Forscher stellen fest, dass Propeller über dem Boden lauter sind

Die Auswirkungen des Bodens auf den Propellerlärm wurden zum ersten Mal von Forschern des Aeroacoustics-Forschungsteams der Universität Bristol experimentell gemessen.

In Ergebnissen, veröffentlicht in der Zeitschrift für Schall und VibrationDas Team stellte deutliche Unterschiede in den Geräuscheigenschaften von Propellern über Grund fest, die als „Bodeneffekt“ bekannt sind, im Vergleich zu normalem Betrieb. Bei Messungen in Winkeln über dem Boden stellten sie einen Gesamtlärmanstieg fest, wobei hydrodynamische und akustische Wechselwirkungseffekte ein Schlüsselfaktor für die Gesamtlärmentwicklung waren.

Es besteht die Hoffnung, dass diese im National Aeroacoustic Wind Tunnel getestete Forschung Strategien zur Reduzierung des Lärms von Flugzeugen beim Start oder bei der Landung liefern kann, indem entweder das Design der Landeplätze oder das Design der vorgeschlagenen Flugzeugarchitekturen geändert wird.

Hauptautor Liam Hanson erklärte: „Angesichts der Notwendigkeit einer umweltfreundlicheren Luftfahrt gibt es in der Luftfahrtindustrie einen Vorstoß zur Entwicklung elektrifizierter Flugzeuge.“

„Es gibt viele potenzielle Vorteile von Elektroflugzeugen, die von einer Vielzahl von Unternehmen weltweit, darunter allen großen Flugzeugherstellern, erkannt wurden.“

Wenn jedoch städtische Flugdienste wie On-Demand-Flugtaxis innerhalb der Stadtgrenzen Realität werden sollen, müssen Ingenieure das Problem der durch Propeller verursachten Lärmbelästigung angehen.

Eine wichtige Untergruppe von Elektroflugzeugen, die in letzter Zeit entwickelt werden, dient der Advanced Air Mobility (AAM). Diese Flugzeuge können grob in drei verschiedene Kategorien eingeteilt werden.

Das erste sind Flugzeuge mit elektrischem vertikalen Start und Landung (eVTOL), die sich auf Urban Air Mobility (UAM)-Anwendungen wie Lufttaxis, Patiententransfers, Dach-zu-Dach-Fahrten innerhalb von Städten und Flughafentransfers konzentrieren.

Die zweite Kategorie sind Electric Conventional Take-Off and Landing (eCTOL)-Flugzeuge, die für Regional Air Mobility (RAM) entwickelt werden. RAM konzentriert sich auf Frachtlieferungen, Kurzstreckenflüge und Passagiertransfers aus ländlichen Regionen.

Die am häufigsten erkennbaren Elektroflugzeuge, kleine unbemannte Flugzeugsysteme (sUAS) oder Drohnen, können als dritte Kategorie betrachtet werden, die sich auf Videografie, die Zustellung kleiner Pakete und den Transport medizinischer Versorgung konzentriert.

Jede dieser Kategorien von Elektroflugzeugen verwendet häufig Propeller oder Rotoren, um den Schub für Start und Landung zu erzeugen. Entscheidend ist, dass eVTOL-Flugzeuge in städtischen Gebieten mit großer Bevölkerungszahl eingesetzt werden. Daher ist es wichtig, den von den Flugzeugen erzeugten Lärm zu verstehen und zu reduzieren, wenn UAM möglich sein soll.

Die von den Flugzeugen verwendeten Propeller sind kleiner als die von Hubschraubern, die seit Jahren im Einsatz sind, haben in der Regel einen deutlich kleineren Durchmesser und rotieren mit höheren Geschwindigkeiten. Dadurch unterscheiden sich die Geräuscheigenschaften stark vom bisherigen Wissensstand, sodass weitere Untersuchungen erforderlich sind.

Während eVTOL- und SUAS-Flugzeuge von einem Dach oder Landeplatz aus starten oder landen, ist es wahrscheinlich, dass die Propeller einen Bodeneffekt erfahren, ein aerodynamisches Phänomen, das die Leistung der Propeller verändert.

Diese Änderung der Propelleraerodynamik innerhalb des Bodeneffekts verändert die akustische Leistung der Propeller und verursacht komplexe Wechselwirkungen.

Liam sagte: „Bisher gab es keine Literatur zum Problem isolierter Propellergeräusche beim Bodeneffekt.“

„Unsere Forschung zielte darauf ab, zum ersten Mal zu beantworten, was mit dem Propellerlärm passiert, während er im Bodeneffekt betrieben wird, und welche wichtigen akustischen und aerodynamischen Wechselwirkungen es am wichtigsten zu verstehen gilt.“

„Zum ersten Mal haben wir den Lärm kleiner Propeller während des Starts und der Landung bei der Interaktion mit dem Boden umfassend gemessen. Es ist klar, dass wir bei Start und Landung mit lauteren eVTOL-Flugzeugen rechnen können, wenn die komplexen Interaktionen mit dem Boden entstehen.“ werden nicht berücksichtigt.“

Basierend auf ihrem neuen Verständnis des Propellerlärms im Ground Effect führen sie nun zusätzliche Tests mit verschiedenen Methoden durch, um den Lärm des gesamten Systems potenziell zu reduzieren.