Die verschiedenen Möglichkeiten zur Reduzierung des Motorgeräuschs von Turbofans

May 29, 2024

Hersteller passen verschiedene Abschnitte eines Turbofan-Triebwerks sorgfältig an, um den Lärmvorschriften zu entsprechen.

Flughafenvorschriften und Flugzeugzertifizierungsanforderungen begrenzen bestimmte Lärmpegel während des Betriebs. Der größte Teil des Lärms eines Flugzeugs entsteht durch die riesigen Triebwerke, die die für den Flug erforderliche Leistung liefern. Moderne kommerzielle Turbofan-Triebwerke sind groß und erzeugen aufgrund der eingestellten Schubstufen viel Lärm.

Der Lüfter, die Turbinen und das Abgassystem sind kritische Motorgeräuschquellen. Der Lärm des Abgasstrahls variiert um einen größeren Faktor als bei anderen Motorteilen. Der Geräuschpegel des Abgasstrahls hängt von der Motorgeschwindigkeit ab und nimmt mit der relativen Luftströmungsgeschwindigkeit zu.

Der größte Lärm entsteht durch die turbulente Vermischung der Abgase mit der Atmosphäre. Das Abgasgeräusch ist mit der Scherwirkung gekoppelt, die durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Strahl und Atmosphäre verursacht wird. Wenn die Abgasgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit überschreitet, erhöhen Stoßwellen den Geräuschpegel am Auspuff zusätzlich. Laut General Electric (GE)

„Der große Lüfter an der Vorderseite moderner Motoren neigt dazu, die beiden Geräusche zu erzeugen, die Menschen am meisten irritieren: die tieferen Töne wie Kreissägengeräusche und das hohe Heulen. Außerdem der Kompressor und die Turbine sowie der Prozess der Kraftstoffverbrennung.“ tragen zum Klang bei. Der Auspuff macht den meisten Lärm von allen, besonders bei voller Leistung, da komprimierte, schnelle Gase durch die Umgebungsluft scheren.

Es gibt verschiedene Methoden, um den hochfrequenten Lärm in der Nähe des Auspuffs zu unterdrücken. Die Änderung des Abgasstrahlmusters durch ein geräuscheffizientes Düsendesign reduziert den Lärm. Die Suppressordüse verfügt über tiefe Rillen, die eine höhere Mischrate ermöglichen, um die Abgasgeschwindigkeit relativ zur Atmosphäre anzupassen.

Der CFM56-5C2 von CFM International verfügt über eine Langkanal-Mischströmungsgondel, die eine akustische Signatur erzeugt, die weit unter den Lärmpegelanforderungen der Federal Aviation Administration (FAA) liegt. Tiefe Riffelungen oder Lappen in der Düse sorgen für eine größere Kontaktfläche zwischen dem Abgasstrahl und der Atmosphäre.

Wellen reduzieren die Abgasgeschwindigkeit relativ zur Atmosphäre, um ein minimales Delta (Differenz) zu erreichen. Es ist erwähnenswert, dass Einbußen bei der Düsenleistung die Tiefe oder Anzahl der Rillen begrenzen, die der OEM installieren darf. Daher müssen Konstrukteure den Kompromiss zwischen der gewünschten Motorleistung und akzeptablen Geräuschpegeln berücksichtigen.

Durch das gezahnte Design der Triebwerksgondel werden auch Abgasstrahlgeräusche unterdrückt. Diese sogenannten Chevrons sind zwar nicht häufig anzutreffen, finden sich aber auf der Boeing 737-MAX, 747-8 und dem 787 Dreamliner. Sie sollen den Abluftstrom der Motoren glätten und formen. Sie tragen dazu bei, die heiße und kalte Luft des Motors zu vermischen und reduzieren so die durch die Abgase verursachten Turbulenzen und Geräusche.

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In den Lüfter- und Verdichterabschnitten entsteht ein erheblicher Lärmpegel durch die Wechselwirkung zwischen Druckfeldern und Turbulenzen rotierender Schaufeln und stationärer Leitschaufeln. Die Stärke der Wechselwirkungen zwischen rotierenden und stationären Komponenten verursacht erhebliche Scherkräfte, insbesondere bei niedrigen Schubeinstellungen. OEMs verwenden Akustikplatten und Auskleidungen, um den in den Kompressorabschnitten erzeugten Lärm zu minimieren.

Die akustische Auskleidung, bestehend aus poröser Wabenhaut, trennt die Frontplatte und den Motorkanal. Eine absorbierende Auskleidung wandelt akustische Energie in Wärme um und sorgt für eine wirksame Geräuschunterdrückung. Es ist erwähnenswert, dass Akustikauskleidungen das Gewicht des Motors und den Oberflächenwiderstand leicht erhöhen. OEMs verfeinern auch die Form, den Abstand und die Anzahl der Schaufeln, die in den einzelnen Verdichter- und Turbinenstufen des Triebwerks verwendet werden, was sich weiter auf den Geräuschpegel auswirkt.

Was halten Sie davon, wie Hersteller den Lärm von Turbofan-Triebwerken reduzieren? Teilen Sie es uns im Kommentarbereich mit.

Autor – Omar ist ein Luftfahrt-Enthusiast und hat einen Doktortitel. in Luft- und Raumfahrttechnik. Omar verfügt über zahlreiche Jahre Erfahrung in Technik und Forschung und möchte sich auf forschungsbasierte Luftfahrtpraktiken konzentrieren. Neben der Arbeit liebt Omar das Reisen, den Besuch von Luftfahrtstandorten und das Beobachten von Flugzeugen. Sitz in Vancouver, Kanada