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CFD gegen Geräuschbildung von Flugzeugteilen

 

26. Jan 2017 - 12:41 Uhr


Technik

CFD gegen Geräuschbildung von Flugzeugteilen

Mit dem weltweiten Anstieg des Luftverkehrs zeigen sich einige neue Herausforderungen bei der Entwicklung moderner Flugzeuge. Denn das immer weiter erhöhte Flugaufkommen führt zu großen Lärmproblemen, vor allem bei den Anwohnern städtischer Gebiete im Start- und Landebereich. Daher muss das Design künftiger Flugzeuge neben Effizienz und Kostenersparnis verstärkt auf die Geräuschentwicklung hin untersucht werden.

Generell hat die Lärmbelästigung von Flugzeugen zwei Hauptquellen: Triebwerk und Flugwerk. Signifikante Fortschritte bei der Verringerung der Triebwerksgeräusche in den letzten zwei Jahrzehnten haben dazu geführt, dass vom Flugwerk verursachte Geräusche nun die dringendste Herausforderung für Luftfahrt-Designer und -Ingenieure ist. Neben aufwendigen physischen Tests können hier CFD-Berechnungen helfen.

Das Geräusch des Flugwerks wird hauptsächlich durch turbulente Luftströmung um das Fahrwerk und um Vorrichtungen wie Flügelklappen und Lamellen verursacht. Aus Kosten- und Zeitgründen sowie aufgrund der gegrenzten Möglichkeiten durch die Größe der Testobjekte werden Windkanaluntersuchungen in der Entwicklung kaum durchgeführt. Eine Alternative zu aufwendigen physischen Tests bieten CFD-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics), mit denen sich die Luftströmung um das Flugzeug simulieren lässt. Im Rahmen eines Whitepapers, das von Ora Research im Auftrag der Exa Corporation erstellt wurde, untersucht das Unternehmen, welche Möglichkeiten aeroakustische Simulationen bei der Fluggeräuschreduzierung bieten.

Aber auch dieser Ansatz ist nicht ohne Herausforderungen. Eine effektive Simulation erfordert, das gesamte Flugzeug nachzubilden, um auch die Wechselwirkungen zwischen dem Fahrwerk, dem Tragwerk und anderen geräuscherzeugenden Komponenten zu identifizieren. Zudem muss die komplexe Geometrie des Fahrwerks im Simulationsmodell sehr genau abgebildet werden, da auch kleinste Konstruktionsdetails wesentlich zur Fluglärmentstehung beitragen können. Das Geräusch des Triebwerks ist ein weiteres zentrales Problem, aber es ist schwierig, es von dem "Installationsgeräusch" zu isolieren, das durch das Zusammenwirken mit Tragwerkkomponenten erzeugt wird. Zudem führt der Versuch, dieses Geräusch zu reduzieren, häufig dazu, dass andere Performance-Merkmale des Flugzeugs verschlechtert werden.

Um den künftigen immer strengeren Lärmvorschriften gerecht zu werden, ist es nicht mehr möglich, bei der Flugzeugentwicklung auf Erfahrungen mit vorhandenen Baumustern oder empirische Prüfverfahren zurückzugreifen. Um die Probleme zu identifizieren und zukunftsfähige Lösungen zu erarbeiten, erfordert es hohe Genauigkeit bei der Analyse und eine gesamtsystemische Betrachtungsweise, wie sie nur durch den Einsatz von CFD-Simulationen ermöglicht wird.

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