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Projekt Leiser Flugverkehr

1. Dpt 525 E y T F CETE TET pi Compact Dpt 539 Dipole see Table 2 _ u E ne P Flyover Test p Dpt 028 he see Table 1 Normalized LevelL m 40 60 80 100 120 140 Polar Radiation Angle Abbildung 5 12 Vergleich normierter polarer Abstrahlrichtcharakteristika aus Windkanal und berflugmessungen mit dem Ergebnis einer Simu lationsrechnung mit dem Dipolquellmodell f r eine Strouhal Zahl von 1 8 Unter den verschiedenen f r den Flugversuch realisierten Modifikationen an Zellenkompo nenten war eine besonders wirkungsvoll Die intensive Tonerzeugung durch berstr mte Druckausgleichs ffnungen in der Fl gelunterseite konnte vollst ndig unterdr ckt werden Dies gelang durch die Erzeugung von L ngswirbeln stromauf der Druckausgleichs ffnung mittels kleiner Wirbelgeneratoren die zuvor im Rahmen der L rmmessungen am A320 Ori ginalfl gel im DNW LLF erfolgreich getestet worden waren 5 4 Zusammenfassung Zur Minderung des Fahrwerksl rms wurden f r die Nachr stung bei heutigen Fahrwerken geeignete aerodynamische Teilverkleidungen von komplexen Fahrwerkskomponenten er probt und entsprechend der Zielsetzung ein L rmminderungspotenzial von 3 dB nachgewie sen Auf der Basis der Windkanalmessergebnisse wurde ein empirisches Quellmodell f r das Fahrwerksger usch entwickelt Die wesentlichsten L rmquellen heutiger Hochauftriebssys teme wurden identifiziert Der Vorfl gel stellt die
2. P v f v mit f 0 0 Jet P v P v flv Vi mit f 0 0 Airframe P v P v f viv mit f 0 0 Abbildung 8 2 Prinzip des Teilschallquellenmodells P ist die Schallleistung vo eine Referenzgeschwindigkeit v die Fluggeschwindigkeit und Vjet die Geschwindigkeit des Triebwerksstrahls Die Funktionen fr fj und fa beschreiben die Geschwindigkeitsabh ngigkeit der jeweiligen Teilschallquelle Der im SIMUL Verfahren verwendete Ansatz 8 11 basiert nun darauf dass die verschiede nen Schallabstrahlungsmechanismen in unterschiedlicher Weise von der Fluggeschwindig keit beeinflusst werden Teilschallgquellenmodell s Abb 8 2 e Der durch den Triebwerksstrahl erzeugte Schall Jet Noise wird sowohl durch die Fluggeschwindigkeit als auch durch die Geschwindigkeit des Freistrahls beeinflusst Je h her die Relativgeschwindigkeit zwischen Freistrahl und umgebender Luft ist um so h her ist die Leistung des abgestrahlten Schalls e F r die brigen im Triebwerk auftretenden Schallentstehungsmechanismen im fol genden als Fan Noise bezeichnet da der Triebwerksfan die dominante Quelle ist u ert sich der Geschwindigkeitseinfluss im wesentlichen als kinematischer Effekt in Form einer nderung der Abstrahlcharakteristik e Der durch Umstr mung von Tragfl geln Zelle und Fahrwerk erzeugte Schall Airfra me Noise h ngt ebenfalls nur von der Fluggeschwindigkeit ab Allerdings ist die Be wegung hier die Ursache de
3. Abbildung 5 10 Beispiele von Schallquellverteilungen am generischen Modell Blick von unten und Str mung von links mit simuliertem Fahr werk und Schacht f r die Terzfrequenzb nder 2 kHz und 4 kHz Array Messungen durch das NLR 5 3 4 Validierungsmessungen Zur Absicherung der bertragbarkeit von Messergebnissen aus Windkanalversuchen sind Vergleiche mit L rmmessdaten aus berflugversuchen unerl sslich Zu solchen Versuchen ergab sich im Laufe des Projekts die M glichkeit einer Zusammenarbeit mit der Deutschen Lufthansa die L rmmessungen zur Demonstration der Wirkungen nachr stbarer L rmmin derungsma nahmen durchf hren wollte Hier zeigte sich eine unerwartete bereinstimmung in den jeweils gew nschten Messrandbedingungen e Flugversuchstr ger A319 baugleicher Fl gel wie A320 entsprechend den unter suchten Windkanalmodellen e Nachr stbare L rmminderungsma nahmen wurden aus Vorkenntnissen und den im Projekt erworbenen Kenntnissen definiert und waren geeignet konstruktionsbeding te Zusatzschallquellen zum Teil zu beseitigen so dass das Umstr mungsger usch des realen Flugzeugs besser mit dem eines idealisierten Modells vergleichbar sein w rde siehe hierzu auch Ergebnisse aus 5 3 2 1 Zur Erstellung eines Basisdatensatzes f r den Vergleich mit Windkanalmessergebnissen enthielt der Versuchsplan Messungen mit minimaler Triebwerksleistung flight idle und ver schiedenen Klappenstellungen mit ein oder aus
4. W hrend bei einer bewusst unrealistischen Vollverkleidung eines A320 Fahrwerks ein L rmminderungspotenzial von mehr als 10 dB ermittelt wurde konnten durch die an A340 Fahrwerken realisierten Teilverkleidungen Abb 5 1 immerhin noch L rmminderungen von bis zu 5 dB erreicht werden Im Zuge dieser Messungen wurde auch die Richtwirkung der Schallabstrahlung bestimmt Diese erweist sich als wenig ausgepr gt was wegen des Zu sammenwirkens sehr vieler verschiedener und unterschiedlich ausgerichteter Schallquellen in der Fahrwerksstruktur nicht verwundert Weiterhin zeigte sich dass die Schallintensit t mit der 6 Potenz der Anstr mgeschwindigkeit ansteigt Unter Einbeziehung der ersten Messer gebnisse von A320 Fahrwerken konnte aus dem verf gbaren Datensatz auch eine empiri sche Korrelation zwischen L rmpegel und Fahrwerksgr f se bei hnlicher Konfiguration ab geleitet werden Diese Erkenntnisse wurden zur Formulierung eines ersten einfachen Quell modells f r den Fahrwerksl rm herangezogen 5 2 14 16 18 5 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 1 3 oct Band Level ep Baseline unna Low Noise 1 kHz 10 Frequency Abbildung 5 1 L rmminderungspotenzial f r das A340 Hauptfahrwerk mit Teilverkleidungen nach L rmmessungen im DNW LLF 5 3 2 Hochauftriebsl rm Analysen zur Bewertung des L rms von Hochauftriebssystemen konnten sich auf einen um fangreichen Datensat
5. AKUFIX herangezogen dass auf dem Lagrange schen Schallpartikelmodell AKUMET beruht Mit diesem Ausbreitungsmodell wird die Schalld mpfung durch den Boden und die Meteorologie f r eine Vielzahl von Situationen vorausberechnet und in Korrekturta bellen abgelegt Es wird davon ausgegangen dass sich der Oktavband Schallpegel L in Bodenn he auf Grund der Schallemission eines sich in der Luft befindlichen Flugzeugs wie folgt zusammen setzt L Lw Dce Agiv AmB Aatm Hier ist Lw Schallleistungspegel Dc Richtwirkungskorrektur Aaw Schalld mpfung auf Grund der kugelf rmigen Schallausbreitung von einer Punktschallquelle im Freifeld geometrische Ausbreitung Aus Schalld mpfung auf Grund der Meteorologie und Bodeneinfl sse Aam Luftabsorption Der Beitrag des Arbeitspakets 5B bezieht sich auf die Schalld mpfung auf Grund der Meteo rologie und Bodeneinfl sse d h auf die Bestimmung von Ams 9 4 2 Berechnung von Amg Die Schalld mpfung auf Grund der Meteorologie und Bodeneinfl sse fasst folgende Pro zesse zusammen a Reflektion ber schallweichem Boden b Refraktion auf Grund vertikaler Gradienten von Wind und Temperatur C Mehrfachreflektion am Boden bei Abw rtsbrechung d Diffraktion in Schattenzonen bei Aufw rtsbrechung creeping wave e Streuung auf Grund von Turbulenz Es gelten folgende Voraussetzungen a Der Boden ist eben und rau b Der Boden hat eine einheitliche Rauigkeit und ist bez gl
6. Da das Fernfeldger usch aber durch die Beitr ge vieler verschiedener 5 7 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Schallquellen bestimmt wird zeigt das zugeh rige Fernfeldger uschspektrum nur eine breitbandige L rmminderung von 2 dB h oO 105A i i Referenz m g E 3 gt D m KL O _ 2 95 fa 1600 Hz Mit B r So t Burste S z Clean Flap edge en s 85 Brush Edge high density 0 055 L Brush Edge low density 0 055 80 100 1000 10000 1 3 Octave Band Frequency f Hz Abbildung 5 7 Minderung des Klappenseitenkantenl rms durch B rstenansatz an der Seitenkante Zur Zeit sind die Mechanismen der L rmminderung durch B rstenkanten allerdings noch nicht vollst ndig erfasst so dass weder Skalierungsgesetze noch das Optimierungspotenzial bekannt sind Daher wurden weitergehende aeroakustische Untersuchungen zu den relevan ten Quellmechanismen an einem generischen Hinterkantenmodell im AWB eingeleitet Die ses Modell besteht aus einer beidseitig umstr mten ebenen Platte variabler Sehnenl nge Zur Untersuchung verschiedener Kantenkonfigurationen ist die Abstr mkante auswechsel bar Erste Ergebnisse best tigen die l armmindernde Wirkung von B rstenkanten Abb 5 8 70 rn 65 60 O1 oO D oO M 0 172 Re 4 6x10 Sound Pressure Level dB DB oO 5 10 15 5 Frequency kHz
7. Damit wird deutlich dass Modellmessergebnisse nicht unmittelbar auf die Gro ausf hrung bertra gen werden k nnen Die weitere Auswertung der an den verschiedenen Modellen gewonnenen Messergebnisse zeigte den Vorfl gel als wesentliche Quelle tieffrequenten L rms und die Klappenseitenkante als hochfrequente L rmaquelle Dabei erweist sich die Klappenseitenkante zwar als die pro Fl cheneinheit intensivere aber daf r weniger ausgedehnte Quelle so dass in der Folge der Vorfl gell rm f r den Gesamtl rm bestimmend ist 5 1 5 6 7 8 9 12 13 5 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Abbildung 5 2 A320 Fl gel im DNW LLF zur Messung von Str mungsger usch anteilen durch Vorfl gelhalter mit Durchbr chen im Hauptfl gel Klappenhalter und Hohlr ume in der Klappenseitenkante 5 3 2 2 Quellmodel f r Vorfl gell rm Detaillierte Quellstudien wurden insbesondere am Vorfl gel durchgef hrt da er als die we sentlichste L rmquelle am Hochauftriebssystem erkannt wurde Es konnte gezeigt werden dass die Richtcharakteristik des Vorfl gell rms ein Maximum entgegen der Flugrichtung aufweist Aus dem Vergleich der Messergebnisse am Modell und am Originalfl gel des A320 ergab sich dass der Frequenzma stab des Vorfl gell rms zur geometrischen Gr e des Vorfl gels umgekehrt proportional ist aber mit der Anstr mgeschwindigkeit proportional w chst Weiterhin zeigte sich dass die
8. Die Berechnung wurde f r den Abflug eines typischen 2 motorigen Strahlflugzeugs mit einer Abflugmasse von etwa 65 Tonnen durchge f hrt Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Zugrunde lag eine in 10 m H he gemessene Westwindkomponente von 2 m s sowie unter schiedliche Temperaturschichtungen Stabile Schichtung Stabile Schichtungen treten in der Regel nachts und bei wenig Wind auf Darunter fallen insbesondere auch Inversionswetterlagen Neutrale Schichtung Dieser Typ ist der Standardfall Er tritt in der Regel tags ber bei be decktem Himmel auf und ist durch mittlere bis h here Windgeschwin digkeiten charakterisiert Instabile Schichtung Instabile oder labile Schichtungen ergeben sich tags ber im Fall von windschwachen Situationen mit wenig Bedeckung Extremfall Mittags zeit in den Sommermonaten Schichtung neutral stabil instabil Windgeschwindigkeit in 10 m H he 2 m s Abbildung 8 4 Einfluss der Temperaturschichtung auf den Maximalschallpegel beim Abflug eines typischen Strahlflugzeugs mit MTOW von ca 65 t Dargestellt sind Konturen des A bewerteten Maximalschallpegels La max 65 75 dB Zun chst einmal erkennt man dass die Effekte der atmosph rischen Schichtung sich im wesentlichen seitlich und hinter der Startbahn auswirken in einem Bereich also in dem das Flugzeug am Boden oder in sehr geringen H hen operiert Den st rksten Effekt zeigt die stabile
9. FUEL CONSUMPTION NOISE Enmona 2 ICAO A mona IcAa0 A A 5 4 5 R a a a E u a s 5 20 ea 3 4 2 En gpz 5 TS 1 3 BLINNBEKSSUHNE 2 2 q2 7 Ww 0 AddTT NG 16 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Intermediate Acceleration Height ft Abbildung 6 5 L rm und Treibstoffverbrauch bis zum Erreichen von 6000 ft und 250 kts bezogen auf Modified ATA Das Abbildung 6 5 zeigt f r verschiedene Zwischenbeschleunigungsh hen den zus tzlichen Treib stoffverbrauch von MONA Magenta Quadrate und ICAO A Magenta Linie gegen ber MOD ATA Bei Zunahme der Zwischenbeschleunigungsh he nimmt der zus tzliche Treibstoffverbrauch bei MoNa zu erreicht aber nicht den Wert von ICAO A Ebenfalls aufgetragen ist eine Masszahl f r den L rm Diese nimmt wie zu erwarten mit zunehmender Zwischenbeschleunigungsh he bei MONA Rote Rechtecke ab Bei ca 3500 ft IAH wird der konstante Wert von ICAO A Rote Linie erreicht Es ist also gegen ber gegen ber ICAO A gleiches L rmverhalten m glich wobei die prozentuale Zunahme des Treibstoffverbrauchs nur 50 der von ICAO A ausmacht F r gr ssere 6 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Zwischenbeschleunigungsh hen erreicht man mit MONA sogar weitere L rmreduktionen ohne dass der zus tzliche Treibstoffverbrauch den Wert von ICAO A erreicht Als weitere kurzfristig einsetzbare Variante zur Reduktion der L rmimmission be
10. Maa H Mawet L M ller E W M ller U Plath G Quehl J Samel A Schulze M Vejvoda M Wenzel J 2004 Nachtflugl rmwirkungen Band 1 Zusammenfassung DLR FB 2004 07 D 3 3 Pearsons K Barber D Tabachnick B G Fidell S 1995 Predicting noise induced sleep disturbance Journal of the Acoustical Society of America 97 1 331 338 3 4 Hume K Whitehead C 2003 Sleep disturbance due to introduced aircraft noise In de Jong R G Houtgast T Franssen E A M and Hofman W Editors Pro ceedings of the 8th International Congress on Noise as a Public Health Problem 199 200 3 5 Schultz T J 1978 Synthesis of social surveys on noise annoyance Journal of the Acoustical Society of America 64 2 377 405 3 6 Aasvang G M Engdahl B 1999 Aircraft noise in recreational areas A quasi experimental field study on individual annoyance responses and dose response re lationships Noise Control Eng J 47 4 158 162 3 7 Bjorkman M Ahrlin U Rylander R 1992 Aircraft noise annoyance and average versus maximum noise levels Archives of Environmental Health 47 5 326 329 3 8 Sato T Yano T Bj rkman M Rylander R 1999 Road traffic noise annoyance in relation to average noise level number of events and maximum noise level Jour nal of Sound and Vibration 223 775 784 3 16 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 4 Mi
11. Mengen Relation f r das Produkt zu finden Eine Regulierung muss in einem solchen Fall nicht notwendigerweise als Marktsurrogat eingesetzt werden Sieht man j ngere Entwicklungen einiger Flugh fen in ihrem Bestreben Alternativen zur Regulierung zu finden findet man genau die von der Theorie zu erwartende Verhaltensweise 1 Die Monopolsituation des Flughafens beschr nkt sich auf seine Funktion als Infrastrukturlieferant Dieser Fall trifft beispielsweise zu wenn ein Low Cost Carrier einen neuen Flughafen in Deutsch land anfliegen m chte und sich nicht auf eine Region festlegen l sst 7 12 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr einer Verhandlungsl sung zwischen Angebot und Nachfrage wie das Beispiel Frankfurt zeigt Durch diese Verhandlungsl sung ist es den Fluggesellschaften gelungen die Flugh fen an ihrem Risiko zu beteiligen Urspr nglich war die Landegeb hr vorrangig gewichtsab h ngig und wurde nur um einen geringen Aufschlag als Passagierentgelt erg nzt Diese Entwicklung hat sich umgekehrt so dass heute der passagierabh ngige Anteil der Landege b hr deutlich gr er ist als der gewichtsabh ngige S 7 3 3 Dies hatte jedoch die Neben wirkung dass der l rmbezogene Anteil auch wenn er prozentual an der gewichtsabh ngi gen Landegeb nhr stieg absolut sank oder stagnierte bedingt durch den R ckgang der ge wichtsabh ngigen Geb hren Diese zweiseitig
12. Methodology for Computing Noise Con tours around Civil Airports ECAC CEAC Doc 29R Vol 1 Applications Guide Vol 2 Technical Guide Proposal by AIRMOD Technical Subgroup Draft Version wird 2004 ver ffentlicht Isermann U Schmid R Untersuchungen mit dem Integrated Noise Model Im Auf trag des Bundesministers f r Verkehr FB L 1 95 50135 95 G ttingen Oktober 1996 8 13 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr f DLR 8 10 Thomann G B tikofer R Krebs W FLULA2 Ein Verfahren zur Berechnung und 8 11 8 12 Darstellung der Flugl rmbelastung Technische Programm Dokumentation Eidge n ssische Materialpr fungs und Forschungsanstalt Bericht EMPA 840 143 513 1933 D bendorf Oktober 2001 Boguhn O Henkel C Isermann U Rechenprogramm SIMUL Technisches Hand buch Version 1 DLR Institut f r Aerodynamik und Str mungstechnik G ttingen in Vorbereitung Henkel C Isermann U Rechenprogramm SIMUL Benutzerhandbuch und Befehls referenz Version 1 DLR Institut f r Aerodynamik und Str mungstechnik G ttingen Februar 2004 8 14 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR 9 Schallausbreitungsmodelle Arbeitspaket 5B Dr Dietrich Heimann E Mail d heimann dlr de DLR Institut f r Physik der Atmosph re Abteilung Dynamik der Atmosph re Oberpfaffenhofen 9 1 Forschungzsziel Ziel des Ar
13. Nachtflugbetrieb angepasst 6 17 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr werden Zus tzliche Ma nahmen wie z B das Erh hungen der Flugh hen zur Schubreduk tion von Start auf Reisesteigflugschub bringen weitere L rmreduktionen mit sich bei ver gleichbarem zus tzlichem Treibstoff und zeitlichen Bedarf Bei den Anflugverfahren gilt dass ein CDA in Verbindung mit einem Steilanflug ein gewisses Maximum an L rmreduktion ber den gesamten Anflugbereich liefert Die M glichkeit einer kurzfristigen Umsetzung in den Flugbetrieb muss jedoch in Frage gestellt werden Als gang barer Weg stellt sich ein CDA dar der den Gleitpfad von oben in einer H he erreicht von der aus eine Stabilisierung des Flugzustandes bis in 1000 ft AGL noch m glich ist Dieses Ver fahren f hrt zwar nicht zur gew nschten maximalen L rmreduktion ist jedoch nach notwen digen Erweiterungen bzw Verbesserungen der Funktionalit t des FMS Ber cksichtigung von Konfigurations und Wind nderungen auch relativ kurzfristig einsetzbar Abschlie end kann gesagt werden dass die theoretisch gewonnen Ergebnisse den Nach weis zur kurzfristigen L rmreduktionen mittels optimierter An und Abflugverfahren liefern Diese positiven Erkenntnisse sollten als Ansto f r weiterf hrende detaillierte Flugversuchs kampagnen genutzt werden um nach iterativer Optimierung mit den Erkenntnissen aus den praktischen Versuchen eine rasche
14. re sowohl aus konomischer wie auch aus kologischer Sicht w nschenswert um die Schadstoff Emissionsbilanz weiter zu verbessern Neben den bereits erw hnten sicherheitskritischen Aspekten ist die Nutzung von Triebwer ken bei reduziertem Startschub bzw kurzen Flugphasen unter Vollschub auch wirtschaftlich sinnvoll da dies die Lebensdauer der Triebwerke deutlich erh ht und l ngere Wartungsinter valle erm glicht Im Kurzstreckenflugbetrieb sind bis zu acht Flugabschnitte pro Crew und Einsatztag durch aus blich Abflugverfahren mit erh htem zeitlichen Mehrbedarf k nnen sich durch die ge setzlichen Regelungen ber maximal m gliche Flugdienstzeiten an dieser Stelle auf kumula tiver Basis negativ auf die erzielbare Anzahl von Flugabschnitten pro Creweinsatz auswirken 6 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 6 2 1 4 Gesetzliche Randbedingungen In den k rzlich erweiterten ICAO PANS OPS 6 3 werden die gesetzlichen Randbedingun gen bez glich der Auslegung und Durchf hrung von l rmarmen Abflugverfahren detailliert beschrieben Gegen ber fr heren Vorschriften welche zwei genau definierte Abflugverfah ren vorsahen erm glichen die neuen Richtlinien ein flexibleres Design und werden lediglich durch folgende Forderungen auf Grund von Sicherheitsbedenken eingeschr nkt e Die minimal m gliche Flugh he f r Schubreduktionen von Start auf Steigflugschub ist 800 ft ber Grund
15. sse des benachbarten ausgedehnten Hauptfl gels noch die der Schallausbreitung durch die Geschwindigkeits gradienten im Vorfl gelspalt auf die Abstrahlcharakteristik Das auf der Basis dieses einfa chen Quellmodells entwickelte semiempirische L rmprognoseverfahren muss daher mit je weils neu verf gbaren Daten immer wieder systematisch berpr ft und neue Erkenntnisse zur Verbreiterung der physikalischen Basis herangezogen werden Als Eingangsdaten werden neben Fluggeschwindigkeit und Anstellwinkel lediglich globale Geometriegr en des Vorfl gels und der Tragfl chen ben tigt Unter der Voraussetzung dass bei heutigen Verkehrsflugzeugen der Vorfl gel die dominierende L rmauelle darstellt kann das Modell daher in idealer Weise f r L rmprognoserechnungen verwendet werden 5 10 15 19 21 5 3 2 3 L rmminderungsma nahmen am Vorfl gel und an der Klappenseitenkante Entsprechend der Erkenntnis dass Vorfl gell rm im Wesentlichen auf Hinterkantenschall basiert sind zwei sich erg nzende Konzepte zur L rmminderung denkbar e Reduktion der ber die Hinterkante abstr menden Turbulenz aus dem R ckseiten wirbel Minderung der Quellgr en und in Erg nzung e Verminderung des Abstrahlwirkungsgrades an der Hinterkante durch geeignete Kan tenmodifikation 5 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Die gr tm gliche Verminderung der Turbulenz der Abstr mung ber die obere V
16. 0 Die einzelnen Korrekturterme haben folgende Bedeutung e Der erste frequenzunabh ngige Term beschreibt die geometrische D mpfung f r die Ausbreitung von Kugelwellen 8 5 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr e Der zweite Korrekturterm bezieht sich auf die sog atmosph rische D mpfung Diese beschreibt D mpfungseffekte die durch die Wechselwirkung der Schallwelle mit den Molek len der Luft hervorgerufen werden Der frequenzabh ngige D mpfungskoeffi zient n ist dabei eine Funktion der Lufttemperatur und der relativen Feuchte e Der Korrekturterm A beschreibt die kumulativen Effekte von Meteorologie also Wind und Temperatureinfluss sowie die Effekte der Wechselwirkung der Schallwelle mit der Erdoberfl che Diese Korrektur basiert auf dem im Arbeitspaket 5B am Institut f r Physik der Atmosph re erarbeiteten Schallausbreitungsmodell N here Informationen zur Modellierung dieser Ausbreitungseffekte physikalische Grundla gen Umsetzung im Rechenverfahren k nnen 8 11 entnommen werden 8 4 Realisierung des Modells als Rechenprogramm Das SIMUL Verfahren wurde als Computerprogramm in der Programmiersprache FORTRAN77 umgesetzt 8 12 Dabei wurde der Schwerpunkt der Anwendung des Pro gramms zun chst auf den Einsatz im wissenschaftlichen Bereich ausgelegt Spezielle An wendungen f r das Programm sind z B e Optimierung von l rmarmen An und Abflugverfahren e Immissi
17. 4 Die 3 dimensionale Flugbahn eines Flugzeugs wird durch ihre Projektion in die Horizontal ebene Verlauf der flughafenspezifischen Flugstrecke und ein flugzeugspezifisches Flugh henprofil bestimmt Dieses Flugh henprofil setzt sich in der Regel aus einzelnen Segmenten zusammen l ngs derer die die Berechnung der Immissionswerte beeinflussenden Parame ter Schallabstrahlungseigenschaften Triebwerksleistung und Fluggeschwindigkeit in der Regel als konstant oder sich linear andernd angenommen werden Die Schallabstrahlungseigenschaften eines Flugzeugs Schallspektrum und Richtcha rakteristik werden bei derartigen konventionellen Verfahren meist nur grob ber cksichtigt In der Regel liegen f r einen definierten Flugzeugtyp oder eine Gruppe von vergleichbaren Typen nur sog Noise Power Distance NPD Kurven vor in denen Maximalschallpegel oder zeitintegrierte Schallpegel als Funktion von Ausbreitungsentfernung und Triebwerksleistung f r einen idealisierten Horizontalflug mit konstanter Triebwerksleistung definiert sind Die verschiedenen konventionellen Verfahren unterscheiden vor allem hinsichtlich der Mo dellierung von gekr mmten Flugstrecken Bei den einfachsten konventionellen Modellen wird der Beitrag eines Vorbeiflugs zur Schallimmission an einem vorgegebenen Ort f r den 8 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr kleinsten Vorbeiflugabstand Distance of Closest Approach DCA und de
