Fahrwerk, Landeklappen und Triebwerke: Das sind die drei wichtigsten Lärmquellen bei Flugzeugen. Bei modernen Jets wie dem Airbus A380 wurden all diese Komponenten bereits weitgehend auf Flüstermodus getrimmt. Doch beim Triebwerk, sagt EADS-Ingenieur Dr. Johann Reichenberger, da sei noch Luft nach oben.
"Am Triebwerk kann man da noch einiges machen. Der Fan ist einfach zu hören, das ist einfach dieses Pfeifen. Und das ist unsere Aufgabe."
Der Fan ist das rotierende Gebläse, das man sieht, wenn man von vorn in ein Triebwerk schaut. Um Turbinen spritsparender zu machen, ist sein Durchmesser in den vergangenen Jahrzehnten stetig gewachsen. Beim Airbus 380 beträgt er fast drei Meter. Selbst bei gedrosseltem Tempo im Landeanflug machen die umlaufenden Schaufeln deshalb noch allerhand Lärm. Um das zu ändern, hat der Aeroakustik-Experte von der EADS-Konzernforschung in Ottobrunn einen Schallabsorber entwickelt, der in die Triebwerksummantelung eingebaut wird. Und zwar dort, wo die Schaufelspitzen des Fans vorbeirasen, erklärt Johann Reichenberger:
"Ich ummantele mein Triebwerk mit einem Sieb. Und dahinter habe ich dann noch ein Luftvolumen. Und das zusammen ist dann mein Absorber. Der soll die Schallenergie absorbieren."
Das Sieb besteht aus dünnem Edelstahlblech. Es ist durchlässig genug, um die Schallwellen aus dem Triebwerk in die dahinter gelegene Luftkammer zu lassen, aber dicht genug, um nur sowenig Luft passieren zu lassen, dass die Aerodynamik der Turbine nicht leidet.
"Wenn man's gegen's Licht hält, kann man eigentlich nicht durchschauen. Das sind mehrlagige, teilweise bis zu fünflagige Siebe. Man kann gut durchblasen. Also das ist wie so ein leichter Filter."
Die ringförmige Absorberkammer hinter dem Siebstreifen ist rund 20 Zentimeter tief. Schalldämmende Beschichtungen an ihren Wänden verwandeln den Krach in Wärme. Reichensberger:
"Dieser Absorber als passives Element wurde im Forschungsprüfstand in Ottobrunn getestet. Es funktioniert sehr, sehr gut. Wir haben da wirklich große Lärmreduktion. Für einen Betriebszustand eingestellt, haben wir eine Reduktion vom Gesamtschalldruckpegel zwischen 3 bis 8 dB, über den gesamten hörbaren Bereich bis 16 Kilohertz etwa."
Schon drei Dezibel entsprechen einer Halbierung des Schallpegels. Der Effekt ist also ziemlich beeindruckend.
"Das ist unglaublich. Entsprechend groß ist auch das Interesse von den Ingenieuren von Airbus."
Am besten wirkt der Schallabsorber, wenn ein Heizdraht die Luft darin auf rund 100 Grad Celsius erhitzt. Bei dieser Temperatur ist die akustische Abstimmung so gut, dass der Fanlärm förmlich in den schallschluckenden Wulst gesaugt wird. Bei wechselnden Drehzahlen oder Außentemperaturen wollen die EADS-Forscher die Luftkammerheizung künftig aktiv nachregeln. Auf diese Weise, so die Hoffnung, lässt sich der adaptive Absorber so einstellen, dass er den Fanlärm in ganz verschiedenen Flugphasen stark verringert. Das zusätzliche Gewicht sei vernachlässigbar gering, sagt Johann Reichenberger, und die Abwärme zum Beheizen gebe es im Triebwerk gratis. Und damit nicht genug:
"Das Schöne ist: So wie wir jetzt diesen Absorber ausgelegt haben, ist es so, dass wir nicht nur quasi schon bereits erzeugten Lärm reduzieren. Sondern was wir auch noch feststellen konnten: dass Turbulenzanteile hinter den Rotorblättern reduziert werden. Und das führt dann dazu, dass die Performance von diesem Triebwerk auch noch mal enorm verbessert wird."
Und zwar um fünf bis zehn Prozent, was geringeren Kerosinverbrauch verspricht. Doch in der Luftfahrtbranche braucht man einen langen Atem. Vermutlich werden noch viele Jahre vergehen, bis die schallschluckende Ummantelung in Serie geht. Bei den Heckrotoren von Hubschraubern allerdings, die EADS ebenfalls im Portfolio hat, könnten die Flüsterfans schon rascher zum Einsatz kommen.
