Simulation Flugzeug der Zukunft im Lärmcheck

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Fluglärm stellt für Anwohner von Flughäfen und in Flugschneisen oft ein Ärgernis dar. Jets mit „Blended Wing Body“ würden effizienter fliegen und weniger Lärm verursachen. Empa-Forscher haben nun die Geräuschemissionen im Akustiklabor untersucht.

In Europa waren 2017 laut einem Bericht der Europäischen Umweltagentur rund vier Millionen Menschen zu hohen Fluglärmpegeln ausgesetzt. Flugzeuge mit „Blended Wing Body“, deren Rumpf in die Flügel „fließend“ übergeht – könnten dieses Problem lösen. Sie haben durch das Design weniger Luftwiderstand und Treibstoffverbrauch. Auch die Lärmemissionen zum Boden hin sind, wenn die Triebwerke oben auf dem Rumpf angebracht sind, geringer.

Die Geräuschemissionen solcher Flieger lassen sich zwar mit Simulationstools abschätzen – doch ihre störende und belastende Wirkung auf Menschen lässt sich nur realistisch erfassen, indem man die subjektive Wahrnehmung von Betroffenen berücksichtigt. Akustikfachleute der Empa verfolgen seit Jahren den Ansatz der sogenannten Auralisation für Höreindrücke, analog zur Visualisierung für das Auge – zum Beispiel, um die Auswirkungen von Bahnlärm auf Menschen zu untersuchen.

Im europäischen Projekt „ARTEM“ („Aircraft Noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact“) nutzten Reto Pieren, Axel Heusser und Beat Schäffer von der Abteilung „Akustik / Lärmminderung“ dieses Knowhow mit einem eigens entworfenen „Blended Wing Body“ (BWB) und unterschiedlichen Triebwerkvarianten. Zusätzlich berücksichtigte das Team weitere Technologien zur Lärmminderung wie eine Flügelhinterkante mit optimierten Krüger-Klappen oder moderne Getriebefan-Triebwerke mit einem großen Verhältnis des Luftstroms außerhalb der Brennkammer zum Luftstrom des heißen Abgasstrahls, was den Lärm deutlich reduziert.

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Lärmsimulationen von Überflügen mittels Computerprogrammen

Wie würden solche neuartige Langstreckenflugzeuge für rund 400 Passagiere im Vergleich zu herkömmlichen Flugzeugen abschneiden? Auf der Basis von physikalischen Gesetzen erzeugten die Experten Lärmsimulationen von Überflügen – rein synthetisch mittels Computerprogrammen. Sie überprüften diese Simulationen mit Aufzeichnungen von heutigen Flugzeugen von An- und Abflügen rund um den Flughafen Zürich. Weil die simulierten Geräusche mit den Messdaten gut übereinstimmten, ließen sie sich für den Vergleich mit den Simulationen für das neuartige BWB-Flugzeugkonzept verwenden.

Praxistest: Versuchspersonen hören 36 Lärmszenarien

Um zu erfassen, wie störend die Lärmimmissionen der unterschiedlichen Verkehrsflugzeuge beim Überflug auf Menschen wirken, nahmen 31 Personen im Alter von 18 bis 61 Jahren an aufwändig gestalteten Versuchen im „AuraLab“ der Empa teil. Die räumlichen Simulationen aus den präzise angeordneten Lautsprechern umfassten – nach einem Durchgang zur Gewöhnung – 36 Überflüge: Starts und Landungen der konventionellen und innovativen Flugzeugtypen, jeweils in unterschiedlichen Flugphasen. Diese Lärmszenarien umfassten auch Details wie Klappenstellungen oder die Position des Fahrwerks sowie atmosphärische Bedingungen wie Turbulenzen oder Schallreflexionen am Boden.

Nach dem Experiment füllten die Versuchspersonen Fragebögen aus, in denen sie ihre subjektiven Eindrücke wiedergaben – mit Hilfe einer gängigen und standardisierten 11-Punkte-Skala, die von 0 für „überhaupt nicht gestört oder belästigt“ bis zu 10 für „äußerst gestört oder belästigt“ reichte. Zudem wurden sie befragt, wie vertraut das jeweilige Schallereignis für sie klang.

Ergebnis: Schwächere Lärmbelästigung durch Designflugzeug

Die Resultate: Beim neuartigen BWB-Flugzeug wurde die Belästigung im besten Fall um 4,3 Einheiten schwächer bewertet als beim herkömmlichen Passagierjet. Ein deutlicher Unterschied also, der auch daran lag, dass der virtuelle Flieger in der Simulation mit weiteren Technologien zur Lärmminderung oder besonders emissionsarmen Triebwerken ausgestattet war. Zudem zeigten die Befragungen, dass Starts dieses Flugzeugtyps einen Klangeindruck hinterließen, der den Teilnehmenden weniger vertraut war – ein Hinweis auf ungewöhnliche akustische Merkmale, die wahrscheinlich auch das Belästigungsempfinden positiv beeinflussen dürfte. 

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