18. Als direkte Folge dieser Untersuchungen ergibt sich ein Konflikt mit den Richtlinien ICAO PANS OPS welche fordern dass Fluggesellschaften m glichst ein einziges optimiertes Verfahren definieren und im t glichen Flugbetrieb anwenden sollten 6 3 L rmoptimierte Anflugverfahren 6 3 1 Randbedingungen Insbesondere kurzfristig einsetzbare l rmreduzierte Alternativen zu den herk mmlichen An flugverfahren d rfen wie auch die entsprechenden Abflugverfahren keine Erweiterung des heutigen Ausr stungszustandes im Flugzeug und am Boden erfordern Die vollst ndige Nut zung des Leistungsumfanges von Flight Management System und Autopilot wird jedoch zwingend notwendig 6 3 1 1 Sicherheit Der Landeanflug zeichnet sich dadurch aus dass unter Einhaltung eines sicheren Flugzu standes die Schwelle der Landebahn mit einer vorgegebenen Fluggeschwindigkeit erreicht werden muss Ausgehend vom Reiseflug bedeutet das dass sowohl potentielle als auch kinetische Energie abgebaut werden m ssen Die Flugphasen Anflug und Landung beinhalten 59 aller Unf lle von kommerziellen Strahl verkehrsflugzeugen Initial Approach 5 Final 7 Landing 47 6 1 Die Arbeitsbelastung der Cockpitbesatzung ist w hrend der Ann herung an den Boden und beim anschlie enden Aufsetzen und Abbremsen sehr hoch Zus tzliche Arbeitsbelastungen durch modifizierte Anflugverfahren sind deshalb unter allen Umst nden zu vermeiden 6 3 1 2 Flugsicherung Die aus Gr n
19. Schallintensit t mit der 4 5ten Potenz der Anstr m geschwindigkeit und proportional zur geometrischen Gr e des Vorfl gels ansteigt Als cha rakteristische Gr e wird hierbei die Vorfl gelsehne gew hlt Einen Vergleich der dement sprechend normierten Messergebnisse vom A320 Modell und dem Originalfl gel zeigt Abb 5 3 A320 1 7 5 Modell he ci ji 10 log SF dB La 45 log v v H N E 1 10 Traversing Strouhal number St fpc V za PF 7 u a Eiu s Bin urkz Abbildung 5 3 Vergleich der Spektren des Vorfl gelger usches aus Messungen am 1 7 5 Modell des A320 und dem Originalfl gel zur Ermittlung von Skalierungsgesetzen Referenzgeschwindigkeit vo 100 m s Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Angesichts des erheblichen Gr enunterschiedes der betrachteten Vorfl gelkonfigurationen Skalierungsfaktor SF 7 5 ist die sich ergebende bereinstimmung der ber der Strouhal Zahl aufgetragenen normierten Ger uschspektren ausgezeichnet Eine detaillierte Untersuchung der station ren und instation ren Str mungseigenschaften im Vorfl gelbereich wurde am generischen 2D Hochauftriebsmodell im AWB durchgef hrt Ziel dieser Studien war die Korrelation von L rmmessdaten mit lokalen Str mungsgr en im Hinblick auf die Entwicklung eines semiempirischen Schallquellmodells Diese Arbeiten kon zentrierten sich insbesondere auf den Bereich der konkav
20. Schichtung Sie ist charakterisiert durch einen positiven Temperaturgradienten in niedrigen H hen Damit verbunden sind Effekte wie Abw rtsbrechung der Schallstrahlung und das Auftreten von Mehrfachreflexionen Man erkennt dass die Konturen f r die unter schiedlichen Schichtungsvarianten nicht symmetrisch verlaufen Dies r hrt u a von der in der Rechnung mit ber cksichtigten Winddrehung her Abbildung 8 5 zeigt die Ergebnisse einer entsprechenden Modellrechnung zum Einfluss der Windgeschwindigkeit Bei neutraler Schichtung wurde hier einmal Windstille und einmal eine Windgeschwindigkeit von 2 m s gemessen in 10 m H he zu Grunde gelegt Bei der Inter pretation dieser Darstellung sind zwei Effekte zu unterscheiden e Die Unterschiede im Bereich hinter und seitlich der Startbahn resultieren aus dem di rekten Einfluss des Windes auf die Schallausbreitung 8 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr e Die sich im Bereich der Spitzen der Konturen unter der Abfluggrundlinie ergebenden Differenzen ergeben sich demgegen ber aus dem Einfluss des Windes auf die Flug bahn Mit zunehmender Gegenwindkomponente erh ht sich der Auftrieb und damit auch der Steiggradient Aus der resultierenden Abstands nderung ergeben sich Ver Kleinerungen der Konturen im Bereich direkt unter der Flugbahn Insgesamt kann man also davon ausgehen dass die wesentlichen Effekte der Meteorologie sich in den Bereichen ergeben
21. Sie wird besonders h ufig in Australien von 78 in Deutschland 74 und in der EU von 46 der Flugh fen angewandt Flugl rm berwachung bedeutet hier zu n chst nichts anderes als eine Dokumentation des Flugl rms mit Messger ten Die Flug l arm berwachung kann dabei auf gelegentliche oder regelm ige Messkampagnen be schr nkt sein oder aber als st ndige und l ckenlose Flugl rmerfassung mit entsprechender Berichterstattung durchgef hrt werden Die Flugl rm berwachung ist zun chst nur ein Kon trollinstrument und keine L rmminderungsma snahme Dies wird sie erst in Verbindung mit Planungs und Sanktionsma nahmen die die Dokumentationsergebnisse als notwendige Bestimmungsgr e benutzen Solche Ma nahmen werden jedoch von vielen Flugh fen mit Flugl rm berwachung nicht angewandt Gleichfalls 175 Nennungen weisen die so genann ten L rmschutzprogramme auf Ma nahmen die haupts chlich in den USA von 53 der Flugh fen angegeben werden Die Inhalte dieser Programme sind in den berwiegenden F llen wenig konkret und effektiv Dies gilt abgeschw cht auch f r Vorgabe von Grenzwer ten f r L rmpegel die von 89 oder 15 der Flugh fen angegeben werden die aber in der Regel f r einen realen L rmschutz nicht relevant sind H ufige und gleichsam sehr wirksame verkehrspolitische L rmminderungsma nahmen sind Verkehrsbeschr nkungen f r Kapitel 2 Flugzeuge nach ICAO Annex 16 die gem den Angaben weltweit f r 133 Flugh fe
22. Wirkungen solcher Ma nahmen 7 3 3 Ausgestaltungsanforderungen und Anwendungsdefizite Die bewertende Analyse der Ma nahmen zeigte dass die Ausgestaltungsanforderungen f r einzelne Ma nahmen nur schwer zu erf llen sind Dies ist einerseits eine Folge der Ma ga be dass bei der Anwendung immer auf ein ausgewogenes Verh ltnis von kologie sprich Verkehrs L rmminderungswirkung und konomie also der finanziellen Belastung des Luft verkehrs etc zu achten ist Andererseits konnten auch deutliche Anwendungsdefizite fest gestellt werden wie das folgende Beispiel der Anwendung l rmdifferenzierter Start und Landeentgelte am Flughafen Frankfurt zeigt Das Bild gibt die Landegeb hrenentwicklung f r ein definiertes Flugzeugbeispiel in Frankfurt ab 1990 bis zur Gegenwart wieder Die Landegeb hren setzten sich zun chst aus der ge wichtsabh ngigen Geb hr nach maximalem Abfluggewicht des Flugzeugs hier einer B 747 400 mit 395 t MTOW und einer pro Passagier erhobenen Passagiergeb hr hier f r 280 Passagiere im Interkontinentalverkehr zusammen Wegen der bestehenden Korrelati onen zwischen Flugzeuggr e Gewicht und L rm kann die Gewichtskomponente auch als larmabh ngige Komponente bezeichnet werden zu der noch L rm und Schallschutzzu schlage wie hier ab 2001 hinzukommen k nnen Diese wurden hier s mtlich unter der gr n dargestellten gewichtsabh ngigen Geb hr subsumiiert Das Beispiel zeigt dass sich ab
23. das Projekt gewidmet e Neben diesen Untersuchungen wurde sich auch mit der Entwicklung von modernen L rmprognoseverfahren befasst Derartige Verfahren werden als Planungshilfen in der Praxis regelm ig eingesetzt Insbesondere im Rahmen der anstehenden Novel liercung des Flugl rmgesetzes und zur laufenden Umsetzung der EU Umgebungsl rmrichtlinie werden derartige Werkzeuge ben tigt e Letztendlich k nnen aber l rmmindernde Ma nahmen nur dann sinnvoll geplant und eingesetzt werden wenn die Reaktionen des Individuums Mensch auf den Flugl rm ausreichend bekannt sind Da z Z insbesondere der n chtliche Flugl rm ein dr n gendes Problem darstellt bildete eine umfangreiche Studie zu L rmwirkungen eine der Kernaktivit ten des Projekts L rmminderung am Triebwerk Das technische Reduktionspotential f r Triebwerksl rm wird von Fachleuten auf etwa 10 dB eingesch tzt Es ist allerdings auf Grund der langen Entwicklungszeiten im Flugzeugbau nur langfristig vollst ndig aussch pfbar Gerade wegen der langen Entwicklungszeiten m ssen moderne technische Konzeptionen zur L rmminderung am Flugger t allerdings schon jetzt untersucht und auf ihre praktische Anwendung hin berpr ft werden Schwerpunkt der triebwerksbezogenen Arbeiten war die des Minderung L rms der durch den im Triebwerkseinlauf befindlichen sog Fan erzeugten wird Nachdem bei modernen Triebwerken der L rm des D senstrahls stark reduziert werden konnte tritt
24. die Anwendungsraten in Australien mit 56 und im ozeanischen Raum mit 55 Eine geringe Regelungsh ufigkeit weisen die USA mit 24 und S damerika mit 27 aus Die Sperrstundenzeitr ume liegen berwiegend zwischen 22 00 und 6 00 Uhr mehr oder weniger starke Abweichungen von diesem Zeit raum sind jedoch blich Nur in wenigen F llen bedeuten die Sperrzeiten eine absolute Be triebseinstellung oder sogar Schlie ung des Flughafens in dieser Zeit Oft sind versp tete Fl ge Postfl ge hoheitliche Fl ge und Notfall oder Rettungsfl ge in der Sperrzeit zugelas sen Schon Start und Landeverbote f r z B Kapitel 2 Flugzeuge w hrend der Nachtstun den werden von Flugh fen als Betriebszeitenbeschr nkungen deklariert Sperrstundenrege lungen oder Betriebszeitenbeschr nkungen sind grunds tzlich den harten indirekten oder 1 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr flugbewegungsbezogenen L rmminderungsma nahmen zuzuordnen wenn dadurch Flug bewegungen ganz entfallen oder mit leiserem Flugger t durchgef hrt und somit wirksam werden wobei das Ausma der Wirkung sehr von der Rigidit t der Beschr nkungen ab h ngt Dar ber hinaus ist die Wirksamkeit noch davon abh ngig inwieweit und auf welche an die Sperrstundenzeiten angrenzende Zeitr ume ggf Flugbewegungen verlagert werden Eine ebenfalls sehr h ufig ausgewiesene Ma nahme ist mit 175 Nennungen 30 die Flug l arm berwachung
25. einem Zielkonflikt Als Eigner des Flughafens hat sie ein Interesse an seinem finanziellen Wohlergehen Daneben hat sie selten definierte ffentliche Interessen zu verfolgen die einerseits Sicherstellung von Arbeitspl tzen und andererseits Schutz der Bev lkerung vor Flugl rm sind Um aus diesem Dilemma herauszukommen ist eine Privatisierung sinnvoll erganzt um eine Verhandlungsl sung an der alle Betroffenen beteiligt sein sollten Dabei w re jedoch sicher zustellen dass tats chlich einvernehmliche L sungen gefunden werden um nicht im Sinn einer demokratischen L sungsfindung Mehrheitsentscheidungen zu Lasten einer Minderheit durchzusetzen Das Misslingen des Mediationverfahrens in Frankfurt zeigt dass es an einer ausreichend ausgepr gten Streitkultur fehlte um tats chlich einvernehmliche L sungen zu finden Unter Umst nden k nnte auch eine Trennung der Verhandlung zwischen der allge meinen Landegeb hr und der kologischen Komponente berlegt werden um die dreiseitige Verhandlung auf einen kleineren Teilbereich zu konzentrieren Eine weitere L sungsm g lichkeit k nnte in der Einf hrung eines L rmtalers liegen sofern er bei der betroffenen Be v lkerung auf Akzeptanz st t In Z rich wurde eine solche L sung berlegt 7 3 4 2 Preisgestaltungsgrunds tze Preisreagibilit t Zur Anwendung der mikro konomischen Theorie ber die Zusammenh nge zwischen Marktstruktur und Marktverhalten muss ber ck
26. eventuellen Tiefschlafdefizits aus vorausgehenden N chten in diesen weniger belasteten N chten m glich war In der Feldstudie existierte keine Basisnacht ohne Flugger usche so dass hier nach Medi ansplit jeweils die vier am st rksten belasteten N chte mit den vier am schw chsten belaste ten N chten verglichen wurden Die Ver nderungen der Anteile der Schlafstadien variierten um 4 Minuten um Null und waren jeweils nicht signifikant von Null verschieden Wilcoxon Vorzeichen Rangsummentest f r gepaarte Daten 3 7 2 3 Ereigniskorrelierte Analyse l rminduzierter Aufwachreaktionen Mit ereigniskorrelierter Auswertung ist eine Analyse gemeint die zeitlich einen direkten Zu sammenhang zwischen dem Auftreten eines Flugger usches und der Reaktion des beo bachteten Menschen auf das Flugger usch herstellt Durch die simultane Aufzeichnung der elektrophysiologischen und der akustischen Signale wird eine ereigniskorrelierte Auswertung berhaupt erst erm glicht Mit Hilfe eines Triggersignals wurde in den Labor und Feldstu dien eine ereigniskorrelierte Analyse mit einer Aufl sung von 125 Millisekunden erzielt Als abh ngige Variable wurde das Auftreten eines Wechsels in den Wachzustand oder das Schlafstadium S1 hier und in allen folgenden Abbildungen abk rzend Aufwachreaktionen genannt gew hlt da das Schlafstadium S1 nicht zur regenerativen Funktion des Schlafs beizutragen scheint Die unten dargestellten Dosis Wirkungsbezi
27. folgen 4 Ringe mit je 16 Mikrofonen und eine Modenanalyse Sektion mit der der Erfolg der aktiven L rmminderung berpr ft werden kann Axialventilator 24 Lautsprecher 64 Fehlermikrofone Modenanalyse Sektion Abbildung 4 14 Versuchsaufbau zur Demonstration des modalen Regelverfahrens zur aktiven Schallminderung Der technische Aufwand ist erheblich geringer als bei einer herk mmlichen Regelung Nicht nur die Zahl der Mikrofone und Lautsprecher ist verringert sondern auch der Regler der aus einfacher PC Hardware besteht und damit eine Gr enordnung billiger als ein herk mmnli cher Regler ist Ein erstes Ergebnis mit modaler Regelung wird in Abbildung 4 15 pr sentiert Das Bild zeigt ein zeitlich und r umlich gemitteltes Autopower Spektrum ohne blau und eines mit rot angewandter aktiver L rmminderung im Vergleich Die Mittelung der Spektren erfolgte je weils ber 30 Sekunden Messzeit und 16 Mikrofonpositionen wobei die Mikrofone unabh n gig von der Regelung sind Geregelt wurde der durch die Interaktion des Rotornachlaufs mit den Stator entstehende Ton bei der Blattfolgefrequenz von 960 Hz Bei dieser Frequenz sind im Str mungskanal mit 0 5 m Durchmesser insgesamt 7 Umfangsmoden mit insgesamt 16 Radialmoden ausbreitungsf hig d h es waren 16 Freiheitsgrade des Schallfelds zu regeln 4 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Man erkennt eine
28. ist dass die zu Grunde gelegten Quellendaten f r den Umstr mungsl rm noch nicht ausreichend belastbar sind Im Rahmen der im Projekt durchgef hrten berflugversuche ergab sich versuchsbedingt nur eine vergleichbar geringe Datenmenge die zur Modellbildung f r den Umstr mungsl rm herangezogen werden konnte Insofern sind die Darstellungen 8 6 und 8 7 prim r qualitativer Natur sie dienen also eher zur Verdeutlichung von Effekten Das Beispiel zeigt aber das mit Hilfe eines Simulationsverfahrens auf Teilschallquellenbasis gezielt einzelne Effekte analysiert werden k nnen was letztendlich zu einer Optimierung von Flugverfahren herangezogen werden kann Hier sind vor allem Anflugverfahren von Interes se bei Abfl gen dominiert weiterhin der Triebwerksl rm so dass eine Optimierung der Ver fahren hier auch mit einfacheren Rechenmodellen erfolgen kann In diese Richtung zielt auch das vom BMBF gef rderten Vorhaben L rmarme An und Ab flugverfahren LANAB Hier wird das SIMUL Verfahren eingesetzt und auch hinsichtlich einer Verbesserung der Quellmodelle weiterentwickelt Insbesondere sollen hier weiterge 8 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr hende Daten zum Umstr mungsl rm im Rahmen von umfangreichen berflugversuchen ermittelt werden so dass eine belastbare Validierung des Rechenverfahrens m glich wird 8 6 Die berarbeitung von ECAC Doc 29 Schon bei der Defin
29. nahmen der Flugh fen z B st ndige aktive und prospektive Information der Bev lkerung ber Planungen Entwicklungen und Betriebsabl ufe zur Akzeptanzverbesserung Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert ist aber teilweise unter L rmschutzma nahmen subsumiert wird in Deutschland von 11 Flugh fen angewandt und einem geplant e Immobilien und Fl chennutzungspolitik Grundst cksk ufe zur Erhaltung oder Schaffung von Bebauungs Siedlungsfreir umen im Flughafenumfeld oder z B Orga nisation und Finanzierung von Immobilientausch z B Umsiedlung l rmsensibler An lieger in weniger belastete R ume ggf im Austausch mit weniger l rmsensiblen ge werblichen Nutzern Aktive Wahrnehmung der Einflussm glichkeiten der Flugh fen als Tr ger ffentlicher Belange auf die Fl chennutzungs und Bebauungsplanung der Gebietsk rperschaften Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert ist aber auch teilweise unter L rmschutzmal snahmen subsumiert wird in Deutschland von sieben Flugh fen angewandt jedoch mit sehr begrenzten Ma nahmen da die Zu st ndigkeiten und der rechtliche Rahmen die Handlungsm glichkeiten bisher sehr einschr nken 7 3 _ Bewertende Analyse der Ma nahmen Ein Forschungsziel war zun chst die flughafenspezifischen Verkehrswirkungen aller Ma nahmen festzustellen und daraus als Hauptergebnis ihre L rmminderungspotentiale abzulei ten Weil die Ma nahmen im Ansatz zun chst den Luftverkehr belast
30. random effects abgeleitet Zur Generierung einer dichotomen abh ngigen Bel sti gungsvariablen wurden die Kategorien 3 bis 5 der urspr nglich 5 stufigen Antwortskala zu einem Wert zusammengefasst d h Vorliegen einer Bel stigung durch Flugl rm die Stufen 1 und 2 indizierten keine Bel stigung Da sich lediglich 20 aller Bel stigungseinstufungen in den Laborstudien und nur 4 aller Einstufungen in den Felduntersuchungen auf die Stu fen 4 und 5 verteilen erfolgte keine Betrachtung der Bewertungen auf den oberen 25 30 der Skala die nach dem so genannten Schultz Kriterium 3 5 die Gruppe der ziemlich be l stigten Personen highly annoyed konstituieren Eine Beschr nkung auf diesen Anteil der Personen hat zudem den Nachteil dass der quantitativ ebenfalls bedeutende Teil der Per 3 10 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr sonen deren L rmbel stigung im mittleren Bereich der verwendeten Antwortskala liegt ig noriert wird Da in der Literatur sowohl der Las eg 3 6 als auch der Las max Zusammen mit der Anzahl an Flugl rmereignissen 3 7 8 als valide physikalische Indikatoren zur Beschreibung der Flug larmbel stigung angesehen werden wurden f r die Laborerhebungen jeweils zwei logisti sche Regressionsmodelle entwickelt F r die Feldstudien wurde f r die Anzahl an n chtli chen Flugereignissen und den Las e je ein spezifisches Modell abgeleitet In alle Modelle wurden fl
31. rm e Interaktionsl rm e Validierungsmessungen In der abschlie enden Zusammenfassung wird die Zielerreichung dann im Einzelnen darge stellt 5 3 1 _ Fahrwerksl rm Basierend auf den Erkenntnissen zur Schallabstrahlung von A320 Flugzeugfahrwerken aus einer fr heren Auftragsarbeit konnten im Rahmen der Mitarbeit im EU Projekt RAIN an A340 Fahrwerken Ma nahmen zur L rmminderung entwickelt und deren Wirksamkeit durch L rmmessungen im Windkanal DNW LLF nachgewiesen werden Da ein Flugzeugfahrwerk infolge der Umstr mung seiner komplexen Mechanik ein Cluster von Str mungsschallquellen darstellt kann eine L rmminderung nur durch str mungsg nsti ge Verkleidungen der bez glich L rmabstrahlung wesentlichsten Baugruppen erfolgen wenn nicht eine l rmarme Gestaltung schon im Entwurfsstadium bei Neuentwicklungen realisiert werden kann Nachr stbare L rmminderungsma nahmen f r heutige Fahrwerkskonfigurati onen m ssen allerdings vielen Randbedingungen Rechnung tragen die neben der Funktio nalit t im Zusammenhang stehen mit Sicherheitsaspekten Standzeit am Boden und Kosten durch Zusatzgewicht oder erh hten Wartungsaufwand Als Ergebnis umfangreicher Windkanalmessungen wurde f r eine erfolgreiche L rmminde rung die Verkleidung folgender Fahrwerkskomponenten ermittelt angegeben in der Reihen folge ihrer Wichtigkeit e Drehgestell e Bremsen e Felgenhohlr ume e Gelenkverbindungen e Schachtt r Bein Kombination
32. sollten die folgenden Ziele erreicht werden e Definition verbesserter Flugverfahren unter Ber cksichtigung der Einfl sse auf Si cherheit Arbeitsbelastung der Piloten Passagierkomfort und Treibstoffverbrauch e Bewertung der verbesserten Verfahren hinsichtlich ihres L rmminderungspotentials gegen ber den Referenzverfahren Einsatz von Rechnersimulationen und Flugversu chen zur Kl rung flugbetrieblicher Probleme Optimierung f r den Nachtflugbetrieb e Erstellung von Konzepten zur Integration verbesserter Verfahren in moderne Air Traf fic Management Systeme Insbesondere beim Anflug sollte im erweiterten Flughafenbereich durch verbesserte Verfah ren eine Minderung der L rmbelastung um 3 dB erreicht werden Beim Abflug wurden M g lichkeiten zu einer lokalen Optimierung der L rmbelastung durch geeignete Streckenf hrung und Navigation untersucht Formelzeichen Ca Auftriebsbeiwert Cw Widerstandsbeiwert F rax Maximalschub Fig Erforderlicher Schub Figle Leerlaufschub G Gewichtskraft g Erdbeschleunigung H Steigrate V Fluggeschwindigkeit V Zeitliche nderung der Fluggeschwindigkeit Vx Geschwindigkeit des steilsten Steigfluges Vy Geschwindigkeit der maximalen Steigrate W Widerstand 6 1 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR Abk rzungen AGL Above Ground Level ATA Air Transport Association BMBF Bundesministerium f r Bildung und Forschung CDA Continuous D
33. tzt in bis zu 1500 Radialmoden zerlegt Dies erm glichte die Berechnung der von den dominanten Frequenzen in und gegen die Str mungsrichtung ab gestrahlten Schallleistung Der Einfluss verschiedener Austrittleitgitterkonfigurationen ein Ergebnis der modalen Zerlegung ist in Abbildung 4 20 abgebildet konnte so qualitativ und quantitativ bewertet werden 4 14 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr BPF 123 une dann nn nen nn mm nn mn m ne el on 0 nn nn nn nn nun nn nn nn nn nt che nn nun De Pe Para Pe 7 Di 0 20 40 60 80 100 120 rotor speed harmonics Abbildung 4 19 Spektrum eines Miniaturdrucksensoren im Auslauf der Turbine Deutlich sichtbar sind die dominanten Blattfolgefrequenzen der drei Rotoren BPF1 BPF3 Te E SU MR S AR SV nd A dB m P 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 azimuthal mode order m azimuthal mode order m no EGV 74 speed 12 EGV 74 speed Abbildung 4 20 Modenspektrum der Blattfolgefrequenz von Rotor 1 bei 74 der Auslegungsdrehzahl Das rechte Bild zeigt die abgestrahlten Mo den ohne eingebautes Austrittleitgitter das linke die Streuung dieser Moden am eingebauten Standardaustrittsleitgitter 4 5 Zusammenfassung Die Arbeiten im Projekt besch ftigten sich vor allem mit der Entwicklung technischer Ma nahmen die zu einer erheblichen Minderung der Triebw
