Consideration of aircraft noise annoyance during conceptual aircraft design

• Berücksichtigung der subjektiven Flugzeuglärmbelästigung während des Flugzeugvorentwurfs

Sahai, Abhishek Kumar; Stumpf, Eike (Thesis advisor); Simons, Dick (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den subjektiven ‚Belästigung‘ (annoyance, im Englischen) Aspekt des Flugzeuglärms und wie dieser während des Flugzeugvorentwurfs minimiert werden kann. Die Belästigung entspricht hierbei der akustischen Belästigung, die direkt mit der Qualität des Flugzeugklangs zusammenhängt. Ein neuer Ansatz für die Bewertung von Flugzeuglärm während des Flugzeugvorentwurfs und dessen Optimierung wird verwendet, anstatt der gängigen Praxis einer Bewertung in A-bewerteter Pegel (dBA) oder Effektiver empfundener Schallpegel (Effective Perceived Noise Level, EPNL). Die fortgeschrittene heutige Kenntnis von Psychoakustik wird verwendet um Flugzeugentwürfe für optimale Klangqualität zu optimieren. Um die Auswirkung von Flugzeuglärm während des Flugzeugvorentwurfs zu berücksichtigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine detaillierte parametrische Flugzeuglärm Simulationssoftware "INSTANT" entwickelt. Um den Belästigungsaspekt zu berücksichtigen, wurde INSTANT mit der Fähigkeit zur Bewertung in ‚Sound Quality‘ Metriken von Lautheit, Tonalität und Schärfe erweitert. Diese Metriken erfassen unterschiedliche Eigenschaften des Flugzeuglärms, wie die Gesamtstärke des Schalls oder die Stärke der einzelnen Komponenten, das Verhältnis von Hochfrequenz- zu Tieffrequenzlärm und die wahrgenommene unmaskierte Ausgeprägtheit der tonalen Komponenten. Sensitivitätsstudien wurden für ein repräsentatives Kurzstreckenflugzeug mittels einer Integration von INSTANT in einer Flugzeugentwurfsumgebung MICADO durchgeführt. Als Ergebnis dieser Studien wurde beobachtet, dass ein größerer Flügel die Lautheit des Flugzeuglärms erhöht. Gleichzeitig wird die entsprechende Tonalität auf Grund reduzierter tonaler Ausgeprägtheit und verstärkter Abdeckungseffekte verringert. Es wurde ebenfalls bemerkt, dass ein größeres Triebwerk maßgeblich leiser ist als ein kleineres Triebwerk, allerdings mit einer wesentlich höheren Tonalität. Um die Optimierungsmöglichkeiten zu untersuchen, wurden optimierte Flugzeugentwürfe für die EPNL, Lautheit und Tonalität Metriken erzeugt. Die Ergebnisse zeigten, dass die EPNL- und Lautheit-optimierten Entwürfe den Lautheitsaspekt mittels eines größeren Triebwerks und eines kleineren Flügels erfassten aber den tonalen Anteil des Flugzeuglärms nicht hinreichend erfassten. Der Tonalität-optimierte Entwurf minimierte sehr effektiv die Tonalität des Flugzeuglärms durch eine Wahl eines kleineren Triebwecks und eines größeren Flügels. Eine Umsetzung des simulierten Flugzeuglärms in eine synthetisierte Audioaufnahme zeigte, dass die Reduzierung der tonalen Stärke des Tonalität-optimierten Flugzeugentwurfs hörbar wahrgenommen werden konnte. Die Intensität des fundamentalen Tons des Fans, welche an einem repräsentativen Ort am Boden für ein Standard Anflugverfahren erzeugt wurde, verringerte sich mit mehr als 10 dB in den Spektrogrammen. Die Resultate zeigen, dass es möglich ist den Klang der heutigen Flugzeuge in Richtung weniger Belästigung beziehungsweise höherer Akzeptanz hinsichtlich der Vorkenntnis welcher Parameter in welcher Art und Weise die Flugzeugklangqualität beeinflusst, zu modifizieren.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme (ILR) [415310]