Transport- und Verkehrssysteme
Straßen- und Schienenverkehrslärm
Welche Auswirkungen haben die Einführung und Nutzung neuer Mobilitätskonzepte auf die Lärmbelastung der Menschen? Lassen sich Transportkonzepte wie Lieferdrohnen und „Personal Air Vehicles“ (PAV) im urbanen Raum ohne zusätzliche Lärmbelastung integrieren? Wie können lärmreduzierende Strategien aussehen, wenn ein Verkehrssystem sich über Vernetzung selbst steuert? Zur Beantwortung solcher Fragen werden Mobilitäts- und Technologiekonzepte für den Verkehr hinsichtlich ihrer Lärmwirkung untersucht. Dabei werden verschiedene Szenarien mikroskopisch simuliert und hinsichtlich ihres Lärmminderungspotentials analysiert. Resultate der Arbeiten sind dann sowohl räumlich als auch zeitlich hochaufgelöste Lärmkarten gekoppelt an eine mikroskopische Simulation der Verkehrsnachfrage. Diese Ergebnisse liefern die Grundlage für eine akustische Bewertung neuer Mobilitätskonzepte. Unterstützt werden die Arbeiten im Forschungsbereich Straßen- und Schienenverkehrslärm durch die Entwicklung und Anwendung modernster Messtechnik zur Schallquelllokalisierung. Diese Technologie ermöglicht die sehr genaue Zuordnung der Lärmquellen an einem Fahrzeug. Dabei werden individuelle Lösungen im Rahmen der Mikrofon-Array-Technik entwickelt, die sowohl im Windkanal bei maßstäblichen Modellen als auch direkt an der Strecke eingesetzt werden können.
Straßenverkehrslärm
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Ausgehend von der Simulation von Tagesabläufen einzelner Personen in deren Haushaltskontexten werden Trajektorien von Kraftfahrzeugen in einem Bereich von Berlin mit einer mikroskopischen Verkehrssimulation über 24 Stunden bestimmt. Anhand dieser Trajektorien werden die Lärmemissionen der Fahrzeuge berechnet und die Immission an Häuserfassaden oder auf einem Raster mit einem Lärmausbreitungsmodell bestimmt. Die so entstehenden Pegelzeitverläufe erlauben eine detaillierte Auswertung der Lärmbelastung unter Berücksichtigung des zeitlichen Lärmverlaufs.
Schienenverkehrslärmprognose
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Ausgehend von einzelnen Trajektorien von Güterzügen wird die zeitaufgelöste Lärmemission des Zuges berechnet. Mit einem Lärmausbreitungsmodell werden die Lärmimmissionen an Häuserfassaden oder auf einem Raster bestimmt. Die so entstehenden Pegelzeitverläufe erlauben eine detaillierte Auswertung der Lärmwirkung auf einen Menschen unter Berücksichtigung des zeitlichen Lärmverlaufs.
Strömungsakustik
Unter Berücksichtigung der bis heute zur Verfügung stehenden experimentellen Verfahren kann weder durch alleinige Messung der turbulenten Schwankungen im Nahfeld einer Strömung noch durch Mikrofonmessungen in deren Fernfeld der Zusammenhang von Ursache und Wirkung in der Aeroakustik abgeleitet werden. Zwar liefern akustische Messmethoden wie die Nahfeldholografie oder die Mikrofon-Array-Messtechnik Auskünfte über die Position und die Stärke der jeweiligen Schallquellen, der Entstehungsmechanismus aeroakustischer Quellen kann mit diesen Methoden jedoch nicht untersucht werden, da Informationen über die Schwankungsgrößen im Nahfeld fehlen.
Die Entwicklung und Anwendung von Methoden zur Bestimmung des Zusammenhangs von Ursache und Wirkung in der Aeroakustik ist ein Schwerpunkt der Gruppe Transport- und Verkehrssysteme. Dabei wird ein Ansatz verfolgt, der zwei experimentelle Verfahren kombiniert: Die Messung der Strömungsgeschwindigkeit mittels der Particle Image Velocimetry (PIV) in einer Ebene liefert Informationen über die ursächlichen Schwankungsgrößen in der Strömung. Synchron dazu werden die emittierten Schallwellen im akustischen Fernfeld durch Mikrofone erfasst. Durch eine Analyse der Kreuzkorrelation zwischen aus den Messergebnissen abgeleiteten Schwankungsgrößen können dann Strömungsstrukturen identifiziert werden, die Teil des schallerzeugenden Prozesses sind.
Zeitliche und räumliche Entwicklung der Korrelationskoeffizienten zwischen den Druckschwankungen im akustischen Fernfeld und den Geschwindigkeitsschwankungen im Bereich des Vorflügelhohlraums eines Hochauftriebssystems.
Aerodynamik im Schienengüterverkehr
Um die Kapazitäten im Schienengüterverkehr zu erhöhen und den Betrieb wettbewerbsfähig zu gestalten, muss dieser zukünftig schnell, sicher, effizient und lärmreduziert betrieben werden. Bei angestrebten Transportgeschwindigkeiten von bis zu 160 km/h und dem vermehrten Einsatz von Leichtbau bei der Wagenkonstruktion, spielt die Aerodynamik eine entscheidende Rolle. Dies betrifft zum einen das Energieeinsparpotential durch Verringerung der aerodynamischen Anteile am Fahrwiderstand. Zum anderen gilt es, die Seitenwindstabilität zu gewährleisten. In der Gruppe Transport- und Verkehrssysteme werden aerodynamische Untersuchungen mithilfe von numerischen Berechnungen und Windkanalversuchen zur Verbesserung der Seitenwindstabilität und Verringerung des aerodynamischen Widerstands durchgeführt. Eine Besonderheit bei diesen Untersuchungen ist der Einsatz von Anlagen im Windkanal, die eine realistische Abbildung der Unterbodenströmung und instationärer Seitenwindverhältnisse ermöglicht.
In der Gruppe werden darüber hinaus Technologien entwickelt, mit deren Hilfe sich eine gesteigerte Lärmemission durch Messungen am Fahrzeug vorhersagen und durch entsprechende Maßnahmen verhindern lässt.