34. vermessen wurden L rmrelevante Abstr mgeschwindigkeit _ BEN oO am Reference Gap Width V 50 m s 0 91 Gap Width V 50 m s a 0 85 Gap Width V 50 m s 0 _ Q O 1 3 oct Band Level L dB S S N O 10 10 1 3 octave Band Frequency kHz Abbildung 5 4 L rmminderungspotenzial von 10 dB durch Verringerung der Spaltbreite mit bis zu 4 Verlust an Maximalauftrieb Die Korrelation lokaler Str mungsfeldgr en aus CFD Rechnungen mit gemessenen Schalldruckspektren zeigt dass die r ckseitige Abstr mgeschwindigkeit an der oberen Hin terkante des Vorfl gels die Schallabstrahlung am deutlichsten beeinflusst So konnte durch eine systematische Verringerung der Vorfl gelspaltbreite bis auf 85 des Ausgangszu stands eine betr chtliche L rmminderung erreicht werden die zum gro en Teil durch die mit der Spaltverengung verbundene Absenkung der Abstr mgeschwindigkeit an der Vorfl gelhinterkante verursacht wird Abb 5 4 Die gleichzeitig f r eine Verengung der Spaltweite berechnete Absenkung des Maximalauftriebsbeiwertes blieb dabei unter 4 Diese Parame 5 5 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr terstudie zeigt die Notwendigkeit die Optimierung von Vorfl geleinstellungen k nftig in Ab stimmung zwischen aerodynamischem und akustischem Verhalten vorzunehmen Vorfl gell rm weist maximale Pegel bei einer mit der Vorfl gelsehne und der
35. 0 3000 4000 5000 Frequency Hz Abbildung 4 17 Ergebnis einer Minderung des Tonpegels bei der Blattfolgefrequenz durch Beeinflussung der Str mung an der Blattspitze 4 13 Leiser Flugverkehr 2 Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr A 4 4 Schallfeldanalysen Von den weiteren Arbeiten im Rahmen des Projektes soll auf besondere Beitr ge des DLR hingewiesen werden mit denen die Entwicklung leiser Triebwerke bei der Industrie unter st tzt wird Rotor 2 Rotor 3 Z 123 Z 77 Z 14 BOB SEE Q Soona aaa a aaa Sensor position Abbildung 4 18 Skizze des experimentellen Aufbaus der akustischen Turbinenun tersuchungen in Kooperation mit MTU Aero Engines M nchen Die Fotos zeigen einen von sechs eingesetzten Sensorrechen und eine Schaufel des austauschbaren Austrittsleitgitters Neue Triebwerkskomponenten wie Fans Verdichter und Turbinen werden stets auf Pr f st nden untersucht Das DLR hat im Rahmen des Projektes Verfahren zur Analyse des Schallfeldes in den Str mungskan len weiterentwickelt mit denen die Schallemission der neuen Komponenten bereits auf dem Pr fstand ermittelt werden kann So konnte in Zusam menarbeit mit der MTU Abbildung 4 18 zeigt eine Skizze des experimentellen Aufbaus mit Fotos eines Sensorrechens und einer Schaufel des austauschbaren Austrittsleitgitters die leiseste Turbine einer Reihe von Varianten ermittelt werden Dazu wurde das Schallfeld hin ter der Turbine rechnerunterst
36. 001 pp 27 33 2001 Dobrzynski W Pott Pollenske M Slat Noise Source Studies for Farfield Noise Prediction 7th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference Maastricht The Netherlands May 28 30 2001 Dobrzynski W Gehlhar B Buchholz H RAIN Task 3 2 High Lift Devices Noise Reduction Study A320 Full scale Wing in DNW LLF DLR IB 129 01 18 Braun schweig 2001 Dobrzynski W Stand der Flugl rmforschung Nationale und Internationale For schungsvorhaben Eingeladener Vortrag zum DGLR Workshop Reduzierung des Flug rms Wo liegen die Ziele und Grenzen der Machbarkeit Frankfurt 30 11 2001 Dobrzynski W L rmminderung an der Quelle Technische Entwicklungen Einge ladener Vortrag zum Seminar Umweltrecht Universit t Hamburg 10 Juni 2002 Dobrzynski W Chow L C Guion P Shiells D Research into Landing Gear Air frame Noise Reduction AIAA 2002 2409 8th AIAA CEAS Aeroacoustics Confer ence Breckenridge Colorado USA June 17 19 2002 Pott Pollenske M Dobrzynski W Buchholz H Gehlhar B Walle F Validation of a Semiempirical Airframe Noise Prediction Method through Dedicated A319 Fly over Noise Measurements AIAA 2002 2470 8th AIAA CEAS Aeroacoustics Confer ence Breckenridge Colorado USA June 17 19 2002 5 13 Leiser Flugverkehr 5 16 5 17 X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr 7 Chow L C Dobrzynski W Landing
37. 1998 das Verh ltnis der larmabh ngigen Komponente zur Passagiergeb hr insgesamt umgekehrt hat Trotz weiterer aktuell bis zu sechs unterschiedli 7 10 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr cher Zuschl ge f r L rm und Schallschutz die hier immer in den gr nen S ulen enthalten sind hat sich das bis zur Gegenwart nicht ge ndert B 747 400 in Bonusliste e MTOW 395 t max 390 Sitze mit 280 Pass e im Interkontinentalverkehr Flughafen FRA E Passagiergeb hr E gewichtsabh ngige Geb hr MTOW eab 2001 incl L rmzuschlag eab 2002 zus tzlich Schallschutz und L rmzuschl ge in Tausend Euro TAG NACHT TAG NACHT 1990 1998 2001 1 5 2004 Abbildung 7 2 Landegeb hrenentwicklung Beispiel Flughafen Frankfurt Wegen der Absenkung dieser Komponente und der berproportionalen Anhebung der Pas sagiergeb hr im Beispiel ber 170 wird die Wirksamkeitsschwelle l rmabh ngiger Lan degeb hren m glicherweise nicht erreicht Von keinem Flughafen wurden im brigen empiri sche Belege f r l armmindernde Wirkungen der Landegeb hren in Abh ngigkeit von ihrer Ausgestaltung erbracht Die Folgen sind dass unter diesen Umst nden f r Fluggesellschaften auch nicht ausgelaste te Fl ge attraktiv sein k nnen was sich tendenziell kontraproduktiv auf L rmminderungsziele auswirkt Bezogen auf das Beispiel sei auch erw hnt dass ber den Bet
38. 49 EG des europ i schen Parlaments und des Rates vom 25 Juni 2002 ber die Bewertung und Be k mpfung von Umgebungsl rm Luxemburg 25 Juni 2002 Amtsblatt der Europ i schen Gemeinschaften L189 12 vom 18 7 2002 Kommission der europ ischen Gemeinschaften Empfehlung der Kommission vom 6 August 2003 ber Leitlinien f r die ge nderten vorl ufigen Berechnungsmethoden f r Industrie Flug Stra enverkehrs und Eisenbahnl rm und diesbez gliche Emissi onsdaten Br ssel 6 August 2003 Amtsblatt der Europ ischen Gemeinschaften 1212 49 vom 22 8 2003 Isermann U Schmid R Bewertung und Berechnung von Flugl rm Untersuchung im Auftrag des Bundesministers f r Verkehr FB L 2 96 50144 96 G ttingen Juli 1997 Der Bundesminister des Innern Bekanntmachung der Datenerfassungssysteme f r die Ermittlung von L rmschutzbereichen an zivilen DES und milit rischen Flugpl t zen DES MIL sowie einer Anleitung zur Berechnung AzB Gem Ministerialblatt 26 Ausgabe A Nr 8 126 227 Bonn 10 M rz 1975 Gulding J M Olmstead J R Fleming G C Integrated Noise Model INM Version 6 0 User s Guide Department of Transportation Federal Aviation Administration Re port No FAA AEE 99 03 September 1999 European Civil Aviation Conference ECAC Report on Standard Method of Comput ing Noise Contours around Civil Airports ECAC CEAC Doc 29 1 Edition 1986 2 Edition 1997 European Civil Aviation Conference ECAC
39. 9 dB entspricht 7 5 Zusammenfassung Im Hauptarbeitspaket 4 wurde zun chst ein Vergleich von 590 Verkehrsflugh fen weltweit in Bezug auf die Anwendung von L rmminderungsmafsnahmen untersucht Es konnten zehn Ma nahmengruppen identifiziert werden die von den Flugh fen zum Teil in sehr unter schiedlicher Auspr gung angewendet werden Neben diesen international dokumentierten Ma nahmen wurden solche untersucht die teil weise noch nicht oder nur in Deutschland und angrenzenden Staaten angewendet werden Es lassen sich folgende Mafl nahmengruppen unterscheiden direkt l rmbezogene Ma nah men l rmabh ngige Start Landegeb hren L rmkontingente L rmpegelbegrenzungen indirekte oder flugbewegungsbezogene Ma nahmen Betriebszeitenbeschr nkungen Be wegungskontingent Frequenzbegrenzung Flugzeuggr enbeeinflussung Flug hafenkooperation administrative Verkehrsverlagerung Modal Split Beeinflussung L rm und Flugbewegungsbezogene Ma nahmen Betriebszeitenbeschr nkung Bewegungs L rmkontingentierung vorgelagerte Verfahren zur Einf hrung von Ma nahmen Mediation Incentives f r Leistungsanbieter Verfolgung von L rmverst en Ma nahmen zur Erh hung der L rmakzeptanz und zur Verminderung der L rmexposition der betroffenen Bev lkerung Incentives f r L rmbetroffene Fl chennutzungspolitik Die einzelnen Ma nahmen wurden mit Hilfe einer Literaturanalyse und einer Befragung der Umweltreferenten der 18 intern
40. Abbildung 5 8 Aeroakustische Untersuchungen im AWB zur Minderung des Hinterkantenl rms durch B rstenkanten In diesem Grundlagenexperiment werden insbesondere die Einfl sse der wesentlichen Aus legungsparameter von B rstenkanten wie z B Dicke Dichte L nge und Flexibilit t im Hin blick auf das erreichbare L rmminderungspotenzial ermittelt F r die Beschreibung der Quellmechanismen sollen dar ber hinaus die Zusammenh nge zwischen den akustischen Messgr en und den station ren und instation ren Str mungsgr en im Kantenbereich be stimmt werden 5 4 11 17 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 5 3 3 Interaktionsl rm Zus tzlicher Str mungsl rm kann entstehen wenn der turbulente Str mungsnachlauf von Fahrwerken auf stromab ausgefahrene Landeklappen auftrifft Die Identifizierung und Quanti fizierung dieser Interaktionsl rmquellen ist infolge ihrer r umlichen N he zum Fahrwerk aus den Ergebnissen von berflugmessungen aber praktisch nicht m glich Daher wurden Mo delluntersuchungen Ma stab 1 13 bez glich dem A340 zur Bestimmung der Interaktions l armcharakteristika am generischen 2D Hochauftriebsmodell im AWB in Kooperation mit dem NLR durchgef hrt Diese Arbeiten waren auch Bestandteil des EU Projekts SILENCER Das entsprechende Arbeitspaket in SILENCER umfasste auch systematische Untersuchun gen der Nachlaufstr mungen der Gesamtanordnung Hauptfahrwerk Fahrwerks
41. Anstr mge schwindigkeit gebildeten Strouhal Zahl von St 2 auf siehe Abb 5 3 Bei L rmmessungen am generischen 2D Modell treten gerade in dem hier zugeh rigen Frequenzbereich starke Tonph nomene auf die durch Transitionsstreifen an der unteren Vorfl gelabstr mkante be seitigt oder stark gemindert werden k nnen hnliche Tonph nomene wurden auch schon bei 3D Hochauftriebskonfigurationen beobachtet allerdings in deutlich abgeschw chter Form Der Mechanismus der Tonentstehung konnte trotz detaillierter Untersuchung dieses Problems bis heute noch nicht genau gekl rt werden Es kann aber davon ausgegangen werden dass hier ein R ckkoppelungsmechanismus vorliegt der seine Anregung aus spannweitig koh renten Fluktuationen des R ckseitenwirbels infolge laminarer Abl sung an der unteren Vorfl gelkante bezieht Die umfassende Bewertung der aus den experimentellen Untersuchungen ermittelten Eigen schaften des Vorfl gell rms f hrte f r die Quellmodellierung zum Ansatz einer spannweiti gen Verteilung von kompakten Dipolquellen an der Hinterkante des Vorfl gels Abb 5 5 Dabei wird ber cksichtigt dass im wesentlichen Frequenzbereich Strouhal Zahlen um 2 die Schallwellenl nge deutlich gr er ist als die Vorfl gelsehne Verteilung von kompakten Dipolen Vorfl gel Abbildung 5 5 Dipol Quellmodell zur Simulation des Umstr mungsger usches vom Vorfl gel Demgegen ber ber cksichtigt dieses Quellmodell weder die Einfl
42. Bev lkerung im Umfeld Da die Ma nahmen nicht l rmmindernd wirken sind vor Anwendung unbedingt Bev lkerungsprognosen f r das Flughafenumfeld zu ber cksichti gen um das Risiko k nftig hoher Folgekosten auszuschlie en Eine Modal Split Beeinflussung also eine Verlagerung von Verkehr auf einen anderen Verkehrstr ger mit Wettbewerbsmitteln ist f r Flugh fen sehr schwierig Das Verkehrsange bot wird zun chst von den Fluggesellschaften und Reiseveranstaltern bestimmt M glichkei ten einer Verlagerung auf einen anderen Verkehrstr ger z B Bahn h ngen von der Lage des jeweiligen Flughafens und der Verkehrsinfrastruktur seines Umfelds ab wie direkter oder im Einzugsbereich vorhandener Fern Bahnhof mit leistungsf higer Direktverbindung zu einem HUB Flughafen Hierauf und das Wettbewerbsverhalten anderer Verkehrstr ger hat ein Flughafen keinen direkten Einfluss Liegen entsprechende Rahmenbedingungen vor kann eine Modal Split Beeinflussung z B durch Incentives f r Leistungsanbieter erzielt wer den Das bedeutet dass eine Fluggesellschaft vom Flughafen z B Verg nstigungen erh lt f r die sie im Gegenzug Fl ge auf einer bestimmten Relation einschr nkt oder einstellt Eine Ver nderung des Modal Split kann sich dann in der Folge ergeben wenn dieses Luftver kehrsaufkommen ganz oder teilweise auf einen anderen Verkehrstr ger bergeht Incentives f r Leistungsanbieter zur Minderung n chtlichen Flugl rms w ren Verg nsti g
43. Deutsches Zentrum F r Luft und Raumfahrt e V Leiser Flugverkehr N Zusammenfassender Projekt Abschlussbericht 5 Juli 2004 DLR Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Inhaltverzeichnis Inhaltverzeichnis Einleitung 1 Hintergrund des Projektes 2 Ziele des Projektes 3 Humanspezifische Wirkung des Nachtflugl rms 4 Minderung des Triebwerksl rms 9 Minderung des Umstr mungsl rms 6 L rmarme Flugverfahren T Verkehrspolitische L armminderungskonzepte 8 Flugl rmberechnungsverfahren 9 Schallausbreitungsmodelle 10 Zusammenfassung der Projektergebnisse 1 1 4 1 5 1 6 1 1 1 8 1 9 1 10 1 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr 7 Einleitung Der vorliegende Bericht stellt eine zusammenfassende Darstellung des DLR Projekts Leiser Flugverkehr dar Er gliedert sich wie folgt Im Kapitel 1 wird auf die Hintergr nde eingegangen die letztendlich zur Initialisierung des Projekts f hrten Die generelle Zielsetzung des Projektes die Projektstruktur sowie die speziellen Ziele der einzelnen Arbeitspakete werden im Kapitel 2 behandelt Die folgenden Kapitel beschreiben die Arbeitspakete in detaillierterer Form Ziele Forschungsans tze und durchgef hrte Arbeiten Im Kapitel 3 werden die Aktivit ten zur Definition eines Kriteriums zur Beschreibung der humanspezifischen Wirkungen von Nachtflugl rm dar
44. Einf hrung der Verfahren zu erm glichen Ebenfalls empfiehlt es sich das gewonnene Know how aus dem Optimierungsprozess direkt in die Auslegung von bord und bodenseitig ben tigter Ausr stung zu investieren um mit zuk nfti gen Flugzeugtypen ein noch deutlicher reduziertes L rmimmissionsniveau und das Fernziel des Leisen Luftverkehrs zu erreichen 6 7 Schrifttum 6 1 Boeing Commercial Airplanes Statistical Summery of Commercial Jet Airplane Ac cidents Worldwide Operations 1959 2002 Airplane Safety Seattle Mai 2002 6 2 Deutsche Lufthansa AG Lufthansa Gesch ftsbericht 2001 K ln Juni 2002 6 3 ICAO Procedures for Air Navigation Services Aircraft Operations Volume 1 Flight Procedures 4 Edition Amnd 11 Part V Noise Abatement Procedures Chapter 3 6 4 Brockhaus R Flugregelung Springer Verlag Berlin Heidelberg 1994 6 5 Perez Diestro J Sourdine II D3 1 1 Definition of new noise abatement proce dures Ingenieria y Economia del Transporte 2003 6 6 Hamel P Noise abatement flight profiles for CTOL and WSTOL aircraft Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt f r Luft und Raumfahrt Forschungsbericht 71 10 1971 6 7 Saliaris C Untersuchungen von l rmarmen An und Abflugverfahren f r verschie dene Verkehrsflugzeuge Deutsches Zentrum f r Luft und Raumfahrt e V Institut f r Flugsystemtechnik Braunschweig Institutsbericht IB 111 2004 04 6 18 Leiser Flugverkehr aD Abschl
45. Gears Airframe Noise Research Study 9th International Congress on Sound and Vibration Orlando Florida USA July 8 11 2002 Mau K Dobrzynski W Anordnung zur Minderung des aerodynamischen L rms an einem Vorfl gel eines Verkehrsflugzeuges Deutsche Patentanmeldung 101 57 849 0 5 18 Alvarez Gonzalez J Prognoseverfahren f r den Umstr mungsl rm von Flugzeug 5 19 5 20 5 21 fahrwerken DLR IB 124 02 30 Braunschweig 2002 Dobrzynski W Vereinfachtes Prognosemodell f r den Hochauftriebsl rm DLR IB 124 03 25 Braunschweig Juli 2003 Dobrzynski W Assessment of slat and flap side edge noise reduction potential from farfield noise measurements Confidential SILENCER project report DLR IB 124 03 40 Braunschweig December 2003 Pott Pollenske M Alvarez Gonzalez J Dobrzynski W Effect of Slat Gap on Far field Radiated Noise and Correlation with Local Flow Characteristics AIAA 2003 3228 9th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference Hilton Head South Carolina USA May 12 14 2003 5 14 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 6 L rmarme Flugverfahren Hauptarbeitspaket 3 Dr Reinhard K nig E Mail reinhard koenig dlir de DLR Institut f r Flugsystemtechnik Braunschweig Raimar Stump E Mail raimar stump dlr de DLR Institut f r Flugf hrung Braunschweig 6 1 _ Forschungzsziel Im Rahmen des Hauptarbeitspakets 3
46. Grund der Meteorologie und Bodeneinfl sse f r eine gro Be Anzahl von Situationen berechnet Die Situationen charakterisieren meteorologische Zu st nde die Entfernung zwischen dem Flugzeugfu punkt und dem Empf nger den Winkel zwischen Windrichtung und Ausbreitungsrichtung die Flugzeugh he und die Frequenz Ins gesamt ergeben sich ca 65000 Kombinationen 9 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 9 5 1 Meteorologische Klassen Es werden meteorologische Klassen eingef hrt die auf den Ausbreitungsklassen d h einer Kombination aus Windgeschwindigkeits und Stabilit tsklassen nach Klug Manier beruhen H ufigkeitsstatistiken der Ausbreitungsklassen werden vom Deutschen Wetterdienst bereit gestellt Vilom 5 m s Viom 10 m s Vilom 20 m s Stabilit tsklassen IV und V labil Stabilit tsklassen 11 1 und III 2 neutral Stabilit tsklassen und Il Stabil Tabelle 9 2 Zw lf Ausbreitungsklassen gr n als Kombination von Wind geschwindigkeits und Stabilit tsklassen 9 5 2 Richtungs und Entfernungsklassen Der Winkel zwischen Windrichtung und Ausbreitungsrichtung wird in 12 Klassen mit einem Richtungsinkrement von 30 eingeteilt Die Entfernung zwischen Flugzeugfu punkt und dem Empf nger wird in acht Klassen mit den Nennwerten 50 100 200 400 800 1600 3200 und 6400 m eingeteilt 9 5 3 Flugh henklassifizi
47. Hoch auftriebssystemen herangezogen werden Flyover Test 2 M S eoee 89 M S Wind Tunnel Test 50 mis Excess engine noise contributions Normalized Level L om 0 1 1 0 10 0 St fm C V Abbildung 5 11 Vergleich normierter Umstr mungsger uschspektren aus Wind kanal und berflugmessungen f r den berflugpunkt entspre chend einem Abstrahlwinkel von 90 Zum Vergleich von L rmdaten f r den A320 A319 aus Windkanal und Flugversuchen wur den beide Datens tze entsprechend den im vereinfachten Quellmodell Ergebnisse aus 5 3 2 2 verankerten Parameterabh ngigkeiten normiert Abb 5 11 zeigt den Vergleich der Terzpegelspektren aus Windkanal und Flugversuch f r den senkrechten berflugpunkt F r den Bereich kleiner Strouhal Zahlen zwischen 1 bis 3 ergibt sich eine zufriedenstellende U bereinstimmung der Messergebnisse w hrend bei gro en Strouhal Zahlen Frequenzen das Umstr mungsger usch im Fluge immer noch vom Triebwerksl rm berdeckt wird Den Vergleich der polaren Abstrahlrichtcharakteristika aus Windkanal und Flugversuch zeigt Abb 5 12 f r die vom Vorfl gell rm bestimmten Pegel bei einer Strouhal Zahl von 1 8 Es zeigt sich gute bereinstimmung sowohl hinsichtlich des absoluten Pegels als auch der Richtwirkung 5 15 9 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Wind Tunnel Test Dpt 432 Dpt 511 ei Dpt 492 Dpt 506
48. Im Einzelnen sollen die folgenden Ziele erreicht werden e Erarbeitung von Konstruktionsvorschl gen zur Minderung des Fahrwerksl rms um 3 dB e Aufkl rung der Entstehungsmechanismen von tonalem und breitbandigem L rm am Vorfl gel und an der Landeklappenseitenkante e Entwicklung von Technologien zur L rmminderung an Hochauftriebssystemen um 3 dB und Kl rung der Wirkungsmechanismen e Aufkl rung der Einfl sse der Klappenstellungsparameter auf den L rm von Hochauftriebssystemen e Quantifizierung des Wechselwirkungsl rms Fahrwerk Klappe und Entwicklung von L rmminderungstechnologien e Validierung der Windkanalmessergebnisse durch berflugl rmmessungen un ter kontrollierten Bedingungen f r Prognosezwecke Im Ergebnis soll bei dominierendem Umstr mungsger usch im Landeanflug eine Halbierung der am Boden auftreffenden Schallenergie erreicht werden 5 2 Methodik Numerische Verfahren der CAA Computational AeroAcoustics zur Beschreibung der we sentlichen Umstr mungsl rmquellen an Verkehrsflugzeugen hatten in den vergangenen Jah ren noch nicht den Stand erreicht dass ihre Anwendung bei technisch relevanten Konfigura tionen das Erreichen der Projektziele erm glicht h tte Daher basieren die Arbeiten zur Kl rung von Schallquellmechanismen und zur Entwicklung von L rmminderungsma nahmen auf experimentellen Untersuchungen in aeroakustischen Windkan len Diese sind der Deutsch Niederl ndische Windkanal DNW LLF und d
49. Industriekoopera tionen z T im Rahmen von EU Projekten mit MTU BMW RR DaimlerChrysler Forschung und Technik DaimlerChrysler Aerospace Airbus Rolls Royce SNECMA Airbus und Mes sier Dowty sowie Kooperationen mit den Gro forschungseinrichtungen NLR und ONERA Mit weiteren Firmen erfolgte ein enger Informationsaustausch Insbesondere MTU BMW RR und DaimlerChrysler Aerospace Airbus haben das Projekt aktiv mit unterst tzt Die Arbeiten zu l rmmindernden Flugverfahren erfolgten in Abstimmung und Kooperation mit der Deutschen Lufthansa und der Deutschen Flugsicherung In den Arbeitspaketen zu verkehrspolitischen Ma nahmen und zur Flugl rmprognose wurde auf die langj hrigen intensiven Kontakte zu den deutschen Verkehrsflugh fen und den ma geblichen Beh rden zur ckgegriffen 1 4 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 2 Ziele des Projektes 2 1 bergeordnetes Ziel Das Projekt war l ngerfristig angelegt und setzte in einem offenen Netzwerk mit Partnern einen erkennbaren Schwerpunkt der Flugl rmforschung in Deutschland Dabei sollten nicht nur technologische und operationelle Grundlagen zur Reduktion der L rmbelastung geschaf fen sondern auch die Relationen und Wechselwirkungen von L rmemission immission und L rmwirkung beleuchtet werden Zielsetzung war die sukzessive Bereitstellung verl sslicher Methoden gesicherter Daten und technisch machbarer L sungen um in Zukunft das
50. Minderung des Tonpegels um 12 dB Die Regelung wurde mit 2 Mikrofon ringen mit jeweils 8 Fehlermikrofonen und mit 2 Ringen mit jeweils 8 Lautsprechern durchge f hrt Geregelt wurde ausschlie lich die dominante Umfangsmode m 1 die sich aus 2 Radialmo den zusammensetzt Durch die Regelung lediglich zweier Freiheitsgrade von insgesamt 16 war das Regelungssystem extrem robust Die aktive Regelung erfolgt im Frequenzbereich und wird nicht in Echtzeit mit einem PC und Low Cost Hardware durchgef hrt Die Regelung kann nur die rotor koh renten Schallanteile vermindern Ohne Regelung Mit Regelung 110 100 90 SPL dB 70 0 500 1000 1500 2000 2500 Frequenz Hz Abbildung 4 15 Versuchsergebnis mit dem modalen Regelverfahren zur aktiven Schallminderung Die aktive L rmminderung mit Gegenschall durch Lautsprecher funktioniert und zwar mit einer aufw ndigen konventionellen Methode ebenso wie mit einem neuen im Rahmen des Projektes entwickelten einfacheren Verfahren 4 3 3 Aktive L rmminderung durch Str mungsbeeinflussung Im Rahmen des Projektes wurde eine dritte Methode der aktiven L rmminderung erprobt die von Mitarbeitern des DLR entwickelt wurde Es handelt sich um die Erzeugung von Gegen schall an den Rotor und Stator Schaufeln durch aktive Beeinflussung der Str mung um die Schaufelspitzen Wenn dieses Verfahren erfolgreich ist dann kann man auf den Einbau von Lautsprechern in Flugtriebwerken verzicht
