Probandenversuche und psychoakustische Metriken
- Validierte Modellierung der turbulenten Rumpfgrenzschicht an modernen Cockpit-Konfigurationen
- Messung der Wechseldrücke in der turbulenten Rumpfgrenzschicht bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten (0.6 < Ma > 0.9)
- Methode zur akustisch optimierten Auslegung von UHBR Triebwerken und Triebwerkslinern
- Aufbau eines kostengünstigen MEMS (mikro-elektromechanisches System)-Sensorarrays zur gleichzeitigen Messung von vibroakustischen Signalen an tausenden Messpunkten
- Bestimmung des Einflusses verteilter elektrischer Antriebe auf das Kabinengeräusch
- Methode zur Reduktion der übertragenen Triebwerksschwingungen bei verteilten Antrieben durch Regelung der Phasenlage
- Identifikation von Methoden und Maßnahmen zur Lärmminderung an der Primär- und Sekundärstruktur von Flugzeugrümpfen
Projektzeitraum
01.01.2025 - 31.12.2027
Projektleitung
Institut für Aeroelastik