"Am Triebwerk kann man da noch einiges machen. Der Fan ist einfach zu hören, das ist einfach dieses Pfeifen. Und das ist unsere Aufgabe."
Der Fan ist das rotierende Gebläse, das man sieht, wenn man von vorn in ein Triebwerk schaut. Um Turbinen spritsparender zu machen, ist sein Durchmesser in den vergangenen Jahrzehnten stetig gewachsen. Beim Airbus 380 beträgt er fast drei Meter. Selbst bei gedrosseltem Tempo im Landeanflug machen die umlaufenden Schaufeln deshalb noch allerhand Lärm. Um das zu ändern, hat der Aeroakustik-Experte von der EADS-Konzernforschung in Ottobrunn einen Schallabsorber entwickelt, der in die Triebwerksummantelung eingebaut wird. Und zwar dort, wo die Schaufelspitzen des Fans vorbeirasen, erklärt Johann Reichenberger:
"Ich ummantele mein Triebwerk mit einem Sieb. Und dahinter habe ich dann noch ein Luftvolumen. Und das zusammen ist dann mein Absorber. Der soll die Schallenergie absorbieren."
Das Sieb besteht aus dünnem Edelstahlblech. Es ist durchlässig genug, um die Schallwellen aus dem Triebwerk in die dahinter gelegene Luftkammer zu lassen, aber dicht genug, um nur sowenig Luft passieren zu lassen, dass die Aerodynamik der Turbine nicht leidet.
"Wenn man's gegen's Licht hält, kann man eigentlich nicht durchschauen. Das sind mehrlagige, teilweise bis zu fünflagige Siebe. Man kann gut durchblasen. Also das ist wie so ein leichter Filter."
Die ringförmige Absorberkammer hinter dem Siebstreifen ist rund 20 Zentimeter tief. Schalldämmende Beschichtungen an ihren Wänden verwandeln den Krach in Wärme. Reichensberger:
"Dieser Absorber als passives Element wurde im Forschungsprüfstand in Ottobrunn getestet. Es funktioniert sehr, sehr gut. Wir haben da wirklich große Lärmreduktion. Für einen Betriebszustand eingestellt, haben wir eine Reduktion vom Gesamtschalldruckpegel zwischen 3 bis 8 dB, über den gesamten hörbaren Bereich bis 16 Kilohertz etwa."
Schon drei Dezibel entsprechen einer Halbierung des Schallpegels. Der Effekt ist also ziemlich beeindruckend.
"Das ist unglaublich. Entsprechend groß ist auch das Interesse von den Ingenieuren von Airbus."
Am besten wirkt der Schallabsorber, wenn ein Heizdraht die Luft darin auf rund 100 Grad Celsius erhitzt. Bei dieser Temperatur ist die akustische Abstimmung so gut, dass der Fanlärm förmlich in den schallschluckenden Wulst gesaugt wird. Bei wechselnden Drehzahlen oder Außentemperaturen wollen die EADS-Forscher die Luftkammerheizung künftig aktiv nachregeln. Auf diese Weise, so die Hoffnung, lässt sich der adaptive Absorber so einstellen, dass er den Fanlärm in ganz verschiedenen Flugphasen stark verringert. Das zusätzliche Gewicht sei vernachlässigbar gering, sagt Johann Reichenberger, und die Abwärme zum Beheizen gebe es im Triebwerk gratis. Und damit nicht genug:
"Das Schöne ist: So wie wir jetzt diesen Absorber ausgelegt haben, ist es so, dass wir nicht nur quasi schon bereits erzeugten Lärm reduzieren. Sondern was wir auch noch feststellen konnten: dass Turbulenzanteile hinter den Rotorblättern reduziert werden. Und das führt dann dazu, dass die Performance von diesem Triebwerk auch noch mal enorm verbessert wird."
Und zwar um fünf bis zehn Prozent, was geringeren Kerosinverbrauch verspricht. Doch in der Luftfahrtbranche braucht man einen langen Atem. Vermutlich werden noch viele Jahre vergehen, bis die schallschluckende Ummantelung in Serie geht. Bei den Heckrotoren von Hubschraubern allerdings, die EADS ebenfalls im Portfolio hat, könnten die Flüsterfans schon rascher zum Einsatz kommen.