51. POD mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen oder dem Piloten w hrend der Prozedur Korrekturmalsnahmen vorzuschlagen 6 14 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR 6 4 Demonstration der Fliegbarkeit eines SCDA Das vom DLR betriebene Versuchsflugzeug ATTAS Advanced Technologies Testing Aircraft System eignet sich besoders f r eine Demonstration der Fliegbarkeit eines SCDA Entsprechende Flugversuche wurden in einem Festsitzsimulator vorerprobt und am Forschungsflughafen Braunschweig durchgef hrt Der Anflug von Osten auf Braunschweig weist gewisse Besonderheiten auf So liegt die Zwischenanflugh he bei 2000 ft d h 1000 ft tiefer als im Normalfall und der Gleitpfad ist mit 3 5 im Vergleich zu den blichen 3 steiler rote Kurve in Abbildung 6 11 Die gr ne Kurve im Bild zeigt das H henprofil des verwendeten LDLP Referenzfalles dar r000 m u Tr amp POINT OF DESCENT ie r APPROACH FLAPS 6000 wa an GEAR DOWN 5000 ss can i Mii LANDING FLAPS 290 kts helow i ia GLIDE PATH INTERCEPT Braunschweig L Low Drag Low Power r h 3 5 Glide Path Altitude ft E 3000 Reference 3 GP Zn Reference 2000F Low Drag Low Power i n ORR AER 1000 Braunschweig 3 5 GP a a L Ik Aproach Qute 0 Segmented Continuous Descent Landebahnschwelle Bi Marker We 25 20 15 10 5 0 Distance to Threshold NMI Abbildung 6 11 Gestaltung eines SCDA a
52. Praxis benutzten Verfahren weisen hier hinsichtlich der Modellierung der meteorologischen Einfl sse Wind und Temperatur starke Defizite auf Im Projekt wurde ein physikalisch umfassendes und daher entsprechende aufw ndiges und rechenzeitintensives Modell zur Beschreibung der gekoppelten Wirkung von Boden und Atmosph re auf die Schallausbreitung erarbeitet Dieses stellt einen vollkommen neuartigen integrierten Ansatz zur Behandlung des Problems dar Aus dem Modell wurde dann ein prak tisch umsetzbares vereinfachtes Verfahren abgeleitet Dieses hat den Vorteil dass es auch in die vorhandenen konventionellen Flugl rmberechnungsverfahren integriert werden kann Das Ausbreitungsmodell wurde dann in ein neu erarbeitetes Simulationsverfahren f r Flug l rm integriert Das Verfahren basiert auf einer Teilschallquellenmodellierung und ber ck sichtigt separat die Effekte von verschiedenen Triebwerks und Umstr mungsl rmkompo nenten Das entsprechende Rechenprogramm wurde zur Auskopplung einzelner Module in Form von Black Boxes konzipiert und kann auch mit Flugsimulatordaten gekoppelt werden Das Modell ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Datengrundlage prim r f r folgen de Anwendungsbereiche geeignet Optimierung von Flugverfahren Einsatz erfolgte schon im Projekt Immissionsberechnungen f r exponierte Immissionsorte an denen konventionel le Verfahren versagen und die Verbesserung bestehender konventioneller Modelle Fazit War
53. Projektes 1 1 Problemstellung Der Flugl rm ist in Deutschland ein dr ngendes Umweltproblem das vor allem die Akzep tanz und die weitere Entwicklung des Luftverkehrs in Zukunft behindern kann In den letzten Jahren konnte der Flugl rm im Umfeld deutscher Verkehrsflugh fen durch Ausmusterung alter und lauter Flugzeuge vermindert werden Fortschritte vor allen Dingen auf dem Gebiet der Triebwerkstechnik haben in den letzten 30 Jahren zu einer Absenkung der spezifischen L rmemission von Flugzeugen um etwa 25 dB gef hrt Der Prozess der Ausmusterung ist heute aber nahezu abgeschlossen so dass in den kommenden Jahren bei steigendem Flug verkehr der Flugl rm wieder zunehmen wird sofern keine Gegenma nahmen ergriffen wer den Vor allem der n chtliche Flugl rm stellt ein ma gebliches Problem dar das gro e An strengungen verlangt damit die Flugl rmbelastung sowohl kurz als auch langfristig sinkt Dabei ist jedoch auch der strategischen und konomischen Bedeutung des Luftverkehrs Rechnung zu tragen Die weitere technische Reduktionsm glichkeit des Triebwerks und Zellenl rms wird von den Fachleuten auf etwa 10 dB eingesch tzt Dieses Potential wird allerdings nur mittel bis lang fristig vollst ndig aussch pfbar sein so dass andere kurzfristig wirksame L rmminderungs m glichkeiten ebenfalls in Betracht gezogen werden m ssen Dazu geh ren u a verbesserte An und Abflugverfahren und verkehrspolitische Ma nahmen Zur Beurte
54. Runden Tisch als Mediationsverfahren eingestuft S Maf snahmenbe schreibung unter 7 2 2 Diese wurden hinsichtlich ihrer Praktikabilit t im Zeitverlauf zunehmend positiver beurteilt 8 Immobilien und Fl chennutzungspolitik Bewertungen positiv f r Kategorien Praktikabilit t und Akzeptanz indifferent f r Ka tegorien L rmminderung und Luftverkehr negativ f r Kategorie Wirtschaft F r die verbleibenden untersuchten Ma nahmengruppen Bewegungskontingent L rmkon tingent Bewegungs L rmkontingent Frequenzbegrenzung Flugzeuggr enbeeinflussung Flughafenkooperation mit Flugl rmminderungsziel und administrative Verkehrsverlagerung wurden jeweils mindestens drei Kategorien vor allem fast immer die Praktikabilit t negativ bewertet Dies bedeutet dass die Tauglichkeit dieser Ma nahmen f r den Praxiseinsatz der zeit so gering einzusch tzen ist dass sie zumindest nicht generell im Rahmen eines Ma nahmenkatalogs zu empfehlen sind Abweichend von den Mafsnahmengruppen die vorrangig den Bewertungen der Flugh fen folgend als eher untauglich eingestuft wurden halten wir jedoch L rmkontingente als f r zuk nftig geeignete Ma nahmen Dies weil sie als transparent gut berpr fbar zielgenau und ergebnissicher einzustufen sind Obwohl insgesamt restriktiv bieten sie den Fluggesell schaften andererseits noch Handlungs oder Reaktionsm glichkeiten Zur Zeit sind allerdings noch ungel ste Probleme wie die Vereinbar
55. Schlafst rungen verhindert bzw stark einge schr nkt werden Folgende Ursachen erschweren den Nachweis eines kausalen Zusammenhangs zwischen Verkehrsl rm und langfristigen Gesundheitsst rungen der in erster Linie in epidemiologi schen Studien untersucht werden kann e Sehr lange Induktionszeiten bis zum Auftreten der untersuchten Erkrankung z B Herz infarkt e Wechselnde Expositionen L rmdosis ber lange Zeitr ume k nnen nur ungenau er fasst werden was zu m glichen Fehlklassifizierungen f hrt e Viele weitere Risikofaktoren f hren zu den untersuchten Krankheitsbildern Sind diese mit der Exposition assoziiert handelt es sich um so genannte Confounder die sorgf ltig kontrolliert werden m ssen um Verzerrungen Bias zu vermeiden e Die erwarteten Effekte sind relativ gering und k nnen deshalb nur mit sehr gro en Stich proben ermittelt werden Epidemiologische Studien und Untersuchungen zu akuten Wirkungen des n chtlichen Flug l rms sind keine konkurrierenden Studienformen Sie erg nzen sich sogar in dem Sinne dass viele St rken der einen Studienform die Schw chen der anderen sind und umgekehrt 3 7 2 2 Flugl rmbedingte Ver nderungen der Schlafstruktur In der Laborstudie wurden die Schlafstadienanteile aller L rmn chte unabh ngig von Anzahl und Maximalpegel der Flugger usche intraindividuell mit denen der Basisn chte verglichen Bei einer Gesamtschlafzeit von 7 Stunden und 24 5 Minuten war der Sc
56. Wachstum des f r Mobilit t und Wirtschaft wichtigen Flugverkehrs zu erm glichen und dabei den Flugl rm auf den Flughafennahbereich zu beschr nken Zur Erreichung dieser Ziele waren vielf ltige aufeinander abgestimmte oder vernetzte For schungsaktivit ten erforderlich e Bewertungskriterien f r humanspezifische gt Schaffung der wissenschaftlichen Nachtflugl rmwirkungen Grundlage f r gezielte L rm minderungsstrategien Technik und Betrieb und f r Planungsma nah men e Minderung des L rms an der Quelle gt Schaffung technologischer Grund Triebwerks und Umstr mungsl rm lagen f r leises Flugger t und von design to noise Verfahren Unter st tzung der Produktinnovation e Minderung der L rmbelastung am Boden gt Empfehlungen und Verfahren f r durch operationelle Ma nahmen Flugsicherung Fluggesellschaften l armarme An und Abflugverfahren und Flugh fen e Analyse und Bewertung verkehrspolitischer gt Empfehlungen an Gesetzgeber L rmminderungskonzepte Flugh fen und Fluggesellschaften e Schaffung hochwertiger gt Sachgerechte Absicherung ffentli L rmprognoseverfahren cher Planungen und gesetzgeberi scher Ma nahmen Die Arbeiten und ihre Ergebnisse wie auch die hier zu entwickelnden fortschrittlichen Date nerfassungs und Datenanalysetechniken k nnen zur L sung hnlicher Problemstellungen bei anderen Verkehrstr gern Stra en und Schienenfahrzeuge beitragen und f gen sich zur Reduzie
57. Zwischenbeschleunigungsh he 5000 ft mit der mod ATA Procedure und ICAO A Procedure 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Die Einf hrung dieser Zwischenbeschleunigungsphase bringt folgende Vorteile mit sich e n einem Bereich von 4 bis 15 km entsprechen 2 bis 8 nm nach dem Startpunkt ist die Distanz zwischen Beobachter und Schallquelle h her als bei bisherigen Verfahren wie z B dem mod ATA Procedure und somit eine geringere L rmimmission am Bo den vorhanden e Fr here Beschleunigungsphasen als bei aktuellen l rmg nstigen Verfahren wie z B dem ICAO A Procedure reduzieren sowohl Treibstoff als auch zeitlichen Bedarf des Verfahrens e _Nennenswerte Erh hungen der Pilotenbelastung finden nicht statt da lediglich eine weitere H he beachtet werden muss bei welcher die Zwischenbeschleunigungspha se abschlie t und die Endbeschleunigung durchgef hrt wird Das Verfahren ist so wohl manuell als auch halbautomatisch ber das zeitgerechte W hlen von Steigraten fliegbar e Durch flughafenspezifische Wahl der Zwischenbeschleunigungsh he je nach lokaler Bev lkerungsverteilung z B in direkter Umgebung zum Flughafen oder in weiterer Entfernung sind Anpassungen der L rmimmissionen m glich e Weitere L rmreduktionen sind durch zus tzliche Anhebung der H he der Schubre duktion von Start auf Reisesteigflugschub bei hnlichem Treibstoff und Zeitbedarf m glich
58. a die hier pr sentierten Mittelwerte die Leistung aller Probanden umfassen k nnte es sinn voll sein eine Differenzierung hinsichtlich der Teilnehmer vorzunehmen die von ihrem Schlafverhalten her besonders empfindlich auf die n chtliche L rmbeeinflussung reagierten und daher m glicherweise auch eine Beeintr chtigung ihrer Tagesleistungsf higkeit aufwei sen ebenso ist noch zu analysieren ob die Zahl der l rminduzierten Aufwachreaktionen besonders in dieser Gruppe einen berproportional h heren Einfluss aus bte als die reine Verminderung der Schlafzeit 3 8 Einschr nkungen und Vorteile der Studie Alle Ergebnisse beziehen sich auf die durch die Studie vorgegebenen Randbedingungen z B Alter und Gesundheitszustand der Versuchspersonen Auch wenn die Repr sentativi t t durch diese Randbedingungen eingeschr nkt ist so ist sie trotzdem deutlich h her als die Repr sentativit t der Studien die bisher auf diesem Gebiet mit vergleichbarem Ansatz durchgef hrt wurden In der vorliegenden Studie wurden nur akute d h prim re und sekund re Schlafst rungen untersucht Diese Studie ist keine epidemiologische Studie die notwendig w re um langfris tige Auswirkungen von Flug L rm auf die Gesundheit zu untersuchen Aus diesem Grund k nnen nur indirekte Aussagen ber langfristige Gesundheitsst rungen in dem Sinne ge macht werden dass mit langfristigen Gesundheitsst rungen dann mit gro er Wahrschein lichkeit nicht mehr zu re
59. aa a e aa a a a a kontingentierungen 3 L rmabh ngige Start undlandegesmen 2 rlal ofal w lol a EE Flugl rm Ben o z ala s o w ele z a L rmpegelbegrenzungen MPPI Gewer n s olal aful o lof o o Jal s L rmschutz programme C lole lolsl olo olol ER Verkehrsbeschr nkungen irom aruge 23 7 z wla of eoefl a o fel r nonm zeugen e lols elsloo lel o slal r von Chap 2 Flugzeugen 5 5 13 17 T7 Verkehrsbeschr nkungen r cnap srno e ololefel olol Io a Durchschnittliche Durchschnittliche An ne e EP DEP Re Er He Jel a s FI ER Durchschnittliche An werungmnomen 1 7 ulm zle o r e s e Absolutzahl Flugh fen 50 15 at 16 2 15 m o 41 o 30 27 1 F r Chap 2 Flugzeuge bestehen in der EU generelle Verkehrsbeschr nkungen die von EU Flugh fen teilweise nicht ausdr cklich angegeben wurden F r EU D gilt somit von eine durchg ngige Anwendung dieser Ma nahme Quelle Eigene Auswertung Airport Noise Regulations Datenbasis Boeing Company 10 03 Tabelle 7 2 Internationale Anwendung verkehrspolitischer L rmminderungs ma nahmen Basis 590 Verkehrsflugh fen weltweit Die weltweit am h ufigsten angewandten verkehrspolitischen L rmminderungsma nahmen sind mit 228 Anwendungen 39 Betriebszeitenbeschr nkungen oder Sperrstundenre gelungen f r Flugh fen w hrend der Nachtstunden Sperrstunden weisen 85 der deut schen und 68 der EU Flugh fen aus Hoch sind auch
60. altung der sicherheitskritischen und gesetzlichen Randbedingungen gew hrleistet ohne dabei die Pilotenbelastung stark zu erh hen Bez glich der Pilotenbelastung ist anzumerken dass eine Erh hungen durch Auslegung der Verfahren in Anlehnung an die Standard Betriebsverfahren der Deutschen Lufthansa DLH zu vermeiden versucht wird F r endg ltige Aussagen zu diesem Punkt w ren jedoch Simu latorstudien unter der Beteiligung von Linienpiloten notwendig 6 5 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 6 2 4 Ergebnis Sowohl die L rmberechnungen mit dem Integrated Noise Model INM FAA Entwicklung als auch mit SIMUL DLR Entwicklung zeigen die erwartete Dominanz des Triebwerksger u sches gegen ber dem Umstr mungsger usch der Flugzeugzelle was sich beim Landean flug durchaus umkehren kann Durch den vernachl ssigbaren Anteil des Umstr mungsl rms ergeben sich zwei Einflussgr en zur Reduktion der L rmimmission von Abflugverfahren e Reduktion des Schubniveaus e Maximierung der Distanz zwischen Quelle und Beobachter Simulationen f r Startverfahren mit reduziertem Startschub zeigten nur in unmittelbarer N he kann in den meisten F llen als Position noch auf dem Flugplatz angenommen werden zum Abhebepunkt L rmreduktionen w hrend auf Grund der verringerten Steigleistung die verbleibende Abflugstrecke deutlich h here L rmimmissionen aufwies Die Berechnungen mit reduziertem Startschu
61. angsl ufig eine enge Kooperation zwischen beiden Arbeitspaketen Der Erfahrungsaustausch ging hier in beide Richtungen F r die im Rahmen des HAP 3 notwendigen Berechnungen mit dem INM wurden Erfahrungen seitens der Prognosegruppe bereitgestellt w hrend diese bei der Implementation flugmechanischer Problemstellungen in das SIMUL Programm auf das Fachwissen der Arbeitsgruppe aus HAP3 zur ckgreifen konnte e Auch im Rahmen der Arbeiten an verkehrspolitischen Konzepten im HAP 4 wurde eng mit AP 5A kooperiert der Grundstein hierzu war schon Mitte der 90er Jahre in einer gemeinsamen Untersuchung f r den Flughafen Hamburg gelegt worden In der Praxis m ssen L rmminderungskonzepte ohnehin hinsichtlich ihrer Wirksamkeit durch L rm physikalische Untersuchungen berpr ft werden Entsprechend den Anforderungen der Arbeiten im HAP 4 wurde hier seitens der Prognosegruppe das Programm CEAR entwi ckelt das eine schnelle Analyse der Effizienz l armmindernder Ma nahmen erlaubt e Innerhalb des Hauptarbeitspakets 5 ergab sich zwangsl ufig eine enge Kooperation zwischen den Bereichen Prognose und Schallausbreitungsmodellierung Die gute Ab stimmung in beiden Arbeitsgebieten f hrte letztendlich dazu dass das entwickelte Schallausbreitungsmodell nicht nur speziell auf das SIMUL Verfahren zugeschnitten ist sondern auch in einfachere praxisn here Modelle implementiert werden kann e Entsprechendes gilt f r die beiden Arbeitspakete zur L rmminderu
62. arien k nnen Vergleichsrechnungen erstellt werden um die Wirksamkeit untersuchter Ma nahmen darzustellen Das Rechenbeispiel geht von einem fiktiven Flughafen mit Einbahnbetrieb aus dessen Ver kehrszusammensetzung an einen typischen Nachtflugbetrieb angelehnt ist Das L rmminde rungspotential wird abgesch tzt f r die Ersetzung aller B747 mit einem Verkehrsanteil von 1 durch jeweils zwei B767 Ebenso soll der Startpegel der kleineren 2 motorigen Typen wie A320 mit einem Verkehrsanteil von 50 durch technische Modifikationen an den Flugzeugen um 1dB abgesenkt werden Kontur nderung Light Fl che L night Abbildung 7 3 Strategiebeispiel zur Minderung des Nachtflugl rms Konturen L ignt nach EU Umgebungsl rmrichtlinie 7 15 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Das in Abbildung 7 3 dargestellte Ergebnis dieser Ma nahmen zeigt zun chst die Aus gangssituation mit den u eren blauen L rmkonturen Ausgewiesen ist der energie quiva lente Dauerschallpegel Laig der als harmonisierter Deskriptor f r die n chtliche L rmbelas tung in der EU Umgebungsl rmrichtlinie definiert ist Die inneren roten L rmkonturen repr sentieren den Effekt der angewandten Ma nahmen Sie zeigen deutliche Verkleinerungen der l rmbelasteten Fl chen Die Fl chen der darge stellten Konturen verringern sich zwischen 12 5 und 15 2 Was einer durchschnittlichen Minderung des Lion Zwischen 0 7 und 0
63. ationalen Flugh fen in Deutschland in Hinblick auf ihre Taug lichkeit f r eine signifikante L rmminderungswirkung berpr ft In der Erhebung wurden von den Flugh fen f r alle Ma nahmen die m glichen Auswirkungen auf den Luftverkehr die Wirtschaft die Akzeptanz bei den L rmbetroffenen und ihre Praktikabilit t bewertet Ergebnis ist eine Rangfolge von als besonders tauglich angesehenen Ma nahmen Start und Landegeb hrenspreizung nach ICAO L rmzertifizierung Individuelle Verfolgung von L rmverst en Start und Landegeb hrenspreizung nach gemessenem L rm Incentives f r L mbetroffene Modal Split Beeinflussung Incentives f r Leistungsanbieter Mediation Immobilien und Fl chennutzungspolitik AO N Die bewertende Analyse der Ma nahmen zeigte dass die Ausgestaltungsanforderungen f r einzelne Ma nahmen nur schwer zu erf llen sind Dies ist einerseits eine Folge der Ma ga be dass bei der Anwendung immer auf ein ausgewogenes Verh ltnis von kologie sprich L rmminderungswirkung und konomie also den wirtschaftlichen Auswirkungen auf die Akteure im Luftverkehr zu achten ist Andererseits konnten auch deutliche Anwendungsdefi zite festgestellt werden Im weiteren Verlauf der Studie standen theorieorientierte Ans tze zur Wirkung von Ma nahmen im Vordergrund Sie beinhaltet die Folgen der Marktstruktur im Luftverkehr f r Ge 7 16 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr D
64. ative Funktion des Schlafs und f r die Ged chtnis Konsolidierung zu sein wohingegen das Schlafstadium S1 und ins besondere der Wachzustand kaum bzw nicht zu dieser Erholungsfunktion des Schlafes bei tragen 3 5 Leiser Flugverkehr 2 Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr A Flugl rm kann zu St rungen unmittelbar in der Nacht prim re Schlafst rungen z B Auf wachreaktionen und am folgenden Tag sekund re Schlafst rungen z B erh hte Tages m digkeit f hren Gesundheitsst rungen aufgrund langfristiger Verkehrsl rmexposition ter ti re Schlafst rungen z B erh htes Herzinfarktrisiko werden kontrovers diskutiert s Abbil dung 3 2 FIMA z B vermehrt Aufwachreaktionen Elektro i l physiologie geringerer Tiefschlafanteil etc PA mene w hrend der Nacht z B erh hte Tagesm digkeit Se k un d ar ar dene Leistungstests Befragungen am folgenden Tag Reaktionsgeschw indigkeit etc u t e rt l aA r Gesundheitsst rungen nach Jahren Abbildung 3 2 Einteilung l rmbedingter Schlafst rungen In der vorliegenden Studie wurden nur akute d h prim re und sekund re Schlafst rungen untersucht Aus diesem Grund k nnen nur indirekte Aussagen ber langfristige Gesund heitsst rungen in dem Sinne gemacht werden dass mit flugl rmbedingten langfristigen Ge sundheitsst rungen dann mit gro er Wahrscheinlichkeit nicht mehr zu rechnen ist wenn flugl rminduzierte prim re und sekund re
65. aufkommens in der Vergangenheit ber lange Zeitr ume erhebliche L rmminderungen haupts chlich und regelm ig durch technische Verbesserungen an Flugzeugen verzeichnen konnten so dass keine besondere Dringlichkeit zum forcierten Ein satz anderer L rmminderungsma nahmen oder einer berpr fung deren Wirksamkeit be stand Dies bedeutete nicht wie die Dokumentation des Einsatzes verkehrspolitischer L rmminderungsma nahmen zeigt dass z B keine verkehrspolitischen L rmminderungs ma nahmen eingesetzt wurden Aber es unterblieben methodische berpr fungen der selbst angewandten Ma nahmen und es wurden auch keine Verfahren zur Dokumentation von Ma nahmewirkungen von Anbeginn ihrer Einf hrung entwickelt Ein eindeutiges Ergeb nis der Untersuchung ist auch dass bei den Gegebenheiten des in der Vergangenheit stark wachsenden Luftverkehrsmarktes die Ausgestaltungen der Einzelma nahmen wie Lande geb hrenspreizung fast immer unterhalb ihrer Wirksamkeitsschwelle blieben Als Grundlage zur Bewertung der Ma nahmen mussten daher Sch tzungen verwendet werden die sich in erster Linie auf Angaben der bei den Flugh fen durchgef hrten Erhebungen und die Litera tur und Einzelstudienanalyse st tzen Fluggesellschaften stellten hierzu leider nur in gerin gem Umfang verwertbare Stellungnahmen oder Daten zu ihren m glichen Reaktionen auf bestimmte Ma nahmen oder deren weitere Ausgestaltung zur Verf gung Dies war einer seits zun chst nicht a
66. b sollen jedoch nicht den aus der Praxis bekannten Flex Takeoff Thrust Anwendungen verwechselt werden Diese Startschubreduktion wird angewendet wenn ein geringeres als das maximal zul ssige Startgewicht vorliegt Durch die Reduktion werden in diesem Fall die Flugleistungsdaten soweit eingeschr nkt bis analoges Verhalten zum Flugbetrieb mit maximaler Abflugmasse und Vollschub vorliegt Daraus resultieren bei gleicher Distanz zum Beobachter verringerter Triebwerksl rm und verringerte Schadstoff emissionen Lange Steigphasen mit konstanter Geschwindigkeit in Umgebung von V und sp tes Be schleunigen bergen gro es L rmminderungspotential welches durch verl ngerte Flugzeiten und erh hten Treibstoffverbrauch erkauft wird Um den kapazit tsbezogenen und wirtschaftlichen Randbedingungen zu entsprechen sollte die Beschleunigungsphase von der anf nglichen Steiggeschwindigkeit blicherweise V2 10 kts in Umgebung von Vx zur Reisesteigfluggeschwindigkeit Vy m glichst rasch erfolgen Aufgrund von gesetzlichen Regelungen sind Geschwindigkeiten gr er als 250 kts im unteren Luftraum bis Flugfl che 100 3000 m verboten Durch die zus tzliche Bedingung ein m glichst rasch mit heutigen Mitteln einsetzbares Ver fahren zu bekommen sollte der Abflug sowohl automatisch als auch manuell durchf hrbar sein Daher erfolgte die Vorgabe der Beschleunigungswerte nach Abschluss der Anfangs steigphase mit konstanter Geschwindigkeit indire
