Zusammenfassung
In Kap. 15 geht es um den an die Umgebung nach außen emittierten Lärm der Triebwerke, der insbesondere in der Nähe von bewohntem Gebiet, also beim Starten und Landen, von signifikanter Bedeutung für die Umwelt ist. Nach der grundlegenden Definition, was technisch unter Lärm verstanden wird, werden die Lärmvorschriften und zugehörige Regularien der Luftfahrt, ihre Messstandards und ihre Haupt-Messgröße, der effektiv empfundene Lärmpegel, behandelt. Danach wird auf die über- und untergeordneten triebwerksrelevanten Schallquellen, wie Strahllärm, Mischungslärm, Brennkammer- und Turbomaschinenlärm eingegangen und Breitbandlärm, tonaler Lärm (diskrete Töne) und Kreissägenlärm unterschieden. Diesem Abschnitt schließt sich eine Erörterung der schallreduzierenden Maßnahmen an einem Triebwerk an, was sie bewirken, wie sie wirken und wie sie über die Jahrzehnte die Triebwerke konstruktiv verändert haben, sodass deutlich wird, dass viele konstruktive Details heutiger Triebwerke ihre Ursache nicht in der Aero- oder der Thermodynamik haben, sondern in der Lärmreduzierung. Ein Abschnitt über eventuelle, zukünftige Maßnahmen zur Lärmminderung schließt das Kapitel ab.
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Notes
- 1.
Als Hilfsmaßeinheit (auch Pseudoeinheit, Pseudomaßeinheit, Pseudomaß) bezeichnet die Physikalisch-Technische Bundesanstalt Größen mit dem Einheitenzeichen 1 oder mit dem Einheitennamen „eins“. Hilfsmaßeinheiten dienen zur Verdeutlichung bestimmter Zusammenhänge oder zur leichteren Handhabung von Zahlenwerten, obwohl die jeweilige Größe auch durch eine reine, unbenannte Zahl beschrieben werden könnte, also eigentlich keine Dimensionseinheit haben müsste.
- 2.
Die Einheit „Bel“ (Einheitenzeichen „B“) ist eine nach Alexander Graham Bell (*1847 †1922) benannte Hilfsmaßeinheit1 zur Kennzeichnung von Pegeln und Maßen, das sind Größen die ihre Anwendung z. B. in der Elektrotechnik oder der Akustik finden. In der Regel wird statt des „Bel“ das Dezibel (Einheitenzeichen dB) verwendet, also der zehnte Teil eines „Bel“.
- 3.
Beim Schalldruckpegel L p ist der Index ein „kleines p“. Beim Schallleistungspegel L P ist der Index ein „großes P“.
- 4.
Der Begriff „Phon“ hat sich International nur wenig durchgesetzt und ist heute kaum noch gebräuchlich. Das Phon ist die Maßeinheit der psychoakustischen Größe Lautstärkepegel. Der Lautstärkepegel in Phon wird dazu benutzt, die empfundene Lautstärke zu beschreiben, mit der ein Mensch ein Schallereignis als Hörereignis wahrnimmt.
- 5.
Die Lautstärke in Phon ist gleich dem dB-Wert eines gleich laut empfundenen 1 000 Hz-Tones.
- 6.
Hier sind kommerzielle Schallpegelmesser gemeint, die mit einer zusätzlichen elektronischen Bewertungseinheit ausgestattet sind und auf deren Anzeige das Messergebnis – ohne weitere manuelle Auswertung – direkt abgelesen werden kann.
- 7.
Die Strahlgeschwindigkeit der frühen Turbojettriebwerke (Comet, Caravelle) erreichte Werte bis zu 700 m/s. In den ersten Turbofantriebwerken (B707, B727, B737, DC8, DC9) wurden im Kerntriebwerksstrahl Geschwindigkeiten von bis zu 600 m/s und im Fandüsenstrahl von bis zu 400 m/s erreicht. Heutige Turbofantriebwerke (B737-300, B747, B757, B767, A320) haben im Primärkreis Düsenaustrittsgeschwindigkeiten von bis zu 450 m/s und im Sekundärkreis von bis zu 300 m/s. Triebwerke mit Mischer erreichen Düsenaustrittsgeschwindigkeiten von ca. 350 m/s.
