Lärmminderung durch Innovationen im Flugzeugbau

Ähnliche Dokumente
Stand und Perspektive der Lärmemissionen bei Flugtriebwerken

Da die Lärmzertifizierung mit festgelegten Flugverfahren durchgeführt wird, können die Einflüsse von lärmarmen Start- und Landeverfahren mit den

Verkehrslärm und Minderungspotenziale - Luftverkehr

Prof. Dr.-Ing. Heinrich Weyer Potenziale der Lärmminderung im Flugverkehr

Arbeitspaket Triebwerkslärm

Dr. Karlheinz Haag. Leiser Fliegen. Dr. Karlheinz Haag. Deutsche Lufthansa AG

Fluglärmminderung an der Quelle - Fortschrittsbericht aus dem Forschungsverbund Leiser Verkehr

Umrüstung B 737-Flotte der Lufthansa

Antischall macht Flugzeugtriebwerke leiser :: Technik :: Technik

Ist Innovation Zufall? 17. März 2015 Dr. Ute Gerhards Jochen Krampe DLR Technologiemarketing

Ganzheitliches Flughafenmanagement Stand der Forschung in Deutschland

Minderung des Triebwerkslärms Projekt Leiser Flugverkehr II - Highlights der Ergebnisse des Hauptarbeitspakets 2A -

> FiF HZE > Köster Einleitung > Next Generation Car Schwerpunkt: Intelligente Fahrzeuge im städtischen Verkehr Prof. Dr.

Frachtflugzeug der Zukunft

Entkopplung von Wachstum und Belästigung Frankfurter Lärmindex und Lärmobergrenze

1. Augsburger Produktionstechnik - Kolloquium

Vom Turbofan zum Open Rotor

Entwicklung und Einsatz von CO 2 -ärmeren Antrieben im Luftverkehr

UAV und das neue Bodenpersonal

Ich sehe was, was Du nicht siehst Transparenz und Kryptologie: die zwei Schlüssel zum modernen Informationsschutz

Lärmreduktion von Verkehrsflugzeugen

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Was tut die Luftverkehrswirtschaft, um den Fluglärm wirksam zu reduzieren? Berlin, 16. Juni 2012

Forschung für die Bahn der Zukunft DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik

Innovative Flugantriebe Welche Maßnahmen führten bislang zur Reduzierung des Kerosinverbrauchs und wo liegen noch Potenziale zur Effizienzsteigerung?

Aktive Schallschutzmaßnahmen. Leiser fliegen

- Rotor-Stator - Rotor allein - Kreissägengeräusch

Faserverbundstoffe in der Luftfahrt

Lärmobergrenze J.-D. Wörner

DLR-Triebwerksakustiker erforschen Brennkammergeräusche

Aktive Lärmkontrolle. Lärm mit Lärm bekämpfen. Krach machen.

Inspiration zur Innovation Strategische Innovationspartnerschaft mit dem DLR

Ökologische Verantwortung einer Airline Für die Umwelt von morgen. Daniel Sollberger Leiter Lufttüchtigkeit Swiss International Air Lines

Wasserstofferzeugung an Tankstellen aus (Bio-)Diesel

Bewertung des Standes der Technik in der Lärmreduktionstechnologie für Verkehrsflugzeuge

Effiziente Qualitätssicherung der neuen europäischen Leit- und Sicherungstechnik -

Handout für Tisch: Leise und effiziente Antriebe Informationstag zum Luftfahrtforschungsprogramm des Bundes

93.Delegiertenversammlung sbfz Rümlang, 25. November 2015

überschreiten. Arbeiten beim DLR.

Zukunftskonzepte Welche neuen Flugzeugkonzepte könnten in Zukunft die Klimabilanz des Luftverkehrs verbessern?