67. bedeutendste Umstr mungsl rmquelle dar Die L rmentstehungsmechanismen am Vorfl gel sind zwar noch nicht endg ltig gekl rt je doch weisen alle Ergebnisse aus Windkanalversuchen auf die Dominanz von Hinterkanten l rm als dem entscheidenden L rmmechanismus hin Ein entsprechendes Quellmodell wur de durch berflugmessungen validiert und Modifikationen der Vorfl gelhinterkante erbrach ten das angestrebte L rmminderungspotenzial von 3 dB Neben dem L rm durch die Um str mung der Fahrwerke und Hochauftriebshilfen stellt die Interaktion des Fahrwerksnach laufs mit der ausgefahrenen Landeklappe eine bedeutsame weitere Str mungsl rmquelle im Landeanflug dar Damit wurden nahezu alle Projektziele erreicht Lediglich die vollst ndige Aufkl rung der Mechanismen von Tonquellen am Vorfl gel und der L rmminderungswirkung str mungs durchl ssiger Abstr mkanten an Auftriebsfl chen bedarf noch weiterer Arbeiten 5 12 Leiser Flugverkehr 5 5 5 1 5 2 9 3 5 4 9 3 9 6 9 7 9 8 9 9 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 15 X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr 7 Schrifttum Dobrzynski W Wind Tunnel Experiments Dedicated to Airframe Noise Reduction DGLR Workshop on Aeroacoustics in Aeronautics Contributions of Wind Tunnels 18 19 April DNW The Netherlands 2000 Dobrzynski W Chow L C Guion P Shiells D A European Study on Landing G
68. beitspakets ist die Entwicklung und Erstellung eines Modellsystems zur konsisten ten Simulation der meteorologischen und topografischen Einfl sse auf die Schallausbreitung Das Modellsystem das aus der Kopplung eines existenten meteorologischen Modells und eines hier zu entwickelnden akustischen Modells besteht soll schlie lich in ein L rmprogno severfahren einflie en Dieses kann f r Planungszwecke Sonderfalluntersuchungen z B worst case Betrachtungen und zur Ermittlung l rmarmer Flugrouten verwendet werden Das akustische Modell muss zwei Anspr chen gen gen e Es muss die Physik der Schallausbreitung m glichst richtig beschreiben und e es muss so konomisch sein dass es praxistauglich ist Zur Erreichung des Ziels wird die Modellentwicklung in abgestufter Komplexit t durchgef hrt Dabei werden mit einem physikalisch umfangreichen Modell akustische Einzelprozesse Re flexion Refraktion Diffraktion Streuung Absorption simuliert und Parametrisierungsans tze getestet die in ein vereinfachtes Modell einflie en das in ein praxistaugliches Prognosemo dell geeignet f r Langzeitprognosen auf der Basis von komplexen Flugbetriebsszenarien eingearbeitet werden kann L na ng ng np Ep ng Eg g g a a a g g g a a a g g ag g gg g g gga g r n ann u Abbildung 9 1 Schematische Darstellung der f r die Schallausbreitung in der Atmosph re ma geblichen Prozesse 9 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbe
69. bsehbar jedoch aufgrund der im Untersuchungszeitraum aufgetrete nen externen Ereignisse wie Terrorismus Kriege Epidemien und wirtschaftlicher Krisen mit zun chst besonders dramatischen Folgen f r den Luftverkehr z T verst ndlich 7 3 1 Generelle Tauglichkeitseinstufung in einen Ma nahmenkatalog f r Anwender Alle Ma nahmen bis auf die Betriebszeitenbeschr nkungen deren Wirkung in jedem Fall gegeben sind die aber einerseits weitgehend eingef hrt sind und die andererseits wegen ihrer restriktivien Wirkungen wenig Handlungsm glichkeiten bieten sowie die Betriebsbe schr nkungen Verkehrsbeschr nkung oder Ausschluss f r nicht ausreichend l rmzertifizier te Flugzeuge die in Deutschland bereits weitestgehend angewandt werden wurden qualita tiv auf ihre generelle Tauglichkeit zur Erreichung signifikanter L rmminderungswirkungen untersucht Ausdr cklich darauf hinzuweisen ist dass generelle Tauglichkeit hier pragma tisch bereits Realit tsbezogenheit mit einschlie t d h dass f r jede dieser Ma nahmen die theoretische L rmminderungsf higkeit als Vorbedingung der Untersuchungen zur Tauglich keit gepr ft und als gesichert eingestuft worden war In der bei den Flugh fen durchgef hrten Erhebung wurden von den Flugh fen f r alle Ma nahmen ihre m glichen Auswirkungen auf den Luftverkehr die Wirtschaft die Akzeptanz bei den L rmbetroffenen und ihre Praktikabilit t bewertet In die Tauglichkeitsbewertung ging vorrang
70. ch zu ber cksichtigen wie hoch die Preiselastizit t der Endkunden ist da die Fluggesell schaften versucht sein werden die f r sie h heren Kosten an ihre Kunden weiterzuleiten Dabei ist davon auszugehen dass die Elastizit t der Flugpassagiere h her sein d rfte als die der Frachtkunden insbesondere der Kunden von Express und Paketdiensten Diese wiederum stellen jedoch das gr te Aufkommen an Fl gen in der Nacht Diese kurzen berlegungen ber die Reagibilit t der einzelnen Marktpartner sollen die Schwierigkeiten andeuten die mit einer Wirksamkeitsanalyse von Ma nahmen verbunden sind Andererseits geben sie auch die Richtung vor wo weiterer Forschungsbedarf besteht um auf diesem Gebiet einer L sung n her zu kommen 7 4 _ Strategiebeispiel zur Minderung des Nachtflugl rms f r einen generischen Flughafen Die Ansatzpunkte f r Ma nahmen sollten sich an den Potentialen orientieren mit denen be stimmte Flugzeuggruppen durch ihre Einsatzh ufigkeit zur Entstehung l rmbelasteter Fl chen also der L rmkonturen beitragen Die Ergebnisse von Modellrechnungen haben ge zeigt dass z B die l rmbelasteten Fl chen an einem Flughafen mit ca 200 000 Bewegun gen im Jahr und wenig Langstreckenverkehr in erster Linie von den kleineren zweistrahligen Flugzeugen B737 B757 und A320 herr hren So dass diese Flugzeuggruppe f r wirkungs volle L rmminderungsmalsnahmen zu fokussieren w re An einem Flughafen mit ca 500 000 Beweg
71. chbarer quivalenter Dauerschallpegel Bei den Ausscheidungsraten der Stresshormone Adrenalin und Noradrenalin wurde keine signifikante Ver nderung ermittelt Bei Cortisol wurde nur unter Laborbedingungen ein signi fikanter Trend mit wachsenden L rmpegeln gefunden dagegen unter Feldbedingungen kei ne Ver nderungen diagnostiziert Im Labor wurde bei dem Vergleich aller L rmn chte mit den l rmfreien Basisn chten eine statistisch nicht signifikante Verk rzung der Schlafzeit um etwa zwei Minuten festgestellt Gleichzeitig wurden Ver nderungen in der Schlafstruktur ermittelt Der Tiefschlafanteil war zugunsten oberfl chlicher Schlafstadien verk rzt jedoch statistisch nicht signifikant Erste Aufwachreaktionen wurden im Feld oberhalb einer Schwelle von etwa 33 dB A ge messen am Ohr des Schl fers beobachtet Eine Schwelle wurde im Labor oberhalb von 45 dB A nicht beobachtet Ger usche mit Maximalpegeln kleiner als 45 dB A wurden im Labor nicht eingespielt Alle nachgewiesenen Effekte waren unter Feldbedingungen erheb lich geringer als unter Laborbedingungen Dosis Wirkungs Beziehungen f r flugl rmbedingte elektrophysiologisch nachweisbare Auf wachreaktionen wurden erstmalig mit einer sehr hohen Pr zision entwickelt Die Basis daf r wurde im Labor durch ber 30 000 eingespielte L rmereignisse im Feld durch mehr als 15 000 gemessene Flugger usche erzielt Aufgrund dieser hohen Fallzahl konnten pr zise 3 15 Leiser Flug
72. chnen ist wenn flugl rminduzierte prim re und sekund re Schlafst rungen verhindert bzw stark eingeschr nkt werden Im Vergleich zu anderen bisher ver ffentlichten Studien zu dem Thema hat das DLR eine sehr gro e Stichprobe in Bezug auf die Zahl der Probanden und Probandenn chte verwen det zudem wurden Personen zwischen 18 und 65 Jahren untersucht w hrend die meisten bisherigen Studien an jungen Probanden im Alter zwischen 18 und 35 Jahren durchgef hrt wurden Durch die Auswahl der Versuchspersonen in der vorliegenden Studie z B eher l rmbel stig te als in der allgemeinen Bev lkerung und die konservativ angelegte Analysetechnik z B Annahme des Schlafstadiums aus dem man am leichtesten aufwacht wurde ein pr ventiv medizinischer Ansatz gew hlt der flugl rmbedingte Aufwachwahrscheinlichkeiten im Sinne der betroffenen Bev lkerung eher etwas bersch tzt als untersch tzt Durch interindividuellen Vergleich zwischen Probanden die nicht beschallt wurden und de nen bei denen Flugl rm appliziert wurde und durch intraindividuellen Vergleich N chte ohne und mit L rm bei denselben Versuchspersonen unterscheidet sich die vorliegende Untersuchung von den meisten bisherigen Laborstudien In den Labor und Feldstudien wurden dieselben hohen methodischen apparativen und ana Iytischen Verfahren angewendet Die gleichzeitige Aufzeichnung von akustischen und elektrophysiologischen Parametern er m glichte eine ereign
73. ckwellen Da dieser Prozess urs chlich mit der unstetigen nderung der Randbedingun gen an der Kante zusammenh ngt wurde eine nderung der Kanteneigenschaften im Sinne eines mehr stetigen berganges von der harten Wand in die freie Str mung als potenzielle L sung zur L rmminderung angesehen Die praktische Umsetzung erfolgte in Form eines in Hauptstr mungsrichtung ausgerichteten B rstenansatzes an der oberen Vorfl gelhinterkan te Im Windkanalversuch konnte sowohl im Modellma stab als auch am A320 Originalfl gel Abb 5 6 eine Minderung des Vorfl gell rms um 3 dB erreicht werden gt O O1 ui O O 1 3 Octave Band Noise Level L dB 857 Reference with flap edge brush With additional slat TE brush 80 100 1000 10000 1 3 Octave Band Frequency f Hz Abbildung 5 6 L rmminderung am Vorfl gel durch B rstenansatz an der oberen Abstr mkante In hnlicher Weise konnte auch das Str mungsger usch von den Seitenkanten der Lande klappen gemindert werden Hier f hrte die Installation von B rstenendkanten Abb 5 7 oder auch von por sen Endkanten zu einer drastischen Absenkung des Seitenkantenl rms der im Gegensatz zum Vorfl gell rm bei hohen Frequenzen seinen Beitrag zum Gesamtge r uschspektrum leistet Der Vergleich der in Abb 5 7 dargestellten Quellverteilungen zeigt dass durch die B rstenendkante die Klappenseitenkante als L rmquelle praktisch ver schwunden ist
74. de Modelle enthalten den Maximalpegel des Flugger uschs die verstrichene Schlafzeit SchIZeit und das Schlafstadium in dem sich der Schl fer vor Auftreten des Flugger uschs befand StadVor als erkl rende Variablen Der Hintergrundpegel Las eus In der Minute vor Auftreten eines Flugger uschs hatte in der Feldstudie einen signifikanten Einfluss auf die Aufwachwahrscheinlichkeit Dieser Einfluss war bei geringen Maximalpegeln des Flugger uschs gr er als bei hohen Pegeln d h es wurde eine Interaktion zwischen beiden Einflussgr en festgestellt Im Modell der Feldstudie ist deshalb zus tzlich zum Hintergrundpegel auch der Interaktionsterm zwischen Hinter grundpegel und Maximalpegel des Flugger uschs enthalten Der Hintergrundpegel wurde mit konstant 27 1 dB A angenommen was dem in der Feldstudie gefundenen Median ent spricht Im auf den Daten der Laborstudien beruhenden Modell ist zus tzlich die Variable Las max enthalten Aus pr ventivmedizinischen Gr nden wurde angenommen dass sich die Versuchsperson immer im empfindlichsten Schlafstadium S2 und in der Mitte der empfindli cheren zweiten Nachth lfte befand Man erkennt dass die Aufwachwahrscheinlichkeit im Labor deutlich nicht linear anstieg Ab bildung 3 4 Bei einem Maximalpegel von 45 dB A wird eine Aufwachwahrscheinlichkeit von 6 3 bei 80 dB A von 64 5 vorausgesagt Eine Schwelle wurde im Labor oberhalb von 45 dB A nicht beobachtet Ger usche mit Maximalpegeln k
75. den Flugh he 8 10 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr e Die Kontur f r alle Teilschallquellen nimmt bis zum Ausfahren der Klappen weniger stark zu als diejenige f r die Triebwerkskomponente da aufgrund der Verz gerung der Umstr mungsl rm abnimmt e Das Ausfahren der Klappen ist deutlich erkennbar Allerdings ist der Effekt des Aus fahrens in die h here Klappenstellung nicht mit einer deutlichen Erh hung des Um str mungsl rms verbunden weil hier die Geschwindigkeit durch das Ausfahren der Klappen in Stellung A schon reduziert wurde e Das Ausfahren des Fahrwerks ist hier deutlich zu erkennen Allerdings ist der Effekt im dargestellten Fall noch vergleichsweise gering A Klappen B Klappen A Triebwerk Triebwerk Fahrwerk alle Teilschallquellen Seitlicher Abstand in km N 1 Horizontalflug Fahrwerk ausgefahren 0 10 20 30 40 50 60 Entfernung ab Aufsetzpunkt in km Abbildung 8 7 SEL Kontur f r einen modellhaften Anflug mit konstanter Trieb werksleistung nur obere H lfte der Kontur in stark berh hter Darstellung Eingetragen sind die Beitr ge verschiedener Teil schallquellen Geschwindigkeits und Konfigurations nderungen wie bei der Anflugprozedur in Abbildung 8 6 Anmerkungen zum vorgestellten Beispiel Das dargestellte Beispiel ist rein exemplarischer Natur und soll nur die M glichkeiten des Rechenverfahrens aufzeigen Grund daf r
76. den der Kapazit tsauslastung gew nschte enge Staffelung ankommender Flug zeuge erfordert eine m glichst genaue Bestimmung ihrer Ankunftszeit Wenn bei ge nderten Anflugverfahren die Ankunftszeit nur noch mit geringerer Genauigkeit vorhergesagt werden kann muss aus Sicherheitsgr nden die Staffelung heraufgesetzt und damit Kapazit tseinbu 6 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Ben in Kauf genommen werden Derartige Verfahren lassen sich jedoch im Nachtflugbetrieb wenn der Flughafen nicht an seiner Kapazit tsgrenze arbeitet einsetzen 6 3 1 3 konomische Durchf hrbarkeit Die auf das Flugzeug bezogene konomische Durchf hrbarkeit spielt beim Anflug im Gegen satz zum Abflug eine untergeordnete Rolle In der Regel werden l rmreduzierte Anflugver fahren zu einer Reduktion des Treibstoffverbrauches f hren 6 3 1 4 Gesetzliche Randbedingungen Die ICAO PANS OPS 6 3 geben Auskunft ber die Randbedingungen zur Auslegung und Durchf hrung von l rmreduzierten Anflugverfahren Danach sollte sich das Flugzeug ab Ou ter Marker jedoch mindestens ab 5 nm vor der Schwelle in Landekonfiguration befinden und darf w hrend des Anflugs keine extremen Sinkgeschwindigkeiten einnehmen Werden f r die Verfahrensauslegung aktuell verf gbare Systeme und Ausr stungen Jahr 19382 zugrunde gelegt dann darf das Verfahren keine Flugbahnwinkel erfordern die ber dem ILS Gleitpfadwinkel liegen Wen
77. den n chsten Jahren f hren insbesondere Tagesrand und Nachtzeiten k nnten auf Grund der Auslastung am Tage davon betroffen sein e die Betroffenheit der Flughafen Anwohner die sich durch den wachsenden Flugverkehr belastet und bel stigt f hlen e die geplante Novellierung des Flugl rmschutzgesetzes welche schon seit Jahren disku tiert wird e sowie insbesondere fehlende Prim rstudien Die Basis f r wissenschaftliche Kriterien und Bewertungen ist in Bezug auf akute physiologische Reaktion sehr schmal und hat das DLR veranlasst im Rahmen dieses Projekts f r eine erhebliche Verbreiterung der Datenbasis zu sorgen 3 3 Studiendesign und Studienablauf Die f nfj hrige DLR Untersuchung bestand aus vier Studien im Schlaflabor des Instituts f r Luft und Raumfahrtmedizin in K ln Studienzeitr ume September bis November 1999 Mai bis Juli 2000 Februar bis April 2001 M rz bis Juni 2003 und aus zwei Feldstudien Stu dienzeitraum September 2001 November 2002 bei denen die Probanden in ihren eigenen vier W nden in den flugl rmbelasteten Gebieten des Flughafens K ln Bonn untersucht wur den Die Laboruntersuchungen bei 128 Personen fanden im DLR Institut f r Luft und Raum fahrtmedizin in K ln in jeweils 13 aufeinander folgenden N chten statt In der ersten Nacht 3 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr wurden die Probanden mit den Messmethoden vertraut gemacht d h sie
78. der gesamten Fanstufe mit der L sung f r nur einen Schaufelkanal in Rotor und Stator zu be 4 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr rechnen Beispielsweise muss im Fall des in Bild 1 gezeigten Triebwerks nur einer von 26 Rotorkan len und nur einer von 58 Statorkan len berechnet werden wodurch sich die Re chenzeiten erheblich verringern Sie sind aber immer noch so lang dass eine solche Rech nung nur in einer Forschungsumgebung m glich ist Es ist absehbar dass die Rechenleis tung der in 10 Jahren verf gbaren Rechner ausreichen wird um die Methode routinem ig f r den Fanentwurf einzusetzen Eine weitere Verbesserung von TRACE war n tig um die sehr viel gr eren Anspr che a kustischer Rechnungen an die Reflexionsfreiheit der R nder des Rechengebietes zu erf l len Die Randbedingungen des Verfahrens wurden deshalb verfeinert und stromauf und stromab zus tzlich Pufferzonen angesetzt in denen die aus dem Rechengebiet austreten den Schallwellen ged mpft wurden 4 2 2 Einsatz des Verfahrens zur Berechnung der Schallemission einer Fanstufe Mit dem so weiterentwickelten Verfahren wurde die instation re Str mung und die tonale Schallabstrahlung eines Modellfans siehe Abbildung 4 3 berechnet f r den von Rolls Royce im Rahmen des EU Projektes TurboNoiseCFD experimentelle Daten zur Validierung zur Verf gung gestellt wurden Abbildung 4 3 Beispiel f r einen heutigen Tr
79. der Fan mehr und mehr in den Vordergrund Mit der geplanten Einf hrung von Triebwerken der 4 Genera tion wird dies in zunehmendem Ma eine Rolle spielen Eine m gliche Technologie zur Minderung der st render tonalen Komponenten des Fans ist der Einsatz aktiver L rmminderung Antischall Die Wirksamkeit des klassischen Ansatzes Lautsprecher Mikrofon Kombination konnte mit neu entwickelten Controller Techologien im Modell demonstriert werden Eine praktisch besser realisierbare neuartige Umsetzung des Konzepts bietet aber der Einsatz aerodynamischer Antischallquellen z B durch gezieltes 10 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Einblasen von Druckluft Die im Projektrahmen erarbeiteten Basistechnologien sind Erfolg versprechend Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung bzw Verbesserung von numerischen Verfah ren zum l rmoptimierten Design eines Triebwerksfans Ziel ist ein um 10 dB leiserer Fan Diese Aktivit ten erfolgten in enger Kooperation mit externen Partnern aus der Triebwerksin dustrie z B in EU Vorhaben Dadurch ist gew hrleistet dass die entwickelten Verfahren auch in die Praxis umgesetzt werden k nnen Neben diesen direkt im Projekt adressierten Themen wurde im Rahmen von Flugversuchen in Kooperation mit der Deutschen Lufthansa auch demonstriert dass kurzfristig an beste hendem Flugger t einsetzbare technische Ma nahmen zur L rmminderung existieren So ergab
80. der interdisziplin re Ansatz sinnvoll In Abbildung 2 1 wurde ein berblick ber funktionale Zusammenh nge und m gliche Schnittstellen zwischen den einzelnen Arbeitspaketen gezeigt Es wirft sich die Frage auf inwieweit das dort skizzierte Synergiepotential im Rahmen des Projekts auch genutzt wurde Im Rahmen der Beschreibung der einzelnen Arbeitspakete in den vorangegangenen Ab schnitten ist dieser Aspekt des Projekts nicht ausf hrlicher thematisiert worden Die Antwort lautet dass die gew hlte Form eines interdisziplin ren Ansatzes seine Berechti gung hatte Dies sei an einigen Beispielen demonstriert e Die Arbeiten zur L rmwirkungsforschung basierten nat rlich zum gro en Teil auf Tech niken und Verfahren aus dem Bereich der Medizin und Psychologie Bei der endg ltigen Definition des Nachtflugl rmkriteriums mussten aber auch die Aspekte der Umsetzbar keit ber cksichtigt werden Hier wurde in enger Zusammenarbeit mit den Wissenschaft lern aus dem Arbeitspaket 5A Prognose das Kriterium in einer Form definiert die in ei 10 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr ner rechnerischen Flugl rmprognose einsetzbar ist die sich also an den im Rahmen ei ner solchen Untersuchung verf gbaren bzw ermittelbaren Daten orientiert e Bei der Untersuchung von l rmoptimierten Flugverfahren im HAP 3 wurde z T das neu entwickelte Simulationsverfahren aus AP 5A eingesetzt Dies erforderte zw
81. e Das Schubniveau nach erfolgter Reduktion darf nicht geringer sein als jenes Niveau welches notwendig ist um die in den Zulassungsbestimmungen geforderte minimale Steigrate bei Ausfall eines Triebwerks zu erreichen e Von den Fluggesellschaften wird erwartet sich auf ein den Richtlinien entsprechen des Abflugverfahren festzulegen und nur dieses l rmarme Verfahren neben ihrem Standardverfahren im Flugbetrieb einzusetzen 6 2 2 Grundlagen Vor der Optimierung von Abflugverfahren sollte eine Betrachtung der wichtigsten Einflussfak toren auf die zu erwartenden Flugleistungen erfolgen Die erzielbaren Steigleistungen eines Flugzeuges k nnen durch den Steigwinkel und die Steigrate Steiggeschwindigkeit wieder gegeben werden 6 4 Fmax W sin y mar 6 1 H V sin y 6 2 Beide Parameter sind von mehreren Gr en wie z B Fluggeschwindigkeit Beschleunigung Flugh he Gewicht Konfiguration Schub Wind und Temperatur abh ngig ALL OTHER PARAMETERS CONSTANT Rate of Climb R C max True Air Speed TAS gt Abbildung 6 1 Steigrate ber Geschwindigkeit Aus Abbildung 6 1 folgt die Abh ngigkeit von Steigrate und Fluggeschwindigkeit Zwei cha rakteristische Geschwindigkeiten sind gekennzeichnet e Geschwindigkeit des maximalen Steigwinkels Vx e Geschwindigkeit der maximalen Steigrate Vy W hrend Vyals Geschwindigkeit des schnellsten Steigens zeit und treibstoffsparend ist und die Kapazit ten an F
82. e Koordinate stark um etwa einen Faktor 10 berh ht e Die Anflugprozedur beginnt mit einem Horizontalflugteil bei dem die Triebwerksleis tung vergleichsweise hoch ist und damit den Gesamtl rm dominiert e m anschlie enden Sinksegment wird die Triebwerksleistung nahezu auf Leerlauf schub zur ckgefahren hier wirken sich auch die Betr ge der Umstr mung aus Mit zunehmender Ann herung an den Aufsetzpunkt verbreitert sich die Kontur aufgrund 8 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr der abnehmenden Flugh he Aufgrund der abnehnmenden Geschwindigkeit nimmt dabei der Beitrag des Umstr mungsl rms ab e In etwa 15 km Abstand werden die Klappen ausgefahren hier willk rlich als Stellung A bezeichnet Dadurch erh ht sich der Umstr mungsl rm e m Bereich von etwa 8 km werden dann die Klappen in die n chsth here Stellung B gesetzt und das Fahrwerk wird ausgefahren Aufgrund der damit verbundenen Wi derstandserh hung wird das Triebwerk bis zu einer Leistung hochgefahren dass der Triebwerksl rm den Gesamtl rm bestimmt W rde man die Triebwerksl rmkompo nente separat auftragen so w rde der Verlauf der Kontur nahezu identisch mit dem Verlauf der Kontur f r den kombinierten Triebwerks und Fahrwerksl rm sein 4 Triebwerk Fahrwerk Klappen B alle Teilschallquellen 5 gt Klappen A j Pe O C 2 2 v lt Horizontalflug O 4 Fahrwerk ausgefahren f Leerla
