Lokalisierung der Lärmquellen an Flügeln

Motivation

Flugzeuglärm ist ein wichtiges Umweltproblem. Da der Flugverkehr zunimmt, rückt die Lärmbelastung in Flughafennähe in den Blickpunkt der Kommunen. Somit sind Maßnahmen zu treffen, die die Lärmentwicklung während der Start- und Landephasen reduzieren.

Trotz signifikanter Fortschritte hinsichtlich der Lärmreduzierung am Flugzeug selbst, nahm der Lärm in der Flugzeugzelle wie auch die Lärmbelastung der Umwelt durch moderne Hochauftriebshilfen deutlich zu.

Hintergrund


Beim Landeanflug arbeiten die Flugzeugtriebwerke mit reduzierter Leistung, was dazu führt, dass die Umströmungsgeräusche des Flugzeugs gegenüber dem Triebwerkslärm nicht mehr vernachlässigt werden können. Dieses sind beispielsweise Schallquellen durch die Umströmung des Fahrwerks, der Vorflügel und der Landeklappen. Die Klappen haben an ihrer Seite eine intensive Schallquelle.

Die untere Abbildung verdeutlicht dies. Zu sehen ist die Schallquellenverteilung eines Airbus A319-Flügels für ein Terzband mit einer Mittenfrequenz von 1000 Hz. Diese Quellkarte ist aus Messungen des DLR-Instituts für Antriebstechnik am Rhein-Main-Flughafen, die am ILR ausgewertet wurden, entstanden.

Man erkennt, dass der Triebwerkslärm und der Klappenseitenkantenlärm bei dieser Frequenz in ähnlicher Größenordnung liegen. Das Fahrwerk ist hier nicht zu erkennen, da es Schall in einem anderen Frequenzbereich abstrahlt.

Lösungsansatz

Da die physikalischen Ursachen des Seitenkantenlärms noch unklar sind, werden am ILR experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum Klappenseitenkantenlärm an einem generischen Flügel-Klappenmodell durchgeführt. Der Einfluss verschiedener Klappenseitenkantenkonfigurationen auf den abgestrahlten Schall und das Strömungsfeld ist ebenfalls Bestandteil der Untersuchungen.

Die Abbildung zeigt die Quellkarte des Flügel-Klappenmodells für das Terzband von 6320 Hz. Der Flügelspitzen- und der Klappenseitenkantenlärm sind zu erkennen, wobei der Seitenkantenlärm dominiert.


Schallquellenlokalisierung an der Klappenseitenkante mit dem institutseigenen Mikrofonarray


Um die Ursachen der Schallquellen finden zu können, werden akustische Messungen mit Strömungsvisualisierungen und Geschwindigkeitsmessungen kombiniert. Dadurch können Struktur, Ort und Intensität von Wirbeln auf der Flügeloberfläche ermittelt werden.

Dazu wird die Strömung an charakteristischen Ebenen der Klappenseitenkante mit der PIV Technik vermessen. Die Abbildung zeigt den mit 2C-PIV vermessenen Klappenseitenkantenwirbel der Referenzkonfiguration bei etwa 46 % der Klappentiefe. Die Farbskalierung gibt die Absolutgeschwindigkeit an.