Optimierung der Einlaufströmung an einem Axialventilatorprüfstand - Einfluss auf die Akustik

Klappenlärm im Fahrwerksnachlauf

Quo Vadis Flugtriebwerk

Arbeitskreis Fluglärm / Leises Verkehrsflugzeug Frankfurt/M

Lärmauswirkungen bei unterschiedlichen Abflugverfahren. Ullrich Isermann DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Göttingen

Umströmungslärm bei Fahrzeugen. Umströmungslärm bei Fahrzeugen. W. Dobrzynski * und M. Helfer **

Lärmemissionen verschiedener Flugzeuge

Wirbelschleppen: Vorhersage und Ausweichmanöver für Piloten :: Technik :

Veröffentlichung der mit Wirkung ab dem geänderten Neuregelung der Nachtflugbeschränkungen auf dem Verkehrsflughafen Düsseldorf

Ingenieur in der Forschung

CFAC Forum 2014: Safety, Security and Risk Management in Aviation Innovation in Aviation Built-in Safety

Sicherheitsforschung im Spannungsfeld globaler Herausforderungen

Emission an erster Stelle

Bundesamt für Zivilluftfahrt BAZL Neue Flugverfahren: Möglichkeiten und Grenzen

PRESSEINFORMATION Schweinfurt,

Aktion Flüsterschlepp: Lärm

Energiewende - Zwischen Konzept und Umsetzung. am 3./4. Juni 2013 Wissenschaftszentrum Bonn

Unternehmensstandort bezogene Verkehrsanalyse und Maßnahmenmodellierung für das Betriebsgelände des DLR in Köln-Porz

Technologische Zusammenarbeit

Abbildung einer Zweistromdüse auf ein kaltdurchströmtes. als Grundlage zur Erforschung des Strahlklappeneffekts

Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt: Ein Bericht aus der Vergabepraxis. Dipl.-Kfm. Peter Schiefen. Mülheim;

Die MTU Aero Engines. ihrer Klasse.

Wie fliegt das Flugzeug? Auftrieb. Flugzeuge sind, wie alle fliegenden Objekte, vier Kräften ausgesetzt: Schubkraft (Vortrieb) Luftwiderstand

(Bio-) Kraftstoffe und die besonderen Anforderungen der Luftfahrt

Abschätzung der Fluglärmbelastungen durch BBI-Flugrouten

Ergebnisse der gekrümmten RNP-to XLS Demonstrationsflüge am Flughafen Frankfurt, SESAR AAL

Im Steigflug. Die Luftfahrtindustrie als Wachstumsmotor für Norddeutschland

Das Unternehmen. München, 2017

Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation: ZKI-DE Produkte und Anwendungen beim Deutschland-Hochwasser 2013

Klimawirkungen des Luftverkehrs

Simulation eines getrimmten schnellen Vorwärtsflugs des Hubschraubers NH-90 mit elastischen Hauptrotorblättern

Sind Ertragssteigerungen unter Ausnutzung der Richtcharakteristik von WEA möglich?

Master Chemical. für Luft- und Raumfahrt

Luftfahrtkonzepte der Zukunft

Management der Luftfahrt - Problembereiche und Lösungsansätze

BAND 10 SEHEN HÖREN MITMACHEN

Fluglärm S E M I N A R A R B E I T

Zukünftige Technologien der Flugzeuge Michel Guillaume Leiter Zentrum für Aviatik

GENEHMIGUNG ALS INSTANDHALTUNGSBETRIEB GENEHMIGUNGSVERZEICHNIS

Flug im Abgasstrahl: Falcon misst Emissionen und Wirbelschleppen :: Techn

Das Flugzeug. 05 Fliegen PowerPoint-Präsentation. Das Flugzeug

TOP 4 Sachstand Lärmobergrenze

Nationaler Ideenwettbewerb für Schülerinnen und Schüler

Zusatzbelastungen der Bevölkerung durch den Fehlbetrieb des Verkehrsflughafens Helmut Schmidt

FLUGLÄRMBERICHT JULI 2016

Kurven berechnen für leisere Anflüge

Electric Propulsion-Testanlage in Göttingen. Messungen am RIT

F l u g l ä r m in der Verbandsgemeinde Asbach 2018

Leise und sauber: Low Noise Engines

Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass mit neuen Technologien der CO 2 -Ausstoss bei Flugzeugen reduziert werden kann.