83. e Verhandlungsl sung ber das Gut des Slots hat jedoch die Nebenwirkung des L rms Dies wiederum hat zur Folge dass zwei Vertragsparteien ber ein Gut ent scheiden w hrend ein Teil der direkt Betroffenen dieses Gutes von der Verhandlungsl sung ausgeschlossen ist Es ist auch nicht zu erwarten dass die beiden Verhandlungspartner die Interessen des Ausgeschlossenen mit ber cksichtigen im Gegenteil werden dessen Inte ressen eher als hinderlich f r die eigene Entwicklung angesehen L rmreduktion ist f r sie h chstens ein sekund res Ziel wenn nicht sogar ein negativ belastetes Ziel Daher ist davon auszugehen dass bei einer Fortsetzung dieser Politik der zweiseitigen Verhandlungsl sung mit einer weiteren Verschlechterung der Beziehung zwischen der Luftfahrtbranche beste hend aus Flughafen und Fluggesellschaft und der betroffenen Bev lkerung zu rechnen ist Muss eine Beh rde als Vertreter der ffentlichen Hand das Ergebnis einer solchen Verhand lungsl sung noch genehmigen ist dieses Dilemma im Regelfall nicht gel st Selbstverst nd lich hat die ffentliche Hand das ffentliche Interesse und somit auch die Interessen der An wohner zu vertreten Aber die Erfahrung der Regulierung hat ber die Jahre hin gezeigt dass die Verbindung zwischen Regulierer und Reguliertem in der Regel intensiver ist als das zwischen Regulierer und den zu Sch tzenden Soweit der Flughafen nicht privatisiert ist ist die ffentliche Hand in
84. ear Airframe Noise Sources 6th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference 12 14 June Lahaina Hawaii USA 2000 Dobrzynski W Gehlhar B Buchholz H Model and Full Scale High Lift Wing Wind Tunnel Experiments Dedicated to Airframe Noise Reduction 7th International Congress on Sound and Vibration 4 7 July Garmisch Partenkirchen Germany 2000 Dobrzynski W Gehlhar B Zusatzfl gel f r Hauptfl gel von Flugzeugen Vorfl gelumstr mung Deutsche Patentanmeldung 199 25 560 1 22 Dobrzynski W Gehlhar B Buchholz H Windkanalstudien zur Eigenger usch minderung an Verkehrsflugzeugen Abschlussbericht an den Auftraggeber DLR IB 129 00 11 Braunschweig 2000 Heller H Dobrzynski W Airframe Noise Generation and Reduction Status and Perspectives of DLR Research AG STAB Symposium 2000 November 16 17 IAG Universit t Stuttgart 2000 Dobrzynski W State of the experimentally obtained knowledge of airframe noise Second Aeroacoustics Workshop SWING October 6 7 DLR Braunschweig 2000 Dobrzynski W Delfs J Flugzeugeigenger usch Entstehung und Minde rung Seminar Umweltschutz bei Wehrmaterial Luft Eingeladener Vortrag in der Bundesakademie f r Wehrverwaltung und Wehrtechnik Mannheim 22 11 2000 Dobrzynski W Gehlhar B Buchholz H Model and full scale high lift wing wind tunnel experiments dedicated to airframe noise reduction Aerosp Sci Technol 5 2
85. echselwirkungsmechanismus er zeugt T ne bei Vielfachen der Blattfolgefrequenz aber auch Breitbandger usche Das allein vom Rotor erzeugte Ger usch setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen Der erste ist Folge einer ungleichf rmigen Zustr mung zum Rotor und besteht aus T nen und Breitbandger uschen Er tritt bei jeder Str mungsmaschine auf Der zweite Anteil wird abge strahlt wenn die Str mungsgeschwindigkeit an den Blattspitzen gr er als die Schallge schwindigkeit ist Typische Umfangsgeschwindigkeiten heutiger Triebwerkfans beim Start liegen bei 440 m s zu der sich noch die Anstr mgeschwindigkeit im Triebwerkseinlauf von etwa 180 m s vektoriell addiert Ein wesentlicher Teil dieses Rotorger usches wird in Form eines sehr unangenehmen Kreiss genger usches Buzz saw noise abgestrahlt Dieser Teil des Rotorl rms kann durch Schaufelgestaltung z B geschweifte Schaufelvorderkanten in 4 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr begrenztem Ma e reduziert werden Eine erhebliche L rmminderung dieser Ger uschkom ponente gibt es aber nur wenn die Relativgeschwindigkeit an den Rotorspitzen etwa auf Schallgeschwindigkeit reduziert wird Ein Teil der Arbeiten im Rahmen des Projektes kon zentrierte sich deshalb auf den Entwurf eines solchen Fans und die Bereitstellung der f r die Prognose der Schallabstrahlung erforderlichen Rechenverfahren Der Entwurf der Turbomaschinenkomponenten basi
86. ehungen beruhen auf den 3 7 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Ergebnissen einer logistischen Regression mit Zufallseffekten random effects logistic reg ression Aufwachreaktionen werden unter Flugl rm vermehrt beobachtet sie sind jedoch insofern unspezifisch als dass sie auch w hrend des durch Ger usche ungest rten Schlafes spon tan auftreten So wurden in der Laborstudie in den l rmfreien Basisn chten im Mittel 24 Auf wachreaktionen elektrophysiologisch beobachtet Diese waren jedoch meist so kurz dass sie vom Schl fer nicht wahrgenommen wurden Wenn man im Zusammenhang mit einem Flugger usch eine Reaktion beobachtet muss man sich also immer fragen wie h ufig diese auch ohne das Flugger usch also spontan aufgetreten w re In der Epidemiologie spricht man in diesem Zusammenhang von attributablen Risiken Die Wahrscheinlichkeit einer durch das Ger usch induzierten Reaktion Pinauziert errechnet sich als Pinduziert PFiugger usch P spontan In Abbildung 3 4 werden die Ergebnisse einer logistischen Regression mit Zufallseffekten f r die Labor und Feldstudie hinsichtlich der beobachteten Aufwachwahrscheinlichkeiten in Ab h ngigkeit vom Maximalpegel miteinander verglichen Dargestellt sind flugl rminduzierte Wahrscheinlichkeiten d h die Wahrscheinlichkeit spontan aufzuwachen wurde bereits von der unter Flugl rm beobachteten Aufwachwahrscheinlichkeit subtrahiert Bei
87. eichzeitig unter einer intrinsischen d h nicht durch Um welteinfl sse verursachten Schlafst rung kann nicht mehr unterschieden werden ob die am n chsten Tag beobachteten sekund ren Schlafst rungen M digkeitsgef hl eingeschr nkte Leistungsf higkeit etc durch den Flugl rm oder durch die intrinsische Schlafst rung selbst verursacht worden sind zumal das Ausma der intrinsischen Schlafst rung in verschiede nen N chten unsystematisch fluktuieren kann H ufige spontane Aufwachreaktionen hervorgerufen durch eine intrinsische Schlafst rung f hren dazu dass der Anteil l rminduzierter Aufwachreaktionen eher untersch tzt wird L rminduzierte Aufwachreaktionen sind solche die allein auf den Flugl rm zur ckgef hrt werden k nnen Sie berechnen sich aus der Differenz Aufwachreaktionen unter Einfluss von Flugl rm minus spontan auftretende Aufwachreaktionen s Abschnitt 3 7 2 3 Patienten mit einer intrinsischen Schlafst rung entwickeln h ufig aufgrund der st ndig gest rten Struk tur des Schlafs einen erh ht Schlafdruck weshalb sie erst auf lautere Flugger usche reagie ren als schlafgesunde Versuchspersonen Es steht au er Frage dass Verkehrsl rm f r Pati enten mit intrinsischer Schlafst rung eine zus tzliche Belastung darstellt Dennoch w rden Empfehlungen die auf Untersuchungen an solchen Versuchspersonen beruhen den Ein fluss von n chtlichem Flugl rm auf den Schlaf systematisch untersch tzen w ren da
88. eit Gr enordnung 5 Jahre ab heute eingesetzt werden Hinzu kommen weitere Anforderungen welche im folgenden kurz erl utert werden 6 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 6 2 1 1 Sicherheit Im Gegensatz zur Landung werden beim Start die Triebwerke bis an ihr Maximum belastet Lang andauernde Flugphasen unter voller Schubbelastung beanspruchen die einzelnen Komponenten der Triebwerke erheblich reduzieren deren Lebensdauer und besonders si cherheitsrelevant erh hen das Risiko eines Triebwerksausfalls im Fluge Abflugverfahren mit reduziertem Startschub und oder baldiger Schubreduktion auf Steigflugtriebwerksleistung sollten daher verst rkt untersucht werden Start und Steigflug sind Flugphasen in welchen 24 aller Unf lle Takeoff 11 Initial Climb 5 Climb with Flaps Up 8 von kommerziellen Strahlverkehrsflugzeugen vorkommen 6 1 Ebenfalls werden 67 aller Totalverluste auf die Cockpitbesatzung als prim re Fehler quelle zur ckgef hrt Neuartige Verfahren d rfen aus diesem Grund keinesfalls die Arbeits belastung w hrend dieser Flugphase derart erh hen dass die Piloten bis an ihre Leistungs grenzen beansprucht werden Airline Standard Operating Procedures SOP s wurden entwickelt um eine Reduzierung der Arbeitsbelastung Crew Coordination Concept Standardisierung der Arbeitsabl ufe und Verbesserung der Kommunikation im Cockpit Crew Resource Management zu gew h
89. eiteren werden steile Anfl ge von Piloten oftmals als kontrollierte Abst rze bezeichnet Eine Einstellung die sich nur mittels erweiterter Pilotenunterst tzung und schulung ndern lassen wird 7000 6000 g1 O O O HEIGHT FT PR CDA LDLP en CDA TWOSEG CDA STEEP 20 15 DISTANCE NM 25 Abbildung 6 7 H henprofile verschiedener Anflugverfahren Im Fernbereich kann die Zwischenanflugh he angehoben und somit der Abstand zur L rm quelle vergr ert werden Die Notwendigkeit einer Schuberh hung wird damit jedoch nicht umgangen Sinnvoller ist es auf die Zwischenanflugh he zu verzichten und einen Sinkflug mit kontinuierlichem bergang auf den Gleitpfad durchzuf hren Dieses Verfahren wird als Continuous Descent Approach CDA bezeichnet Es hat allerdings Einfluss auf die Pla nung der Ankunftszeit und somit auf die Landekapazit t eines Flughafens und wird deshalb bislang nur bei geringer Verkehrsdichte d h haupts chlich nachts eingesetzt da relativ ho he zeitliche Schwankungen auftreten Das Bild 6 8 zeigt die Konturen des Maximalschallpegels f r die verschiedenen vorgestellten Anflugverfahren siehe auch 6 7 Besonders deutlich wird die Abnahme der 60 dB Kontur bei den CDA Verfahren Bei Two Segment und Steep ergibt sich eine Verringerung f r die h heren Pegelwerte 6 12 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Low Drag Low Power A
90. elle zur Ber cksichtigung der Effekte bodennaher Schallausbreitung Au erdem lassen sich einzelne physikalische Mechanismen von Ausbreitungseffekten bis hin zu flugmechanischen Effekten gezielt ein bzw abschal ten Dies ist insbesondere dann sinnvoll wenn eine Absch tzung der akustischen Signifi kanz einzelner Mechanismen im Hinblick auf eine Optimierung konventioneller Rechenmo delle notwendig wird Flugleistungs Flugbetriebs Topographie Akustische Daten Daten Meteorologie Basisdaten typspezifisch fallspezifisch fallspezifisch typspezifisch Flugbahnmodul Immissionsmodul externe Flugbahndaten gt Flugbahndaten Immissionsdaten Simulator Datenexport Reports Konturen Post Prozessoren Abbildung 8 3 Schematischer Ablauf einer Immissionsberechnung mit dem SIMUL Rechenprogrammpaket Die zur Wartung der Datenbasen und zur Erstellung der Eingabeinformationen notwendigen Pr Prozessoren sind in dem Schema nicht eingetragen Die modulare Struktur und die bestehenden Schnittstellen erm glichen es das Kernpro gramm zur Immissionsberechung auch als Stand Alone Applikation auszukoppeln Au er dem bietet sie den Vorteil zur gezielten Untersuchung von zus tzlichen Mechanismen neue Module schnell einzubinden 8 5 Erste Modellanwendungen 8 5 1 Meteorologische Effekte Abbildung 8 4 zeigt ein Beispiel f r den Einsatz des SIMUL Programms bei der Untersu chung der Einfl sse meteorologischer Effekte
91. ellt oben ohne und unten mit aktiver L rmminderung Man erkennt dass die Schalldruck amplituden ber dem Querschnitt mit eingeschalteter Regelung sehr stark reduziert sind Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 4 3 2 Aktive L rmminderung durch modale Regelung Das DLR hat im Rahmen des Projektes ein Regelungsverfahren mit dem Ziel optimiert den technischen Aufwand f r die aktive L rmminderung erheblich zu reduzieren Dies wird da durch erreicht dass der Gegenschall nur f r eine begrenzte Zahl von so genannten akusti schen Moden erzeugt wird Herk mmliche Regelungsverfahren minimieren global die Summe der Schalldruckquadrate an den Positionen der Fehlermikrofone wobei bei praxisrelevanten Frequenzen wegen der Komplexit t des Schallfeldes viele Ein und Ausgangssignale Fehlermikrofone und Laut sprecher und ein aufw ndiger echtzeitf higer Regler notwendig sind Bei dem modalen Regelungsverfahren kann die Zahl der Reglervariablen reduziert werden indem nur die dominierenden Schallmoden aktiv unterdr ckt werden Es werden deutlich weniger Sensoren und Lautsprecher ben tigt und die erforderliche Regelung kann mit relativ einfacher Regler Hardware erreicht werden Dieses sehr robuste Verfahren wurde an einem Axialventilatorpr fstand des DLR realisiert Der Versuchsstand wird in Abbildung 4 14 vorge stellt Man erkennt links den Verdichter rechts davon drei Ringe mit je 8 Lautsprechern Es
92. em Stand und den Ergebnissen des Projekts vertraut gemacht Die Koordination der eigentlichen For schungs und Technologiearbeiten und der Transfer der Ergebnisse zu Partnern und Nutzern wurden durch das Projektmanagement gew hrleistet Ein Lenkungsausschuss auf Instituts leiterebene berwachte das Projekt 1 3 Beziehungen zu Leitkonzepten und Verbundvorhaben Das interdisziplin re Projekt war auf nationaler Ebene Bestandteil des vom DLR initiierten und koordinierten nationalen Forschungsverbundes Leiser Verkehr So konnten Synergien aus Arbeiten zur L rmminderung im Stra en und Schienenverkehr und aus der im Verbund breit angelegten Querschnitts und L rmwirkungsforschung genutzt werden Auf europ i scher Ebene wurde es zun chst informell einbezogen in die Arbeitsgruppe der europ i schen Luftfahrtforschungseinrichtungen EREA und in das von der Europ ischen Kommission eingerichtete thematische Netzwerk X Noise Bei der L rmwirkungsforschung erfolgte eine Zusammenarbeit mit den Universit ten Dort mund und D sseldorf Hier wurde insbesondere auf das im Verbundvorhaben Leiser Ver kehr initiierte Netzwerk zugegriffen Der Flughafen K ln Bonn unterst tzte die Aktivit ten im Bereich der L rmwirkungsforschung bei den durchgef hrten Felduntersuchungen durch Be reitstellung von Luftverkehrsdaten als Grundlage zur Definition des Untersuchungsraumes Auf dem Gebiet des Triebwerks und Umstr mungsl rms bestanden schon
93. en 6 13 Leiser Flugverkehr X f DLR 6 3 5 Umsetzung in operationelle Prozeduren Ein steiler bis an den Boden reichender Endanflug ist f r eine kurzfristige Umsetzung in eine fliegbare Prozedur nicht geeignet da der Gleitpfad wie eingangs erw hnt an den meisten Flugh fen nicht ohne weiteres angehoben werden kann Dies gilt auch f r Anfl ge die geod tisch gef hrt auf zwei Segmenten durchgef hrt werden sollen denn f r das steilere Anfangssegment m sste entweder ein zweiter Gleitpfadsender aufgestellt oder eine andere Art der geod tischen Bahnf hrung erm glicht werden wie z B der Einsatz von GPS Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr M glich ist aber auch das steile Anfangssegment eines Zweisegment Anflugs ber einen bordseitig geregelten Bahnwinkel zu erfliegen Selected Flight Path Angle Wenn der Gleitpfad dann in ca 2000 ft AGL von oben eingenommen wird sollte eine Stabilisierung innerhalb der n chsten 1000 ft m glich sein um die Forderungen der SOP s stabiler Flugzustand in 1000 ft AGL einzuhalten Allerdings ist eine L rmreduktion in gleichem Ausma wie bei durchg ngig steilen Anflugverfahren in diesem Fall nicht zu erzielen Die Verbindung eines derart gestalteten Zweisegment Anfluges mit einem CDA wird im folgenden als Segmented Continuous Descent Approach kurz SCDA bezeichnet Der SCDA enth lt die folgenden 5 Segmente Abbildung 6 10 Altitude ft MSL s000 Decel
94. en Unter anderem sollte die Analyse der Wirkungen insbesondere des n chtlichen Flugl rms auf den Menschen in die Bewertung von Ma nahmen zur L rmminderung mit einflie en Hintergrund war eine Entlastung der Bev l kerung bei gleichzeitiger Sicherung der Entwicklung des Luftverkehrs in Deutschland Da aus Gr nden des Wettbewerbs die Handlungsm glichkeiten der Industrie eingeschr nkt sind Kosten bei Herstellern und Betreibern muss es Aufgabe der Gro forschung sein das L rmsenkungspotential bei Flugzeugen zu demonstrieren nicht zuletzt um die internatio nalen Gremien zu veranlassen die von k nftigen Flugzeugen einzuhaltenden Grenzwerte deutlich zu senken 1 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Die im DLR vorhandenen F higkeiten und Aktivit ten auf den Gebieten der Medizin Aeroa kustik Flug und Triebwerkstechnik Atmosph renphysik Flugf hrung und Verkehrsfor schung wurden im Rahmen des Projekts geb ndelt und zu einem internen Netzwerk ver kn pft Die Vielfalt und Komplexit t der Aufgaben verlangte au erdem die Mitwirkung kom petenter Partner aus Industrie und Forschung die ber ein offenes Netzwerk eingebunden waren Durch eine strukturierte Kommunikation und Zusammenarbeit u a in Form eines externen Beraterkreises wurden daher Luftfahrtindustrie Fluggesellschaften Flugh fen Beh rden und L rmbetroffene in das Projekt mit einbezogen Sie wurden laufend mit d
95. en und im Falle ihrer Wirksamkeit daraus sowohl quantitative als auch qualitative nderungen des Verkehrs resul tieren sind von diesen Wirkungen grunds tzlich zun chst Fluggesellschaften Flugh fen und die Luftfahrtindustrie betroffen Die Bewertungen der mit den Ma nahmen erzielbaren L rmminderungen waren daher mit ihren direkten wirtschaftlichen Wirkungen abzuw gen In einer zweiten Bewertungsstufe sollten zus tzlich die indirekten oder Folgewirkungen zu er wartender Verkehrsrestriktionen und Kosten oder Preissteigerungen des Luftverkehrs auf die jeweils betroffene regionale Wirtschaft und den Wirtschaftsstandort Deutschland mit be sonderem Blick auf den Arbeitsmarkt gesch tzt werden Die Bewertung st tzte sich einer seits auf die fachtheoretische Literatur und sonstige Fachpublikationen In erster Linie folgten die Bewertungen jedoch den Ergebnissen einer von uns bei den 18 internationalen deut schen Flugh fen und zwei Flugh fen aus Nachbarl ndern durchgef hrten Erhebung Als Schwachstelle erwies sich im Untersuchungsverlauf bei den Flughafenerhebungen dass die Wirkungen der von Flugh fen angewendeten Ma nahmen auf den Verkehr faktisch we der quantitativ noch qualitativ bestimmt oder dokumentiert werden konnten Gleiches galt f r 7 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr die Literaturauswertung Die Gr nde daf r liegen einmal darin dass die Flugh fen trotz wachsenden Verkehrs
96. en Vorfl gelr ckseite mit dem bei Landekonfiguration Anstellwinkel etwa 5 hier eingelagerten R ckseitenwirbel Neben Tur bulenzmessungen in dieser Wirbelstr mung bis zur oberen Abstr mkante des Vorfl gels wurden begleitend auch CFD Rechnungen 2D RANS zur Beschreibung der Vorfl gelum str mung durchgef hrt Die Analyse der Mess und Rechenergebnisse unterst tzt die Hypothese dass der Vorfl gel l rm im Wesentlichen durch die turbulente berstr mung der oberen Vorfl gelhinterkante bestimmt wird Demnach kann das Vorfl gelger usch als klassischer Hinterkantenschall aufgefasst werden dessen Intensit t au er von der Abstr mungsgeschwindigkeit aber ent scheidend auch vom Turbulenzgrad der abflie enden Spaltstr mung abh ngt Im Einzelnen zeigte sich dass mit abnehmendem Anstellwinkel der R ckseitenwirbel und damit die Turbu lenz in der Spaltstr mung anwachsen was ph nomenologisch den im Modellversuch regist rierten leichten Anstieg des Vorfl gell rms mit sinkendem Anstellwinkel erkl ren k nnte Demgem R w re die geometrische Gr e des R ckseitenwirbels zur Bildung einer die Schallquelle beschreibenden Strouhal Zahl geeigneter als die geometrische Gr e des Vor fl gels Ein Nachweis zur Richtigkeit dieser Aussage kann auf experimentellem Wege heute jedoch nicht gef hrt werden da alle untersuchten Vorfl gel hnliche Geometrien aufweisen und in L rmuntersuchungen bisher nur kleine Anstellwinkelbereiche
97. en sich beim Einsatz einer vom DLR konzipierten und von der Lufthansa gebauten Chevron D se bei Testfl gen an einer A319 L rmreduktionen um 1 dB h here Pegelmin derungen sind an der A321 mit ihrem wesentlich schnelleren Kernstrahl zu erwarten Minderung von Umstr mungsl rm Zur Zeit ist der L rm der durch die Umstr mung der Zelle und hier insbesondere der Fahrwerke und Hochauftriebsklappen erzeugt wird nur bei niedrigen Triebwerksleistungen im Anflug von Bedeutung Mit der zuk nftigen Entwicklung leiserer Triebwerke wird sich die ses Problem aber versch rfen insbesondere da das technologisch erreichbare L rmminde rungspotenzial beim Umstr mungsl rm vergleichsweise geringer ist als beim Triebwerk Basis der Untersuchungen waren grundlegende Analysen der verschiedenen Entstehungs mechanismen von Umstr mungsl rm an Fahrwerken und Hochauftriebssystemen um L rmminderungsma nahmen jeweils gezielt ansetzen zu k nnen Zur Minderung des Um str mungsl rms von komplexen Fahrwerksstrukturen wurden zusammen mit europ ischen Partnern aerodynamische Verkleidungen entwickelt die ein Minderungspotenzial von 3 dB ergaben Im Rahmen von Windkanalversuchen an Model und Originalfl geln wurde der Vor fl gel als ma gebliche Komponente des Hochauftriebsl rms identifiziert Die Wirksamkeit verschiedener Technologien zur L rmminderung konnte dabei nachgewiesen werden Ins besondere wurden halbempirische Quellmodelle f r de
98. en und daf r sehr viel robustere und leichtere Bau teile verwenden Ziel der Untersuchung war festzustellen ob es m glich ist die f r aktive Mafldnahmen erfor derliche Schallleistung der Str mung zu entziehen Dies wurde am Beispiel des Ger usches eines Axialventilators demonstriert Die Umstr mung der Schaufelspitzen wurde durch Luft strahlen am Geh use gezielt ver ndert Der Versuchsventilator ist in Abbildung 4 16 darge stellt Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Abbildung 4 16 Versuchsventilator zur L rmminderung ber eine Beeinflussung der Str mung an den Schaufelspitzen Ein wichtiger Beitrag zur Finanzierung dieses Vorhabens kam von der Deutschen For schungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 557 Ein Ergebnis dieser Methode ist in Abbildung 4 17 zu sehen Man erkennt dass die Blattfol gefrequenz bei 900 Hz um ber 20 dB reduziert werden konnte Allerdings erh ht sich in diesem Fall der hochfrequente Breitbandpegel deutlich Die Anzahl von 16 D sen stimmte mit der Anzahl der Statorschaufeln berein Der ben tigte Luftmassenstrom betr gt nur 0 9 des Hauptmassenstroms Der Wirkungsgrad des Ventilators unter Ber cksichtigung des ein ged sten Luftmassenstroms verbessert sich sogar Station re Luftstrahlen B V 18 16 16 D sen n 3000 min er Control off L spr 119 50B Control on L gpr 98 9dB MM 0 9 c 0 0015 0 1000 200
