Optimierung von Lautsprecher- und Mikrofonpositionen für Aktive Lärmminderungssysteme in propellergetriebenen Passagierflugzeugen

Abstract

Derzeit werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Emissionen der Luftfahrt 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. Im Rahmen des Projektes CATECO (Cabin Acoustics of hearT of ECO-responsibility) werden verschiedene Aspekte bei der Integration solcher Systeme in die Flugzeugkabine beleuchtet. Dieser Beitrag geht auf die numerische Optimierung der Sensoren und Aktoren des Lärmminderungssystems ein. Hierbei wird ein genetischer Algorithmus zur Mehrzieloptimierung eingesetzt und die Unsicherheiten der Eingangsdaten in der Optimierung berücksichtigt. Die damit optimierten Positionen der Lautsprecher und Mikrofone sind dadurch robuster gegenüber Störungen als jene ohne diese Berücksichtigung dieser Unsicherheiten. Die Methodik wird anschließend auf den Vorentwurf eines Kurzstreckenflugzeug mit bis zu 240 Passagieren angewendet. Der Beitrag schließt ab mit der Diskussion der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Arbeiten.

Significant efforts are currently being made to reduce aviation emissions. The focus here is particularly on fully electric and hybrid-electric aircraft with hydrogen as an energy source. Propellers can play a special role due to their efficiency. However, the disadvantage of using propellers is the high, low-frequency sounds in the cabin noise spectrum. However, conventional passive noise reduction measures quickly reach physical limits when dealing with this noise problem. Active noise reduction measures (Active Noise Control, ANC) are therefore again viewed as an interesting solution approach. As part of the CATECO (Cabin Acoustics of hearT of ECO-responsibility) project, various aspects of the integration of such systems into the aircraft cabin are examined. This article addresses the numerical optimization of the sensors and actuators of the noise reduction system. A genetic algorithm is used for multi-objective optimization and the uncertainties of the input data are taken into account in the optimization. The positions of the loudspeakers and microphones optimized in this way are more robust against interference than those without taking these uncertainties into account. The methodology is then applied to the preliminary design of a short-haul aircraft with up to 240 passengers. The article concludes with a discussion of the results and an outlook on future work.