Windenergie und Infraschall CLEMENS MEHNERT KOMPETENZZENTRUM WINDENERGIE

Luftfahrtforschungsprogramm. des Bundes. Ein Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie

Konkurrenten auf dem Neufahrzeugmarkt

Das Bauhaus Luftfahrt

Physikalische Modellierung der Richtcharakteristik der Schallabstrahlung von Nebenstromtriebwerken 1

Airbus A Lufthansa in 1/144

Wärmepumpenseminar Rico Schimmel

Diagnose auch bei modernen Windenergieanlagen: Tonhaltigkeit

Instrumente zum Schutz vor Fluglärm

Transkript:

Lärmminderung durch Innovationen im Flugzeugbau Ulf Michel Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Antriebstechnik, Abteilung Triebwerksakustik, Berlin

Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Raumfahrt-Agentur der Bundesrepublik Deutschland Folie 2

DLR: Standorte und Mitarbeiter 6500 Mitarbeiter arbeiten in 29 Forschungsinstituten und Einrichtungen in 13 Standorten. Büros in Brüssel, Paris und Washington. Hamburg Bremen- Neustrelitz Trauen Berlin- Braunschweig Göttingen Standorte des Instituts für Antriebstechnik und seiner Außenstellen Köln Bonn Lampoldshausen Weitere Standorte mit Forschungsarbeiten zum Fluglärm Stuttgart Oberpfaffenhofen Weilheim Folie 3

DLR Standorte mit Fluglärmforschung Berlin, Köln Braunschweig Göttingen Oberpfaffenhofen Triebwerkslärm Umströmungslärm, Flugverfahren Umströmungslärm, Kabinenlärm, Lärmimmission Schallausbreitung in der Atmosphäre Folie 4

Beurteilung der Erfolge bei der Lärmminderung von Flugzeugen an Hand der Zertifizierungspegel Folie 5

Lärmzulassung nach ICAO, Annex 16 Start-Seitenlinie 450 m neben Startbahn Triebwerk Start-Überflug 6,5 km hinter Rollbeginn Triebwerk und Steigfähigkeit Landeanflug 2 km vor Landeschwelle Triebwerk und Umströmung Folie 6

Erfolge bei der Lärmminderung dargestellt mit normiertem Seitenlinienpegel 23 db Folie 7

ICAO Messpunkt Seitenlinie normiert auf konstanten Schub 23 db Lärmminderung in 50 Jahren. Minderung der normierten Schalleistung um den Faktor 200 auf nur noch 0.5% der Schallleistung einer Boeing 707-100. Keine wesentliche Minderung des Seitenlinien-Schallpegels seit 1985. Grund: ICAO Lärmgrenzen werden eingehalten, leisere Flugzeuge wären im Betrieb teurer. Dennoch gibt es Fortschritte. Im Vergleich zwischen A340-500 mit A380-800 ist letzterer 4 db leiser. 2 db davon sind das Verdienst einer Fluggesellschaft, die das zur Vermeidung von Nachtflugbeschränkungen in London gefordert hat. Triebwerke der A380 strahlen praktisch keine Töne mehr ab. Dies wird hoffentlich auch bei weiteren neuen Flugzeugen mit Turbofan- Antrieb so sein: Boeing 787, Boeing 747-8, Bombardier C-Series, Airbus A350 Folie 8

