Lösungsansätze für die Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in zukünftige Propellerflugzeuge

Abstract

In der Luftfahrtindustrie werden derzeit erhebliche Anstrengungen unternommen die Emissionen zu reduzieren. Hierbei stehen vollelektrische und hybridelektrische Flugzeuge mit Wasserstoff als Energieträger besonders im Fokus. Propeller können dabei aufgrund deren Effizienz eine besondere Rolle einnehmen. Nachteilig beim Einsatz von Propellern sind jedoch die hohen tieffrequenten Töne im Kabinenlärmspektrum. Konventionelle passive Lärmminderungsmaßnahmen erreichen bei diesem Lärmproblem jedoch schnell physikalische Grenzen. Aktive Lärmminderungsmaßnahmen (engl. Active Noise Control, ANC) werden daher wieder als interessanter Lösungsansatz betrachtet. Dieser Beitrag im Rahmen des Projektes CATECO (Cabin Acoustics of hearT of ECO-responsibility) beleuchtet die Herausforderungen bei der Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in zukünftige Propellerflugzeuge. Im Fokus steht dabei die Frage, welche Lösungsansätze für deutlich größere Propellerflugzeuge mit bis zu 150 Passagieren verfolgt werden könnten. Zunächst wird daher das Kabinenlärmspektrum sowie die Blattfolgefrequenzen heutiger und zukünftiger Propeller-Flugzeugkonfigurationen diskutiert. Es zeigt sich, dass zukünftig die Blattfolgefrequenzen beim Einsatz offener Rotoren höher liegen oder durch den Einsatz von Elektromotoren im Triebwerk auch variabler werden könnten. Anschließend wird der grundlegende Systemaufbau aktiver Lärmminderungssysteme für die Reduktion von Propellerlärm in der Flugzeugkabine gezeigt. Hierbei wird insbesondere ein Rückblick auf ein kommerziell verfügbares System gegeben. In der darauf folgenden Diskussion wird auf die zum ANC-System gehörenden Aktuatoren und Sensoren eingegangen sowie die Integration von Hard- und Software in zukünftige Kabinenmanagementsysteme skizziert. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf verteilte ANC-Systeme basierend auf dem Edge Computing Ansatz. Hierbei wird die Systemintelligenz weg von einem zentraler Recheneinheit hin zu intelligenten Lautsprechern verschoben. Dadurch wird einem aktuellen Entwicklungstrend im Bereich der Kabinenmanagementsysteme Rechnung getragen, die Modularität erhöht und das Systemgewicht und die Systemkomplexität reduziert. Im letzten Kapitel wird gezeigt, wie ein intelligentes Lautsprechermodul hardware- und softwareseitig realisiert werden könnte. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf die weitern im Forschungsprojekt CATECO geplanten Arbeiten ab.