Flugzeuge verursachen erheblichen Lärm, nach außen sowie nach innen. Wie der Kabinenlärm zustande kommt und den Flugkomfort beeinflusst, wird in dem Projekt INTONATE erforscht. Ziel ist dabei vor allem der Aufbau eines digitalen Fadens zur Berechnung der Kabinenakustik von Flugzeugentwürfen.
Start des Projekts INTONATE - Future Aircraft INTeriOr Noise and VibrATion Evaluation
Übertragungspfade für Körper- und Luftschall im Flugzeug - Digitaler Faden
Zukünftige Flugzeuge sollen möglichst viel Komfort bieten
In der Luftfahrt von morgen sind drei Bereiche immer stärker gefragt: das Nachhaltige Fliegen, ein geringer Außenlärm in Flughafennähe und natürlich der Flugkomfort. Für das Erste ist die Reduktion des Treibstoffverbrauchs der Hauptansatzpunkt. Dies führt zu neuen Triebwerksentwürfen und aerodynamischen Technologien zur Widerstandsreduktion. Zweiteres kann durch geschickte Platzierung der Triebwerke, z.B. auf dem Flugzeug, verbessert werden. Die daraus entstehenden Flugzeugkonfigurationen wirken sich jedoch auch stark, und nicht selten negativ, auf den Kabinenlärm und damit den Komfort aus.
Die Akzeptanz einer neuen Entwicklung muss aber nicht zuletzt beim Kunden vorhanden sein. Für die Entwicklung neuer Flugzeuge ist es daher besonders wichtig, möglichst früh den Kabinenlärm vorhersagen zu können, um nachträgliche Maßnahmen zur Schallreduktion zu vermeiden und den Entwicklungsprozess dadurch nicht zu verzögern oder gar zu gefährden.
Besonders bei neuartigen Konfigurationen ist der digitale Analyseweg wichtig, da es keine Erfahrungswerte ähnlicher Konfigurationen zur Abschätzung des Kabinenlärms gibt. Kabinenakustische Bewertungen sind dem Entwicklungsprozess bisher nachgeschaltet, könnten jedoch ein ausschlaggebender Faktor für die Wahl zwischen ansonsten ökonomisch und ökologisch gleichwertigen Konfigurationen sein.
Das Projekt INTONATE starten
In dem Projekt INTONATE wird zum ersten Mal im DLR an einer durchgängigen Analysefähigkeit des Kabinenlärms geforscht. Die unterschiedlichen Aspekte des Kabinenlärms werden in verschiedenen DLR-Instituten wissenschaftlich bearbeitet. Beteiligt sind dabei das Institut für Aeroelastik, welches das Projekt leitet, das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen und Braunschweig, das Institut für Antriebstechnik, das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, das Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt und das Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin.
Geräusch- und Vibrationsquellen und deren Übertragungswege bis in die Flugzeugkabine zum Empfänger
Aufgrund der Neuheit und Komplexität des Themas wurde dies in vorhergehenden Workshops analysiert und eine gemeinsame „Landkarte“ der beteiligten Institute, ihrer Kompetenzen und Schnittstellen erstellt. Diese zeigt den derzeitigen Entwicklungsstand der verschiedenen Einzeldisziplinen in Simulation sowie Experiment. Dabei wurden schon neben den möglichen Quellen des Kabinenlärms auch die verschiedenen Übertragungswege herauskristallisiert, die es nun in neuen Schnittstellen zwischen den Instituten zu etablieren gilt.
Geräuschquellen sind z.B. die Strömung in der turbulenten Grenzschicht welche auf den Rumpf einwirkt, ebenso die Triebwerke, welche Vibrationen in den Rumpf eintragen und Schall abstrahlen, der durch die Luft wieder bis an den Rumpf herangetragen wird. All diese Quellen wirken auf den Rumpf ein und werden von diesem auf die Kabine und die Kavität im Innern übertragen.
Ziel: durchgängige digitale Analysefähigkeit des Kabinenlärms
Ziel ist der Aufbau eines durchgängig digitalen Fadens zur Analyse und Bewertung des Kabinenlärms wozu neben der Methodenvalidierung in den Einzeldisziplinen besonders die Etablierung von Schnittstellen berücksichtigt werden soll. Langfristiges Ziel soll es sein, neuartige Flugzeugentwürfe durchgängig digital (also vollständig numerisch) hinsichtlich ihrer Kabinengeräusche bewerten zu können.
Zur Berücksichtigung des Komfortempfindens der Fluggäste soll eine virtuelle Umgebung für Probandenversuche entwickelt werden. Es sollen die numerischen Analyseergebnisse der Schall- und Vibrationsuntersuchungen mit Hilfe von Virtual Reality erlebbar gemacht werden um zu beurteilen welche Arten von Lärm wo in der Kabine besonders stark stören. Hierfür werden Anforderungen definiert, Virtual Reality Modelle von Kabinen aufgebaut und die Methodik zur Erlebbarmachung (Auralisierung) der berechneten Geräusche in der Kabine erarbeitet.
Kabinenforschung
Virtuelle Umgebungen für den Entwurf und die Integration neuer Systeme
Die Funktionalität des durchgängigen digitalen Fadens soll abschließend anhand der vergleichenden Analyse zweier unterschiedlicher Flugzeugkonfigurationen demonstriert werden.
Autor:
Rene Winter, DLR-Institut für Aeroelastik, Abteilung Strukturdynamik und Systemidentifikation