Überblick über Schallquellen im Triebwerk Folie 9

Schallquellen in Triebwerken Fan Töne bei verschiedenen Frequenzen Breitbandlärm Buzz saw -Lärm Turbine Hochfrequente Töne Hochfrequenter Breitbandlärm Strahl Tieffrequenter Breitbandlärm Verdichter Hochfrequente Töne Breitbandlärm Brennkammer Tieffrequenter Breitbandlärm Folie 10

Weitere wichtig gewordene Schallquellen: Abblaseventile (Bleed valves) Bleed Valves sind für den Betrieb bei Teillast (Landung) erforderlich Quelle: Michel Druck im Kerntriebwerk wir bei modernen Turbofans immer größer Ein Teil des Massenstroms muss bei Teillast abgelassen werden. Überdruck wird in Hunderten von kleinen Freistrahlen abgebaut Geräuschentwicklung groß Folie 11

Umströmungslärmquellen am Flugzeug Hochauftriebshilfen Vorflügel Klappen Fahrwerke Hohlräume jeder Art können Töne erzeugen (wie bei überblasener Flasche) Quelle: DLR Geräuschloser Lufteinlass Sehr lauter Ton Druckentlastung Tank Quelle: Michel Strömungsrichtung Öffnungen an der Gondel erzeugen Ton Folie 12

Welche Neuerungen im Triebwerkbau haben die erreichte Lärmminderung bewirkt? Folie 13

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms Die wichtigsten Neuerungen werden im Folgenden diskutiert. Viele weitere Maßnahmen müssen unerwähnt bleiben. 1. Einführung des Nebenstromtriebwerks in die Zivilluftfahrt (seit 1960) und schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10 (2010, Rolls Royce Trent 1000, Boeing 787). Folie 14

Innovationen am Triebwerk Erhöhung der Nebenstromverhältnisse Technisch genauer: Erniedrigung des Fandruckverhältnisses. Kleinere Strahlgeschwindigkeiten (s. unten links) Höhere Massenströme (größerer Fandurchmesser, unten rechts) Erforderliche Vergrößerung des Triebwerks, teuer! Senkung der Strahlgeschwindigkeit von 306 m/s auf 272 m/s reduziert Strahllärm um ca. 4 db. Methode: Michalke & Michel Folie 15

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans hinter den Rotor Folie 16

Erste Nebenstromtriebwerke mit Eintrittsleitrad Rolls-Royce Conway (Boeing 707, Douglas DC8, Vickers VC10) Eintrittsleitrad verursacht sehr laute Töne Nebenstromverhältnis 0.3 Erstes in der Luftfahrt eingesetztes Nebenstromtriebwerk Quelle: Wikimedia Commons Weitere Triebwerke dieser Bauart: JT3D, (Boeing 707, Douglas DC8, Lockheed Starlifter C-141B, noch bis 2005 in Frankfurt zu hören) Spey, sehr weit verbreitet an BAC 1-11 JT8D, Boeing 727, 737-100/200 Folie 17

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans hinter den Rotor. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 Folie 18

Zwangsmischer Zwangsmischer erhöht Schub und reduziert Lärm Frühes Beispiel: JT8D (B727, B737-100/200) JT8D http://www.b737.org.uk/powerplant.htm Heutige Beispiele: BR710, BR725 (versch. Business Jets) BR715 (Boeing 717) CFM56-5C (A340-200/300) PW6000 (A318) PW6000 Quelle: www.epower-propulsion.com Folie 19

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans hinter den Rotor. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 4. Erhöhung der Zahl der Statorschaufeln (Cut-off design) Folie 20

Cut-off Entwurf Anwendung einer Theorie von Tyler und Sofrin (1962) Betrifft Rotor-Stator Wechselwirkungstöne Durch sorgfältige Auswahl der Zahl der Statorschaufeln kann erreicht werden, dass der Ton bei der Blattfolgefrequenz nicht ausbreitungsfähig ist und im Triebwerk gefangen bleibt. Cut-off Entwurf Folie 21