99. en vor dass die Separation der Flugzeuge durch konfliktfrei geplante Trajektorien und die berwachung der Einhaltung die ser Trajektorien erfolgt Dabei sollen auch bord bodenseitige Abstimmungen der Trajekto rien ber Datenverbindungen Data Link m glich sein Grunds tzlich k nnen in derartige trajektorienbasierte ATM Systeme beliebige Arten von Anflugverfahren implementiert wer den Voraussetzung f r den operationellen Einsatz sind allerdings entsprechende bord und bodenseitige Unterst tzungssysteme zur Planung und F hrung des Anflugverkehrs Die bodenseitigen Planungsfunktionen im Anflugbereich umfassen im Wesentlichen die e Bestimmung der zu erwartenden Ankunftszeiten auf der Basis von vorausberechne ten Trajektorien f r Standardanflugrouten und l rmarme Anflugverfahren die e Reihenfolgeplanung zur bestm glichen Ausnutzung der Landebahnkapazit t unter Ber cksichtigung der einzuhaltenden Wirbelschleppenstaffelung und die e Konfliktfreie Planung der Anflugtrajektorien zur Einhaltung der Zielankunftszeiten auf der Basis l rmreduzierender Anflugrouten und l rmarmer Anflugverfahren 6 16 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Zur Einhaltung der geplanten Trajektorien w hrend der Flugdurchf hrung sind zudem bord seitige Unterst tzungsfunktionen erforderlich e Pilotenunterst tzung zur 3D 4D Navigation entlang der geplanten Trajektorien o Flight Director Funktionen o Aut
100. end dem Gesetz Ausfallwinkel Einfallswinkel reflektiert Ist der Boden schallweich so verliert das Schallpartikel einen Teil seiner Energie Dabei wird die Schallimpedanz des Bodens und der Einfallwinkel ber ck sichtigt Die komplexe spezifische Impedanz des Bodens wird nach Delany und Bazley empi risch aus dem Str mungswiderstand o des Bodens in Abh ngigkeit von der Frequenz f be stimmt Abbildung 9 5 Schematische Darstellung der Wirkung von Beugung Diffraktion und Streuung auf den Schalleintrag in akustische Schatten 9 4 2 3 Diffraktion In refraktionsbedingten akustischen Schatten wird das Prinzip der creeping wave verfolgt Die Schallpartikel bewegen sich entlang des Bodens und verlieren dabei rasch an Energie Der Energieverlust ergibt sich geometrisch aus dem Zuwachs der Querschnittfl che zwi schen zwei gekr mmten Strahlen relativ zum Zuwachs der Querschnittfl che zwischen Bo den und gekr mmten Strahl Bei der Berechnung der Strahlkr mmung wird der numerische Zeitschritt frequenzabh ngig gew hlt Dadurch erh lt man f r kurze Wellen hohe Frequenz eine st rkere Kr mmung und somit einen h heren Energieverlust als f r lange Wellen nied rige Frequenz Aus dem Verh ltnis der Fl chenzuw chse ergibt sich ein Diffraktionskoeffi zient der vom Azimutwinkel und der Frequenz abh ngt 9 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 9 4 2 4 Streuung Es wird a
101. er der sein Maxi mum bei 47 3 dB A mit etwa 30 erreicht Abbildung 3 7 90 4 80 70 60 50 40 30 95 Konfidenzintervall 20 Anteil mittel bis stark Bel stigter 10 0 30 35 40 45 Las eg s In dB am Ohr des Schl fers Abbildung 3 7 Durch labor und feldspezifische Regressionsmodelle L2 und F2 vorhergesagter Anteil durch Flugl rm Bel stigter Skalenstufe 3 bis 5 in Abh ngigkeit vom energie quivalenten Dauerschallpegel Las eq Vergleicht man die aus den Regressionsmodellen abgeleiteten labor und feldspezifischen Dosis Wirkungs Kurven f r gemeinsame Wertebereiche des Las Zeigt sich dass die aus L2 vorhergesagte Kurve deutlich ber der Feldkurve liegt bis zu 40 Punkte Unterschied Ab bildung 3 7 Bei einem Las Von 30 6 dB A ist der prognostizierte Teil Flugl rmbel stigter in beiden Untersuchungssettings noch ann hernd gleich 12 bis 15 Bei 47 3 dB A sind es 30 im Feld gegen ber ber 70 im Labor d h dass die Probanden im Schlaflabor durch den n chtlichen Flugl rm signifikant bel stigter als bei den Felduntersuchungen zu Hause waren Es muss jedoch beachtet werden dass in die Labor und Feldmodelle unter schiedliche psychologische Einflussgr en integriert wurden Labor Geschlecht Vorbel sti gung durch Flugl rm eingestufte Notwendigkeit des Flugverkehrs Feld Gew hnung an Flugl rm 3 7 4 Stresshormonausscheidung Die Exkretionsrate von Cor
102. er Aeroakustische Windkanal Braunschweig AWB Der letztere ist auf Grund seiner Gr e D senquerschnitt 1 2 m x 0 8 m ein preisg nstiger Forschungskanal und damit f r die Durchf hrung von Grundlagenarbeiten geeignet Dagegen sind im DNW LLF D senquerschnitt 8 m x 6 m L rmmessungen an realen Bauteilen m glich aus Kostengr nden aber immer nur im Zu sammenhang mit EU Projekten Tats chlich bestand daher bei einigen Teilaufgaben eine Verzahnung mit Arbeitsinhalten aus den EU Projekten RAIN und SILENCER Die Ergebnisse der Windkanalstudien dienten nicht zuletzt auch der Entwicklung von halb empirischen Schallquellmodellen f r die Anwendung in L rmprognoseverfahren Zur Validie rung der erarbeiteten Schallquellmodelle wurden berflugl rmmessungen an einem Airbus A319 der Deutschen Lufthansa durchgef hrt Erg nzend zu den urspr nglich im Projektplan verabredeten Referenzmessungen zur Erstellung einer L rmdatenbasis f r Prognosezwe cke wurden im Zuge dieser Messkampagne auch ausgew hlte L rmminderungsma nah men untersucht 5 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 5 3 Ergebnisse Zu Gunsten einer geschlossenen Darstellung der im Arbeitspaket 2B erzielten Ergebnisse wird im Folgenden nicht auf die oben genannten Einzelzielsetzungen Bezug genommen sondern einer Gliederung in Anlehnung an die technischen Anwendungsgebiete der Vorzug gegeben e Fahrwerksl rm e Hochauftriebsl
103. er simulierte Wind und Temperaturprofil vorgegeben werden F r die Berechnung von Langzeitpegeln und ber schreitungszonen L rmkonturen ist es jedoch zweckm ig die Wind und Temperaturprofi le aus wenigen Parametern herzuleiten f r die H ufigkeitsstatistiken verf gbar sind Aus breitungsrechnungen sind dann nur f r bestimmte Profilklassen durchzuf hren Die Ergeb nisse dieser Rechnungen k nnen anschlie end nach Wichtung mit der Klassenh ufigkeit gemittelt werden 9 4 3 1 Windprofil Das Windprofil besteht aus drei Abschnitten n mlich der auf dem Boden aufliegenden Prandtl Schicht und der dar ber befindlichen Ekman Schicht und der freien Atmosph re Das Windprofil wird unter Vorgabe der Windgeschwindigkeit Va in einer Bezugsh he za des in der Regel z 10 m ber Grund 9 7 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr von der thermischen Schichtung abh ngigen Winkels Y zwischen dem Wind in der Prandtl schicht und der freien Atmosph re geostrophischer Wind und der aerodynamischen Rauig keitsl nge Zo des Bodens bestimmt In der Prandtlschicht wird ein logarithmisches Vertikal profil angenommen dar ber eine Drehung bis hin zum Oberrand der Ekmanschicht wo der Wind dem geostrophischen Wind gleicht Oberhalb der Ekmanschicht wird keine Wind nde rung mit der H he ber cksichtigt 9 4 3 2 Temperaturprofil Das Temperaturprofii besteht ebenfalls aus drei Abschnitten Pra
104. eration 8000 POD 29 1 NM Bach FLAPS 1 GEAR DOWN FLAPS 3 Bu of DMN DME FLAPS 2 FLAPS 4 an Start of Procedure 6000 D FPA Change Jeceeration 21 3 HM 5000 FLAPS 1 of DMH DME 2 7000 FLAPS 2 Steep Descent 118 HM 4000 GEAR DOWN of DMN DME 5930 Oo FLAPS 3 u FLAPS 4 2000 amp GP INTERCEPT j 20 15 Distance to Threshold NM EEE er ee a E E E E e a nennen Bet een Bere Fr Abbildung 6 10 Segmente eines Segmented Continuous Descent Approach 1 Segment Horizontalflug mit konstanter Fluggeschwindigkeit 2 Segment Sinkflug mit konstanter Fluggeschwindigkeit 3 Segment Verz gerung verbunden mit dem Einnehmen der Anflugkonfiguration Fahrwerksfahren und Einnehmen der Landekonfiguration 4 Segment Steilanflugsegment mit Einfliegen des Gleitpfades von oben 5 Segment Nominaler Gleitpfad Stabilisieren bis 1000 ft H he Die Bahnwinkel des 1 und 5 Segmentes sind durch den Horizontalflug y 0 und den Gleitpfad in der Regel y 3 vorgegeben Die Bahnwinkel und Verz gerungsvorgaben des 2 3 und 4 Segmentes ergeben sich aus der Forderung nach Leerlaufschub und den Flugleistungen des betrachteten Flugzeugmusters Die Bestimmung des Anfangspunktes des 2 Segmentes Point oder Top of Descent das strikte Einhalten der Prozedur und ein ber der H he ver nderlicher Wind beinflussen den Punkt des Einfliegens in den Gleitpfad entscheidend Heutige Flight Management Systeme sind nicht in der Lage den
105. erhalten st rkere D mpfung von hohen Frequenzen gerin gere D mpfung von niedrigen Frequenzen wurde dadurch ber cksichtigt Jeder Schlafraum im Schlaflabor wurde vor Studienbeginn einzeln mit geeichten Schallpe gelmessern akustisch vermessen Auf diese Weise wurde garantiert dass das aufgezeichne te und das wieder eingespielte Ger usch sich nicht unterschieden Zur Kontrolle der korrekten Wiedergabe wurde das Ger usch im Schlafraum w hrend des Versuchs gleichzeitig mit den elektrophysiologischen Signalen aufgezeichnet Die Ausgabe eines Triggersignals erm glichte die ereigniskorrelierte Auswertung von akustischen und elektrophysiologischen Signale mit einer Aufl sung von 125 Millisekunden d h jeder elekt rophysiologisch detektierten Reaktion im Schlaf Aufwachreaktion Schlafstadienwechsel vegetatives Arousal Drehen im Bett konnte zugeordnet werden ob sie durch ein L rmer eignis hervorgerufen wurde oder spontan d h ohne erkennbare u ere Einwirkung ent stand In den Feldstudien wurde der Schalldruckpegel au en und im Schlafraum kontinuierlich aufgezeichnet Das Au enmikrophon befand sich blicherweise in 2m Abstand vor dem Schlafzimmerfenster zwei Innenmikrophone waren am Kopfende des Bettes der zu untersu chenden Person aufgebaut Sobald ein voreingestellter Hintergrundpegel au en berschrit ten wurde zeichnete der u ere Schallpegelmesser das gesamte Ger usch auf d h nicht nur den Pegelwert Gleichzeitig wu
106. erksger usche f hren werden Die numerischen Methoden wurden so weiterentwickelt dass nicht nur die instation re Str mung in einem Triebwerksfan sondern auch dessen tonale Schallemission berechnet werden kann Die Methode wurde erfolgreich mit Messdaten eines Triebwerksfans vergli 4 15 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr chen Auch das experimentell ermittelte Schallminderungspotential eines geneigten Stators von etwa 2 dB konnte numerisch nachgewiesen werden Das Verfahren wird nun eingesetzt um das Schallminderungspotential einer neuen Triebwerksgeneration mit Getriebefan nach zuweisen das in der Gr enordnung von 10 dB erwartet wird Weitere Arbeiten besch ftigten sich mit der aktiven L rmminderung von T nen Es wurde gezeigt dass die aktive L rmminderung auch bei dem sehr komplizierten Schallfeld eines Flugzeugfans eingesetzt werden kann Im Rahmen des Projektes wurde ein Regelungsver fahren mit dem Ziel optimiert den technischen Aufwand f r die aktive L rmminderung erheb lich zu reduzieren Dies wird dadurch erreicht dass der Gegenschall nur f r eine begrenzte Zahl von so genannten akustischen Moden erzeugt wird Im Rahmen des Projektes wurde auch eine neuartige Methode zur Erzeugung des Gegenschalls an den Rotor und Stator Schaufeln durch aktive Beeinflussung der Str mung um die Schaufelspitzen experimentell demonstriert Wenn dieses Verfahren erfolgreich ist dann kann ma
107. ert heute weitgehend auf station ren Rechenverfahren Mit der Verf gbarkeit instation rer numerischer Verfahren wie dem vom DLR entwickelten Verfahren TRACE ergab sich die M glichkeit nicht nur die aerodynami schen Eigenschaften sondern auch die Schallemission eines Rotors schon im Stadium des aerodynamischen Entwurfs zu optimieren Weiteres Reduktionspotential verspricht die aktive L rmminderung Hierbei werden Laut sprecher ber Regelketten so angesteuert dass der Schallpegel an so genannten Fehler mikrofonen minimiert wird In Flugzeugkabinen vor allem von Propellerflugzeugen wird die ses Verfahren bereits erfolgreich eingesetzt Die aktive L rmminderung von Triebwerksau Renl rm ist allerdings ungleich schwieriger da die Fehlermikrofone nicht im Schallfernfeld angebracht werden k nnen Die Ger uschemission der internen Schallquellen Brennkammer Verdichter und Turbine k nnen nur in begrenztem Umfang durch l rmarmen Entwurf reduziert werden Die gro en bei zuk nftigen Triebwerken erforderlichen Ger uschpegelminderungen lassen sich nur mit ber breite Frequenzbereiche wirksamen Schalld mpfern in den Str mungskan len vor und hinter dem Triebwerk erreichen Auf diesem Gebiet sind auch aktive L sungen denkbar die im Reiseflug abgeschaltet werden Die Forschungsziele dieses Arbeitspaketes waren 1 Erarbeitung von Konstruktionsvorschl gen zur Senkung des Fanl rms durch Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit und l
108. erung Die Flugh hen ber Grund wurden in folgende Klassen mit den Nennwerten 50 100 200 400 800 1600 3200 m eingeteilt 9 5 4 Frequenzklassen Die Frequenzen wurden nach Oktavb ndern mit den Nennwerten 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Hz eingeteilt 9 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 9 5 5 Beispiele Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die Visualisierung einer kleinen Auswahl voraus berechneter Korrekturwerte f r den Meteorologie und Bodeneffekt 9 5 5 1 Beispiel 1 direction of propagation leiser 18 dB win direction 0 dB 9 dB lauter Abbildung 9 6 Korrekturwerte f r den Meteorologie und Bodeneffekt Beispiel 1 Die Flugh he betr gt 1600 m ber Grund und es weht am Boden ein starker Wind mit 10 m s Bei einer derartigen Windgeschwindigkeit ist die Atmosph re in der Regel vertikal gut durchmischt d h die Temperaturschichtung ist neutral mit einer Temperaturabnahme von ca 1 Kelvin je 100 m H he Trotz der gro en Flugh he bildet sich bei Ausbreitung gegen den starken Wind in etwa 3 km Entfernung vom Flugzeugfu punkt eine akustische Schatten zone blau 9 5 5 2 Beispiel 2 direction of propagation leiser 18 dB km km 0 dB 9 dB lauter Abbildung 9 7 Korrekturwerte f r den Meteorologie und Bodeneffekt Beispiel 2 9 10 Leiser Flugverkehr 2 Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flu
109. es Quellmodell erweitert werden sollte Au erdem sollte in dieses Prognose verfahren das im AP 5B zu entwickelnde fortschrittliche Schallausbreitungsmodell integriert werden So sollte gew hrleistet werden dass die Effekte von Topographie und Meteorologie in geeigneter Weise durch das Rechenverfahren ber cksichtigt werden k nnen Das Ergebnis sollte ein Rechenprogramm sein das keinen ma geblichen Beschr nkungen hinsichtlich der Berechenbarkeit verschiedener Flugl rmdeskriptoren unterliegt und das vor allem als Entwicklungswerkzeug und zur Untersuchung problematischer Immissionsszena rien herangezogen werden kann Schlie lich sollte eine Beschreibung f r ein vereinfachtes Berechnungsverfahren erarbeitet werden das den Anforderungen an ein praktikables gesetzlich festschreibbares Modell ge n gt Dieser Arbeitsschritt schien zun chst im Hinblick auf eine geplante Novellierung des Flugl rmgesetzes notwendig Letztendlich f hrte diese Zielsetzung aber zu einer intensiven internationalen Zusammenarbeit im Rahmen der Arbeitsgruppe AIRMOD der European Civil Aviation Conference ECAC bei der ein Flugl rmberechnungsverfahren erarbeitet werden sollte das den Anforderungen an eine harmonisierte europ ischen L rmschutzpolitik 8 2 3 Rechnung tr gt 8 2 Hintergrund Die meisten derzeit national und international in der praktischen Anwendung befindlichen Flugl rmprognoseverfahren basieren auf einem relativ einfachen Berechnungsprinzip 8
110. escent Approach DLH Deutsche Lufthansa AG DLR Deutsches Zentrum f r Luft und Raumfahrt DOC Direct Operating Costs FAA Federal Aviation Administration FMS Flight Management System ft Fu 0 3048 m IAH Intermediate Acceleration Height ICAO International Civil Aviation Organization ILS Instrument Landing System INM Integrated Noise Model kts Knoten 0 5144 ms LAMAX A bewerteter Maximalschallpegel LDLP Low Drag Low Power Approach MONA Modern Noise Abatement Procedure nm Nautische Meile 1852 m PANS OPS Procedures for Air Navigation Services Aircraft Operations SEL Sound Exposure Level SOP Standard Operating Procedures SOURDINE Study of optimisation procedures for decreasing the impact of noise around airports 6 2 L rmoptimierte Abflugverfahren 6 2 1 Randbedingungen Der Wunsch nach rascher Entwicklung von verbesserten l rmg nstigeren Abflugverfahren resultiert aus den hohen Anforderungen f r die Zulassung von Hard und Software komponenten f r Luftfahrtanwendungen Dies gilt sowohl bord als auch bodenseitig Hinzu kommen Dienstzeiten von heutigen Verkehrsflugzeugen mit bis zu 30 Jahren und mehr so dass Verbesserungen erst in Jahrzehnten wirksam werden Diese Randbedingung erfordert Flugverfahren welche mit dem heutigen Ausr stungsstand auskommen Derartige Verfahren k nnen als wirklich kurzfristige Alternativen zu den aktuel len Verfahren angesehen werden und innerhalb relativ kurzer Z
111. estimmte sehr unterschiedliche Zeitr ume limitiert wird Sie werden weltweit an 86 Flugh fen angewandt Sie gelten f r 16 der Flug h fen in der EU 11 in Australien 9 in Ozeanien und 7 respektive zwei Flugh fen in Deutschland wobei es sich in einem Fall lediglich um eine Begrenzung der Zahl der Fugbe wegungen in bestimmten Nachtstunden handelt L rmkontingentierungen bei denen eine L rmmenge z B als Summe der Produkte aus Flugbewegungen und der nach L rmkatego rie oder gemessenem L rm bewerteten Flugzeuge bezogen auf einen Zeitraum z B Flug planperiode oder Jahr festgelegt wird die insgesamt von Flugzeugen die einen Flughafen anfliegen nicht berschritten werden darf gelten nur f r 14 Flugh fen 2 davon an f nf Flugh fen in den USA und vier in der EU Der Einsatz verkehrspolitischer L rmminderungsma nahmen hat sich ber einen sehr lan gen Zeitraum entwickelt 1970 hatten nur ca 30 Flugh fen Betriebszeitenbeschr nkungen 1 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr und ca 15 Flugh fen eine L rmpegelbegrenzung L rmabh ngige Landegeb hren werden erst ab 1970 und andere Ma nahmen international erst ab 1980 eingef hrt Die Verbreitung nimmt dann insgesamt nur sehr geringf gig zu Eine deutlich h here Steigerungsrate setzt relativ parallel f r alle Ma nahmen etwa 1996 97 ein Diese flacht ab 1998 jedoch wieder ab auf den Stand von vor 1996 Lediglich die Besch
112. fahren wurde dabei nur in einem Fall gem seiner komplizierten formalen Definition durchgef hrt Die sonstige Anwendung entspricht eher einem Runden Tisch mit wenigen Teilnehmern 1 5 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr e Incentives f r Leistungsanbieter Z B Fluggesellschaften oder Reiseveranstaltern einseitig gew hrte Verg nstigungen oder Anreize zur im Gegenzug freiwilligen Ein f hrung von L rmminderungsma nahmen Die Ma nahme ist international nicht do kumentiert wurde in Deutschland von einem Flughafen angewandt und einem ge plant Die Anwendung solcher Ma nahmen ist wettbewerbsrechtlich wegen m glicher Verletzungen des Gleichbehandlungsgrundsatzes sehr problematisch e Individuelle Verfolgung von L rmverst en Beschreibung im Grundsatz s o un ter Flugl rm berwachung die jedoch nicht wie bei dieser Ma nahme unbedingt zu individuellen Sanktionen f hrt Ermahnung Abmahnung und Verh ngung von Bu geldern an Piloten oder Fluggesellschaften wegen l rmverst rkender fliegerischer Regelverst e bei Start und Landung z B durch Abweichen von der Minimum Noise Route oder den Einsatz nicht angemeldeten Flugger ts Ma nahmen zur Erh hung der L rmakzeptanz und zur Verminde rung der L rmexposition l rmbetroffener Bev lkerung e Incentives f r L rmbetroffene Passive Schallschutzmafsnahmen im Flughafenum feld und Umsiedlungshilfen Aktivit ten und Ma
113. fects logistic regression im Text Die geringere Reaktionswahrscheinlichkeit im Feld im Vergleich zum Labor wurde 1995 in Eine m gliche Ursache f r die im Feld beobachteten geringeren Reaktionswahrscheinlichkei ten ist die Tatsache dass die Feldstudienteilnehmer in ihrer vertrauten Umgebung zu der das eigene Bett geh rt untersucht wurden So zeigten Hume und Whitehead 4 in einer Studie in der Versuchspersonen zu Hause ber Lautsprecher mit Verkehrsger uschen be schallt wurden dass die Reaktionswahrscheinlichkeiten in der gewohnten Umgebung tat s chlich geringer ausfielen als aus Laborstudien bekannt Die Aufwachwahrscheinlichkeiten zu Hause waren jedoch immer noch h her als die von Pearsons 3 3 berichteten die sich auf Untersuchungen mit realen Verkehrsger uschen im Feld bezogen Es scheint also nicht nur die vertraute Umgebung per se sondern auch die Gew hnung an das spezifische Ge r uschszenario eine Rolle zu spielen 3 7 2 4 Bewertung und Potential Die Kombination von akustischen Prognosen mit den in der vorliegenden Studie gefundenen Dosis Wirkungs Beziehungen f r elektrophysiologisch nachweisbare Aufwachreaktionen erlaubt es f r jeden Ort in der Umgebung eines Flughafens mit recht hoher Genauigkeit vor herzusagen wie viel Prozent der Bev lkerung keinmal genau einmal genau zweimal usw zus tzlich durch n chtlichen Flugl rm aufwachen Bisher werden ausschlie lich akustische Kriterien z B quivalenter Dauer
114. feldern ist aber besonders schwierig Bei der aktiven L rmminderung bei Str mungsmaschinen geht es um die Erzeugung eines gegenphasigen Schallfeldes in den Str mungskan len um das von der Turbomaschine er zeugte prim re Schallfeld m glichst weitgehend auszul schen Das sich aus der berlage rung von Schall und Gegenschall ergebende Schallfeld wird mit einem Satz Mikrofonen Fehlermikrofone vermessen Ein Regler berechnet in Echtzeit die erforderlichen Laut sprechersignale Je komplizierter das auszul schende prim re Schallfeld ist desto mehr Fehlermikrofone und Lautsprecher werden ben tigt und desto h her werden die Anspr che an die Leistungsf higkeit des Reglers Das Prinzip des Verfahrens ist in Bild 4 11 skizziert Mikrofone Lautsprecher Fan Str mung Triggersignal Abbildung 4 11 Erl uterung des Prinzips der aktiven L rmminderung im Einlauf eines Flugtriebwerks Im Rahmen des Projektes wurden drei verschiedene Strategien verfolgt den Gegenschall zu erzeugen 1 Konventionelles Regelungsverfahren mit Minimierung der Schalldr cke an allen Fehlermikrofonen 2 Modales Regelungsverfahren zur Unterdr ckung nur von einzelnen dominie renden Moden 3 Ersatz der Lautsprecher durch str mungserregten Gegenschall 4 3 1 Aktive L rmminderung durch konventionelle Regelung Ein Prinzipexperiment zur aktiven L rmminderung in einem Flugtriebwerk wurde gemeinsam mit MTU und EADS Corporate Research Ce
115. g stromab in das Fernfeld wurde mit analytischen Methoden berechnet Die Schallleistung des in der in Bild l sst sich ber eine Entwicklung des berechneten instation ren Druckfel 4 6 gezeigten Kopplungsebene in akustische Radialmoden ermitteln Im Bild sichtbar ist au erdem das instation re Druckfeld das mit einem von einem Forschungs partner TU Eindhoven entwickelten Rechenprogramm berechnet wurde Auch die Schallabstrahlung 0 25 Abbildung 4 6 150 145 140 radius m oO oO _ gt R a n nm amp an pas l Ve ZEIG e A AR entgegen der Str mungsrichtung nach vorn kann so behandelt werden CFD Region Akustisches Feld im Nebenstrom p Pa Kopplungsebene a P nn 0 3 Kopplungsverfahren axial coordina m TU Eindhoven Das Schallfeld stromab einer Kopplungsebene wird mit daf r besonders geeigneten Verfahren berechnet Die Schallleistung kann direkt aus dem instation ren Druckschwankungsfeld in der Kopplungsebene bestimmt werden A calc eXp 1 1 dB 135 130 125 casing SPL dB 120 115 110 Abbildung 4 7 2BPF calculation SPL sum O 2BPF experiment 2BP F average calc 2BPF average exp 0 2 0 4 0 6 0 8 1 downstream duct axial Position m Vergleich des berechneten mit den gemessenen Schalldr cken 4 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr D