- 8.
Hier sei nochmals daran erinnert, dass die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur abhängt, sodass im heißen Abgasstrahl Schallgeschwindigkeiten von a 9 ≈ 550 … 650 m/s erreicht werden können.
- 9.
Sir Michael Lighthill (*1924 †1998) war ein britischer Professor für angewandte Mathematik.
- 10.
Harmonisch heißen Schwingungen, wenn sie einen sinusförmigen Verlauf haben. Ein reiner Ton, der sich z. B. mit Stimmgabeln erzeugen lässt, ist eine sinusförmige Schwingung im Hörbereich. In Triebwerken sind drehende Turbomaschinenteile, in Abhängigkeit von Drehzahl und Schaufelanzahl, Ursache harmonischer Schwingungen, die sich mit den restlichen Schwingungen überlagern. Wird ein Frequenzspektrum, wie das in Abb. 15.23, einer Fourier Analyse unterworfen, so lässt sich zeigen, dass die Spitzen dieses Spektrums den Harmonischen einzelner Laufräder zugeordnet werden können. Der harmonische Klang des Turbomaschinenklangs besteht aus einer Reihe von sinusförmigen Teiltönen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz sind. Man spricht hier auch vom Grundton (Grundfrequenz, 1. Harmonische) und von Obertönen (ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz, 2., 3.,…, n. Harmonische).
- 11.
Mit zunehmender positiver oder negativer Inzidenz weiten sich die Gebiete abgelöster Strömung im hinteren saug- oder druckseitigen Schaufelbereich aus, bis schließlich – im Extremfall – die gesamte Schaufel saug- oder druckseitig abgelöst ist. Ein Zustand, in dem es zum Abreißen einer Stufe oder u. U. auch zum Pumpen des gesamten Verdichters kommen kann, vgl. hierzu auch Kap. 10.5 über die instabilen Verdichterzustände.
- 12.
Das Bild vermittelt den Eindruck, als würde der stationäre Signalanteil mit der Zeit leicht ansteigen, was aber real nicht der Fall ist, sondern vielmehr seine Ursache darin hat, dass das hier dargestellte Messsignal nicht korrigiert wurde. Auf Grund der Druckänderungen in der Mikrofonumgebung, die durch die Geschwindigkeits- und Höhenänderung des Flugzeuges hervorgerufen werden, müssten aber entsprechende Korrekturen am Signal vorgenommen werden.
- 13.
In einer Strömung breiten sich Druckstörungen, die von Hindernissen ausgehen, in allen Richtungen mit Schallgeschwindigkeit aus. Ist die die Strömung selbst im Unterschall, so können die Störsignale eines Hindernisses mit der Differenz aus Schall- und Strömungsgeschwindigkeit der Strömungsrichtung entgegen „wandern“ (Galilei-Transformation für Geschwindigkeiten, Kap. 8.1.6.2). Erst wenn die Strömungsgeschwindigkeit größer oder gleich der Schallgeschwindigkeit ist, ist eine „Nachvornwirkung“ einer Strömungsstörung nicht mehr möglich.
- 14.
Auf eine exakte Beschreibung der physikalischen Vorgänge von Absorptionsmaterialien muss hier verzichtet werden, da dies den Umfang dieses Buches bei weitem sprengen würde. Der interessierte Leser sei hier auf die spezialisierte Literatur verwiesen, z. B. Kollmeier (2003).
- 15.
Blattfolgefrequenz oder Schaufelfrequenz (BPF = Blade Passage Frequency). Die Blattfolgefrequenz ermittelt sich aus Rotordrehzahl in [s−1] mal Schaufelanzahl.
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Bräunling, W. (2015). Triebwerkslärm. In: Flugzeugtriebwerke. VDI-Buch. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-34539-5_15
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