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans hinter den Rotor. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 4. Erhöhung der Zahl der Statorschaufeln 5. Vergrößerung des Abstandes zwischen Rotor und Stator Folie 22

Neueste Triebwerke mit sehr großem Abstand zwischen Rotor und Stator GP7200 (Triebwerk des A380) Quelle: www.epower-propulsion.com Folie 23

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans von vorn nach hinten. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 4. Erhöhung der Zahl der Statorschaufeln 5. Vergrößerung des Abstandes zwischen Rotor und Stator 6. Reduktion der Blattspitzen-Machzahl des Fans und Pfeilung der Schaufelspitzen Folie 24

Reduktion der Umfangsgeschwindigkeit Reduktion der Blattspitzen-Machzahl M des Fans Früher M=1,45 Airbus A340-500/600 (Trent 500) Jetzt M=1,28 Airbus A380 (Trent 900, GP7200) Zukünftig M=1,15 Boeing 787 (Trent 1000) Kreissägentöne bei A380 offenbar verschwunden Je kleiner M, umso größer muss Drall zwischen Rotor und Stator sein. Drall reduziert Rotor-Stator-Wechselwirkungstöne Folie 25

Pfeilung der Blattspitzen Quelle: www.epower-propulsion.com CFM56 ohne Pfeilung Quelle: Wikimedia Commons Trent 900 mit Pfeilung Pfeilung reduziert Stärke der Verdichtungstöße vor dem Rotor Folie 26

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans von vorn nach hinten. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 4. Erhöhung der Zahl der Statorschaufeln 5. Vergrößerung des Abstandes zwischen Rotor und Stator 6. Reduktion der Blattspitzen-Machzahl des Fans und Pfeilung der Schaufelspitzen 7. Chevrons (gezahnte Düsen) Folie 27

Reduktion des Freistrahllärms Freistrahl ist Schallquelle außerhalb des Triebwerks, daher nur begrenzt reduzierbar. Gezahnte Düsen (Chevrons) einzig wirksame Methode mit nur geringem Schubverlust Lärmminderung aber nur begrenzt. Quelle: Wikimedia Commons Nachrüstung bei existierenden Triebwerken möglich. Chevrons an der Boeing 787 vor allem zur Senkung des Kabinenlärms im Reiseflug Folie 28

Technische Neuerungen zur Senkung des Triebwerkslärms 1. Schrittweise Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf Werte bis über 10. 2. Verlegung des Leitrads des Fans von vorn nach hinten. 3. Zwangsmischer für Nebenstromverhältnisse bis 7 4. Erhöhung der Zahl der Statorschaufeln 5. Vergrößerung des Abstandes zwischen Rotor und Stator 6. Reduktion der Blattspitzen-Machzahl des Fans und Pfeilung der Schaufelspitzen 7. Chevrons (gezahnte Düsen) 8. Verbesserung der schalldämpfenden Auskleidung Folie 29

Passive schalldämpfende Auskleidung (Liner) Quelle: DLR Quelle DLR/TU Berlin Steg Schalldämpfende Auskleidung sehr wichtig. Reduziert Schallemission triebwerksinterner Schallquellen um bis zu 20 db. Fortschritte: Ursprünglich übliche Abdeckung mit Lochblech ergänzt durch Drahtgeflecht: schalldämpfende Wirkung weniger abhängig von Strömungsgeschwindigkeit. Zwei Lagen Honigwaben in einzelnen Bereichen: Bessere Wirkung über breiteren Frequenzbereich. Vermeidung von Fügestegen (Montagestege, Segmentierung) Schalldämpfer im Triebwerkseinlauf in einem Stück gefertigt. Verzicht auf Schalldämpfer unmittelbar am Rotor, wenn sie Stege haben. Folie 30

Neuerungen zur Reduktion des Umströmungslärms Folie 31

Technische Neuerungen zur Senkung des Umströmungslärms 1. Konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung von Hohlraumtönen 2. Reduktion des Vorflügellärms Folie 32

Beseitigung von Hohlraumtönen Hohlraumtöne sind die lautesten Schallquellen bei der Landung einiger Flugzeuge. Hohlraumtöne werden heute vor der Zulassung erkannt und beseitigt. Messtechnik: Mikrofonarray DLR: Bis zu 240 Mikrofone auf dem Boden messen Überfluggeräusche, Auswertung liefert Position aller Schallquellen. Quelle: DLR Folie 33

Geräusch der Vorflügel Niedrigeres Geräusch der Vorflügel: Einführung gesenkter Flügelnasen an Stelle eines Teils der Vorflügel (hat auch bessere Steigfähigkeit nach dem Abheben zur Folge) Weitere bekannte Lärmminderungsmaßnahmen an Umströmungslärmquellen noch nicht im Einsatz, beispielsweise Verringerung der Spaltbreite reduziert Vorflügellärm Verkleidung des Fahrwerks reduziert Fahrwerklärm Folie 34

Was ist in nächster Zeit zu erwarten? Folie 35

Maßnahmen in naher Zukunft Weitere Erhöhung der Nebenstromverhältnisse Langsamer Fan (Boeing 787 und Bombardier C-Series) Verstellbare Düse (C-Series), Düsenaustrittsquerschnitt bei Start und Landung vergrößert. Minderung des Triebwerkslärms Verbesserung der Steigfähigkeit nach dem Start. Verbesserung der Schalldämpfer Optimierung der Dämpfungseigenschaften Vergrößerung der Oberflächen Gleichförmigkeit der Oberflächen Schalldämpfer im Heißgasstrom Folie 36

Neue Konzepte Langfristig Folie 37

EU Ziele zur Reduktion von Emissionen bis 2020: Advisory Council for Aeronautics Research (ACARE) -10 db für jeden der drei Zertifizierungspunkte Sehr anspruchsvolles Ziel Bereitstellung der Technologie im Rahmen europäischer Forschungsprojekte Neue Triebwerkskonzepte erforderlich Weiterentwicklung Getriebefan Gegenläufiger Fan Pratt Whitney PW 1000G Folie 38

Neue Flugzeugkonzepte Quelle: Airbus Lärmminderung durch Abschattung der Schallabstrahlung von den Triebwerkseinläufen Strahllärm lässt sich dadurch nicht vermindern Quelle: ISVR Quelle: Silent Aircraft Initiative, Cambridge-MIT Institute Folie 39

Neue Triebwerkskonzepte Offene gegenläufige Rotoren Quelle: Airbus Eine erhebliche Senkung des Treibstoffverbrauchs ist nur durch Einführung offener Rotoren möglich. Hohe Flugmachzahlen erfordern gegenläufige Propeller. Lärmminderung hier sehr viel schwieriger als beim Turbofan. Großer Forschungsbedarf. Quelle: ISVR Quelle: Snecma gallery Folie 40

Fazit Die Triebwerke sind bereits sehr leise geworden. Töne in den Umströmungsgeräuschen können stets beseitigt werden. Die heutigen Lärmgrenzen sind mit bekannter Technologie einzuhalten. Ein großer Teil der Lärmminderung an der Quelle in den vergangenen Jahren wurde wettgemacht durch die Zunahme des Flugverkehrs. Technische Lösungsansätze und Ideen sind vorhanden, um auch in Zukunft weitere Minderungspotentiale bereitzustellen. Leisere Flugzeuge unter den gegebenen Randbedingungen erfordern technische Lösungen, die die Betriebskosten nicht erhöhen. Politische Unterstützung in Form von kontinuierlicher und nachhaltiger Forschungsförderung ist weiterhin sehr notwendig Neue Triebwerkskonzepte mit großem Treibstoffeinsparpotential werden in Zukunft zu neuen großen Herausforderung für die Lärmforschung führen Folie 41