116. gefahrenem Fahrwerk bei jeweils verschie denen Fluggeschwindigkeiten Der gleiche Versuchsplan wurde an zwei aufeinander folgen den Tagen jeweils einmal f r die Ausgangskonfiguration des Airbus A319 und sodann f r die 5 10 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr mit L rmminderungsma snahmen ver nderte Flugzeugkonfiguration abgearbeitet L rmmin derungsma nahmen an der Zelle waren das Abdichten von L chern und Hohlr umen an Fahrwerkskomponenten und in den Tragfl chen um die Vorfl gelhalter und in den Klappen seitenkanten Lufthansa stellte im Anschluss an die Flugversuche die Flugdatenaufzeichnungen f r die Auswertung der L rmmessungen zur Verf gung Messmikrofone waren unter der Flugbahn angeordnet aber insbesondere auch auf verschiedenen Positionen zu beiden Seiten der Flugbahn um auch die laterale Richtcharakteristik der Schallabstrahlung zu erfassen Basie rend auf den Flugbahndaten wurden die verschiedenen Einfl sse der Relativ bewegung des Flugzeugs gegen ber den Mikrofonen auf das akustische Messsignal korrigiert z B Doppler Effekt konvektive Verst rkung etc Auf diese Weise kann die Richtcharakteristik der Schallabstrahlung auf einer Kugeloberfl che mit dem Einheitsradius von 1 m als station re Quellcharakteristik f r jede der vermessenen Flugzeugkonfigurationen angegeben und zur Validierung der im Windkanal ermittelten Charakteristika des Umstr mungsl rms von
117. gestellt Anlass f r diese Arbeiten war die Tatsache dass n chtlicher Flugl rm derzeit eine der ma geblichsten negativen Folgewirkungen des Luftverkehrs darstellt Vor dem Hintergrund dass bez glich der Bewertung von Nachtflugl rm weitestgehend noch keine Einigkeit besteht muss diesen Arbeiten eine besonders umweltrelevante Bedeutung zugeschrieben werden Der nahe liegende Ansatz die Flugl rmbelastung am Boden zu mindern ist nat rlich die L rmminderung an der Quelle selbst Dabei muss insbesondere bei modernen Ver kehrsflugzeugen unterschieden werden zwischen dem L rm der durch das Triebwerk hervorgerufen wird und dem durch die Umstr mung von Rumpf Tragfl chen und Fahr werk erzeugten L rm Konzepte zur Minderung des Triebwerksl rms werden im Kapitel 4 beschrieben Kapitel 5 setzt sich mit der Untersuchung des Umstr mungsl rms aus einander Zielsetzung war jeweils die Bereitstellungen von technischen Konzepten die die Triebwerks und Flugzeugindustrie in die Lage versetzen k nftig schon beim Flug zeugdesign den Aspekt der L rmminderung in ad quater Weise zu ber cksichtigen W hrend technologische Ma nahmen an Triebwerk und Zelle in der Regel erst mittel bis langfristig umsetzbar sind bestehen auch kurz und mittelfristige M glichkeiten zur Minderung des L rms in der Flughafenumgebung Eine ist die Anwendung von l rmmin dernden Flugverfahren die im Kapitel 6 erl utert wird Neben diesen operationellen Ma na
118. gsm glichkeiten einge bracht werden 10 4
119. gverkehr A Die Flugh he betr gt nun lediglich 50 m ber Grund und es ist windstill Bei Windstille oder schwachem Wind und hoher Sonneneinstrahlung ist die Atmosph re labil geschichtet und sehr turbulent wobei die Temperatur in den unteren 500 m um mehr als 1 Kelvin je 100 m H he abnimmt Wegen der Windstille ist die D mpfung unabh ngig von der Ausbreitungs richtung Wegen der niedrigen Flugh he bildet sich nach 2 3 km Entfernung vom Flugzeug Fu Bpunkt ein akustischer Schatten 9 5 5 3 Beispiel 3 amp direction of propagation un leiser 18 dB wind direction g E 0 dB 9 dB lauter Abbildung 9 8 Korrekturwerte f r den Meteorologie und Bodeneffekt Beispiel 3 Die Flugh he betr gt 100 m ber Grund und es weht ein schwacher Wind mit 2 m s Bei Windstille oder schwachem Wind und klaren N chten ist die Atmosph re stabil geschichtet wobei die Temperatur h ufig mit der H he zunimmt Inversion In dieser Situation bildet sich ein kaum ein akustischer Schatten Vor allem die tiefen Frequenzen werden infolge von Mehrfachreflexionen in Windrichtung verst rkt 9 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 10 Zusammenfassung der Projektergebnisse Im Rahmen des von der HGF teilfinanzierten DLR Projekts Leiser Flugverkehr wurden Technologien Werkzeuge und Ma nahmen erarbeitet die dazu beitragen dass ein notwen diger und ausreichender Schutz der Bev lkeru
120. h derartige Modelle welche eine detaillierte Be schreibung von Schallquellen und ausbreitung erm glichen k nnen belastbare Ergebnisse f r zuk nftige An und Abflugverfahren produziert und anschlie end in Flugversuchskam pagnen verifiziert werden Im Rahmen der Untersuchungen wurde neben dem Prim rziel der Reduktion der L rmim mission am Boden ein gro es Augenmerk auf die Randbedingungen Sicherheit Flugsiche rung konomische Durchf hrbarkeit und gesetzliche Grundlagen gelegt um wirklich kurzfris tige Resultate zu produzieren welche f r allen Beteiligten akzeptabel und mit relativ gerin gem Aufwand umsetzbar sein sollten Das Ziel der unmittelbaren Umsetzbarkeit erfordert die Schaffung von Flugverfahren welche mit dem heutigen Ausr stungsstand auskommen Alle vorgestellten Verfahren versuchen dieser Randbedingung gerecht zu werden F r zweistrahlige Kurz und Mittelstreckenflugzeuge mit der A320 als typischem Vertreter dieser Klasse konnte die Einf hrung einer Zwischenbeschleunigungsh he Intermediate Acceleration Height beim Abflug als positiv f r die Reduktion des L rmimmissionsniveaus identifiziert werden Dabei werden im Gegensatz zu herk mmlichen l rmarmen Abflugverfah ren nennenswerte Zeit und Treibstoffeinsparungen bei hnlichem L rmreduktionspotenzial erzielt Durch Verschiebung dieser Beschleunigungsh he kann das Verfahren mit Ein schr nkungen an lokale Bev lkerungsverteilungen bzw an Tag
121. hin dass durch den operationellen Ein satz l armmindernder Anflugverfahren Verringerungen der am Boden zu erwartenden L rm belastung erreicht werden k nnen Die von den einzelnen Flugzeugen ausgehende L rmbe lastung wird dabei umso geringer sein je geringer das Schubniveau der Triebwerke und je gr er die Anflugh he sein wird Aus diesem Grund sollte im Anflugbereich auf Zwischenan flugsegmente in geringer Flugh he und mit hohem Schubniveau nach M glichkeit verzichtet werden In der operationellen Praxis werden derzeit Continuous Descent Approach CDA Verfahren in der Form eingesetzt dass die Flugzeugf hrer von der Flugsicherung Freigaben f r Anfl ge mit diesem Verfahren erhalten und dann die Anfl ge ohne weitere Anweisungen der Flug lotsen nach eigenem Ermessen durchf hren Bedingt durch die damit verbundenen Unsi cherheiten bei der Sch tzung der Ankunftszeiten kann dieses Verfahren allerdings nur bei geringer Verkehrsdichte und hinreichend gro er Separation der Flugzeuge eingesetzt wer den Bei h herer Verkehrsdichte werden die Flugzeuge durch H hen Kurs und Geschwin digkeitsanweisungen separiert zur Landung gef hrt so dass die Anflugverfahren zum Teil durch die Anweisungen der Fluglotsen bestimmt werden Die Separation der Flugzeuge er folgt dabei durch Sch tzung der zuk nftigen Position aller Flugzeuge und entsprechenden taktische Anweisungen der Fluglotsen Zuk nftige Air Traffic Management ATM Konzepte seh
122. hlaf um 1 8 Minuten nicht signifikant reduziert Es konnten jedoch Ver nderungen in der Schlafstruktur beobach tet werden Der Tiefschlaf war im Mittel um 4 1 Minuten insbesondere zugunsten der Schlaf 3 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr stadienanteile von Wach und S1 2 3 Minuten reduziert s Abbildung 3 3 Die Ver nde rungen der einzelnen Schlafstadienanteile waren jedoch jeweils nicht statistisch signifikant Wach amp S1 2 3 min S2 0 6 min SWS 4 1 min REM 1 3 min Schlafstadium kumuliert in Minuten Differenz L rm Basis Verstrichene Schlafzeit seit Schlafbeginn in Minuten Abbildung 3 3 Ver nderung der Schlafstadienanteile mittlere Differenz zwischen L rm und Basisnacht im Verlauf der Nacht in den Laborstudien Bei der Betrachtung von Ver nderungen des Tiefschlafanteils in Abh ngigkeit von Anzahl und Maximalpegel der Flugger usche konnte in 21 von 30 F llen eine Reduktion beobachtet werden erwartet bei keinem Einfluss von Nachtflugl rm 15 F lle Die Ver nderungen reich ten von 18 0 Minuten bei 32 x 60 dB A bis zu 7 7 Minuten bei 4 x 55 dB A jeweils im Ver gleich zur Basisnacht wobei selbst diese hohen Ver nderungen Bonferroni korrigiert nicht signifikant waren Erh hte Tiefschlafanteile in N chten mit wenigen Ger uschen und oder niedrigen Maximal pegeln deuteten darauf hin dass die Kompensation eines
123. hmen besteht auch die M glichkeit durch gezielte Steuerungsmalsnahmen des Luftverkehrs l rmmindernde Effekte zu erzielen Mit diesem Themenkomplex wird sich im Kapitel 7 auseinandergesetzt Ein wesentliches Hilfswerkzeug bei der Validierung von L rmminderungskonzepten e benso wie bei der Umsetzung und Kontrolle von planerischen Ma nahmen zur L rm minderung sind Flugl rmprognoseverfahren Im Kapitel 8 wird die Entwicklung eines Simulationsverfahrens zur Berechnung von Flugl rm beschrieben sowie dessen Einsatzm glichkeiten bei der Optimierung von L rmminderungsma nahmen und von konventionellen Verfahren zur Berechnung von Flugl rm Besondere Bedeutung kommt dabei einer soliden Modellierung der Schallausbreitungsvorg nge in der Atmosph re zu Im Kapitel 9 wird ein neuartiges Schallausbreitungsmodell vorgestellt das auf dem An satz einer ganzheitlichen und konsistenten Beschreibung des Komplexes Topographie Meteorologie beruht Eine zusammenfassende Darstellung der Resultate findet sich im Kapitel 10 Dieser Bericht kann aufgrund des Umfangs des Projektes nur eine Zusammenfassung der abgewickelten Forschungsarbeiten darstellen Detailliertere Informationen k nnen den in den einzelnen Abschnitten zitierten weitergehenden Ver ffentlichungen entnommen oder direkt ber die Arbeitspaketkoordinatoren per E Mail erfragt werden 1 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 1 Hintergrund des
124. htigt Resultat ist letztendlich ein zeitlicher Schallpegelverlauf f r jedes am Immissionsort zu erwartende Einzelschallereignis Wird ein komplexer Flugbetrieb zu Grunde gelegt so werden diese Schritte f r jede Kombi nation von Flugzeugtyp und Flugstrecke wiederholt und die am Immissionsort auftretenden Intensit ten aufsummiert Letztendlich erh lt man so eine Pegel H ufigkeitsverteilung bzw einen kumulativen Pegel z B in Form eines Mittelungspegels Durch ein nachgeschaltetes 8 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Post Processing k nnen dann auch sog L rmkonturen d h Kurven eines konstanten Flug l armbeurteilungsma es ermittelt werden 8 3 2 Die Beschreibung der Quelle Eine vollst ndige Beschreibung der Abstrahleigenschaften des Flugzeugs ist prinzipiell zwar machbar erfordert eine entsprechende akustische Vermessung eine rein analytische Be schreibung der Abstrahleigenschaften auf der Basis von z B von Triebwerksparametern und aerodynamischer Konfiguration ist nach derzeitigem Kenntnisstand noch nicht m glich Eine Vermessung die die wesentlichen physikalischen Mechanismen mit ber cksichtigt w rde eine Variation von Triebwerksleitung Fluggeschwindigkeit und aerodynamischer Konfigurati on ber einen weiten Parameterbereich erfordern Da derartige Messungen sehr personal und kostenintensiv sind sind entsprechende Daten in der Regel nicht verf gbar EM Fan P v
125. hung _ Mi er amp ww Y IN E h Schatten Einfach Reflexion Mehrfach Reflexion O Seitlicher Abstand von der Grundlinie Abbildung 9 4 Schematische Darstellung der Wirkung von vertikalen Wind und Temperaturgradienten auf die Brechung Refraktion von Schallwellen Aufw rtsbrechung linke Bildh lfte f hrt zur Bildung von akustischen Schatten Abw rtsbrechung dagegen ggf zu Mehrfachreflexionen 9 4 2 1 Refraktion Die Position eines Schallpartikels entlang eines Schallstrahls wird mittels Zeitintegration der folgenden Gleichungen berechnet Schallstrahlen nach Pierce dx ody o dz 5UtCmet x gt ye Vt met y j qe Omet z dt an 0 dn an _ ICmet n JU met n OV met dt dt dt oz 2 9 Hier ist c K R T z die adiabatische Schallgeschwindigkeit Umet Z Vmet Z die horizonta len Windkomponenten und nx Ny Nz die Komponenten des Wellenvektors x y z sind die Koordinaten die in ihrer zeitlichen Abfolge die Lage des Schallstrahls im Raum definieren Die Flugzeugposition entspricht x 0 y 0 z h Die Kr mmung des Schallstrahls be 9 5 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr schreibt die Refraktion Brechung auf Grund der vertikalen Gradienten des Windes und der von der Temperatur abh ngigen Schallgeschwindigkeit Cmet siehe Abb 9 4 9 4 2 2 Reflektion Trifft ein Schallstrahl auf den Boden so wird er dort entsprech
126. i Abflugverfahren wird in SOURDINE 6 5 nach anf nglicher Reduktion auf den minimal notwendigen Schub zur Einhaltung der gesetzlich geforderten Mindeststeigraten eine sukzessive Erh hung des Schubes in 5 Stufen auf maximal zul ssigen Steigflugschub vorgeschlagen Da heutige im Einsatz befindliche Vortriebsregler Autothrottle f r eine Schuberh hung auf dieser Basis nicht ausgelegt sind und keine M glichkeit zur Programmierung dieser Werte in das Flight Management System FMS vor dem Start vorgesehen ist m ssen diese Schuberh hungen von Hand durch die Piloten durchgef hrt werden Im Hinblick auf die Pilotenbelastung in dieser kritischen Flugphase mit allgemein hoher Arbeitsbelastung werden hnliche Verfahren zur Anpassungen des Schubniveaus in der vorliegenden Untersuchung bewu t nicht vorgeschlagen um die kurzfristige Einsetzbarkeit und Akzeptanz der Verfahren bez glich Sicherheitsbedenken seitens der Fluggesellschaften und des Cockpitpersonals nicht zu gef hrden Ebenfalls wird aus den Erkenntnissen von SOURDINE deutlich dass es kein allgemein g ltiges Verfahren gibt mit welchem sowohl zweistrahlige Verkehrsflugzeuge mittlerer Gr e z B A320 als auch vierstrahlige Gro raumflugzeuge z B A340 einen l rmoptimierten Abflug durchf hren k nnen F r Langstreckenflugzeuge werden zwei verschiedene Verfahren vorgestellt geeignet zur L rmreduktion jeweils f r Gebiete in direkter Umgebung zum Flughafen bzw in weiterer Entfernung
127. ich seiner aerodyna mischen Eigenschaften homogen Heimann D Gro G 1999 Coupled simulation of meteorological parameters and sound level in a narrow valley Applied Acoustics 56 73 100 9 4 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr c Der Boden hat einen einheitlichen Str mungswiderstand und ist bez glich sei ner akustischen Eigenschaften Impedanz homogen d Die Atmosph re ist horizontal homogen e Die Schallquelle ist inkoh rent Die Schallpartikel Phonone werden ausgehend von der Quellposition gegeben durch die H he h des Flugzeugs ber Grund in den ma geblichen Teilraum abgestrahlt Die Anfangs richtung der Partikel ist gegeben durch den Azimutwinkel a 0 gegen den Wind 180 mit dem Wind und Elevationswinkel y 90 senkrecht nach unten 0 horizontal Der ma gebliche Teilraum wird so gew hlt dass die Strahlen unter Ber cksichtigung ihrer allf lligen Kr mmung das ma gebliche Empf ngergebiet erreichen Das ma gebliche Empf ngerge biet ist ein kreisf rmiges Volumen mit einem Radius R und der vertikalen M chtigkeit Az das auf dem Boden aufliegt Der Fu punkt des Flugzeugs definiert den Mittelpunkt des Empf n gergebiets Im weiteren Verlauf folgen die Schallpartikel den Schallstrahlen H he 1 ri Temperaturabnahme Temperaturzunahme mit der H he mit der H he oder gt gt gt Wind gt gt gt ak Aufw rtsbrechung Abwartsbrec
128. ie ICAO oder auch nach gemessenem L rm durch zeitlich gestaffelte Nachtzuschl ge auch z B durch weitere L rmzuschl ge zur zweckgebundenen Finanzierung von Schallschutzma nahmen s Ma nahmengrup pe Incentives f r L rmbetroffene L rmschutzprogramme sowie mit nach L rmkate gorie und Tages oder Nachtzeit gestaffelten L rmzuschl gen und Zuschl gen f r Passagiere Fracht und Post e L rmkontingent Beschreibung s o Wird in Deutschland an bisher zwei Flugh fen nur partiell angewandt e Flugzeugbezogene L rmpegelbegrenzung Im Grundsatz eine Versch rfung der ICAO L rmzertifizierungen die erst durch die damit verbundene nderungen der Zu lassungsbedingungen wirksam werden Eine Variante w re eine Begrenzung auf x dB A je Flugzeug Die Angaben zur Anwendung der oben angef hrten Ma nahme Vorgabe von Grenzwerten f r L rmpegel bedeuten meist nichts anderes als dass diese Flugh fen nur von aufgrund von ICAO Zertifizierung zugelassenen Flugzeugen 7 4 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr f DLR angeflogen werden d rfen Als aktive L rmminderungsma nahme kann sie erst nach Inkrafttreten versch rfter ICAO Zertifizierungen angewendet werden Indirekte oder flugbewegungsbezogene Ma nahmen Betriebszeitenbeschr nkung Beschreibung s o Bewegungskontingent Beschreibung s o Frequenzbegrenzung Begrenzung der Zahl der Fl ge pro Zeiteinheit z B auf einer bestimmte
129. iebwerksfan der im Rahmen des Projektes berechnet wurde Links ist der Rotor und rechts der Stator zu sehen Das Ergebnis einer Str mungsrechnung ist in Bild 4 4 zu sehen wo die Nachl ufe hinter den im Bild links liegenden Rotorschaufeln dargestellt sind die auf die rechts liegenden Stator schaufeln treffen und dabei die Rotor Stator Interaktionst ne erzeugen 4 4 Leiser Flugverkehr X radius m axial coordinate m Abbildung 4 4 radius m 0 0 1 axial coordinate m 0 1 Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr f DLR 0 2 0 3 Nachl ufe hinter den links liegenden Rotorschaufeln die beim Auftreffen auf die rechts liegenden Statorschaufeln die wichtigen Rotor Stator Interaktionsger usche erzeugen Die dabei entste henden T ne sind die l stigste Ger uschkomponente heutiger Flugzeugtriebwerke 0 2 0 3 nz 4 d 5 i l da I Druckfeld 4 pi a i zwischen Rotor A F J f und Stator y J i 2 07 y Abbildung 4 5 Berechnetes Druckfeld zwischen Rotor und Stator das sich von den Statoren ausgehend stromauf ausbreitet und sich nur schwach entgegen der schallnahen Str mung in den Schaufelkan len des Rotors ausbreiten kann Der gr te Ger uschanteil wird daher nach hinten abgestrahlt 4 5 Leiser Flugverkehr Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR 4 2 3 Berechnung der Schallemission ins Fernfeld Die Schallausbreitun
130. ig die Einsch tzung der L rmminderung ein Die zweitgr te Gewichtung erhielt die Praktikabilit t gefolgt von der Bewertung m glicher negativer direkter Folgen f r den Luftverkehr und m glicher negativer indirekter Folgen f r die Wirtschaft Die auch von den Flugh fen durchgef hrten Einsch tzungen der Ma nahmenakzeptanz bei den L rmbetroffe nen f r die hohe Korrelationen mit der Bewertung der L rmminderungspotentiale erwartet wurden erbrachten insofern nur teilweise parallele Ergebnisse als die Akzeptanz fast aller Ma nahmen also auch der als wenig geeignet oder untauglich bewerteten positiv einge sch tzt wurde wenn auch in sehr unterschiedlichem Grade Nur die Akzeptanz der Ma nahme Incentives f r Leistungsanbieter wurde insgesamt indifferent bewertet Zusammengefasst ergaben sich folgende Bewertungen der untersuchten Ma nahmen die im Ergebnis Gegenstand des Mafsnahmenkatalogs f r Anwender sind Die Reihenfolge der Darstellung kann dabei als Rangfolge f r gute bis weniger gute Tauglichkeit f r eine Anwen dung unter derzeitigen generellen Ranmenbedingungen gelten Dies schlie t nicht aus dass die Bewertung der Tauglichkeit im Einzelfall aufgrund spezieller Gegebenheiten die sich z B auch aus der Funktion und den Betriebsabl ufen bestimmter Flugh fen ergeben davon ab weichen kann 7 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 1 Start und Landegeb hrenspreiz
131. ilen Flugzustand d h konstante Fluggeschwindigkeit und Bahn eingenommen ha ben HI m 00 L n fm E ae O w 0 am CONFIG m 00 g THRUST 1000 LE FR I 30 20 10 30 20 10 DISTANCE NM UISTANCE NM Abbildung 6 6 Low Drag Low Power Anflugverfahren Das beschriebene Verfahren ist bereits l rmreduzierend und wird als Low Drag Low Power LDLP oder Frankfurter Verfahren bezeichnet und von der DLH schon seit den siebziger Jahren eingesetzt Fahrwerks und Klappenfahren erst auf dem Gleitpfad so sp t wie m g lich bedeutet eine widerstandsarme Konfiguration geringes CwC erfordert damit weniger Schub und reduziert somit den L rmpegel H hen und Geschwindigkeitsprofil Stellung von Fahrwerk und Landeklappen sowie Trieb werksschub und Maximalschallpegel berechnet mit INM direkt unterhalb der Flugbahn sind in Abbildung 6 6 f r das LDLP Anflugverfahren ber der Entfernung zum Aufsetzpunkt auf getragen Besonders deutlich wird die Schuberh hung im Bereich der Zwischenanflugh he Der Maximalschallpegel steigt mit abnehmender H he in der Anfangsphase kontinuierlich an erh ht sich im Bereich der Zwischenanflugh he durch die Schuberh hung weiter und nimmt im Endbereich des Landeanflugs drastisch zu Das Low Drag Low Power Anflugverfahren kann als Stand der Technik angesehen werden und soll im weiteren als Referenz f r eine L rmoptimierung d h L rmminimierung dienen 6 3 3 Optimierungsan
132. ilung der Effizienz konzeptionell unterschiedlicher Ma nahmen ist eine sehr ge naue Kenntnis der auf L rm bezogenen Kausalkette Emission Ausbreitung Immission Wirkung notwendig was zu der hier vorgestellten integrierten Vorgehensweise veranlasst hat um die noch bestehenden Wissensdefizite zu beseitigen Als die f r Luftfahrtforschung zust ndige Einrichtung in Deutschland war das DLR aufgefor dert den wichtigen Problembereich Flugl rm in seinen wesentlichen Aspekten zu bearbei ten Es hat sich dieses aktuellen gesellschaftsrelevanten Themas aufgrund der Notwendig keit einer umgehenden Behandlung zu Beginn des Jahres 1999 angenommen Nach er folgreicher Beantragung einer F rderung durch den Strategiefonds der Hermann von Helm holtz Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren wurde das Projekt seit Juli des Jahres 2000 f r drei Jahre in integrierter und erweiterter Form im HGF Verbund durchgef hrt Damit wurde dieses Thema der Vorsorgeforschung als strategisch wichtiges Anliegen der HGF erkennbar 1 2 Projektansatz In der Praxis wurden bisher meist die Wirkungen einzelner l rmmindernder Ma nahmen un tersucht Ein ganzheitliches Bild ber L rmszenarien Wirkungsmuster und gezielt struktu rierte Gegenma nahmen besteht nicht Im Projekt sollten daher Methoden Ma nahmen und Technologien entwickelt werden die die L rmbelastung trotz Erh hung des Luftverkehrsauf kommens mittel und langfristig zu reduzieren helf
133. in denen die Schallausbreitung bodennah erfolgt Je mehr das Flugzeug an H he gewonnen hat um so st rker dominiert der Einfluss der Meteorologie auf die Flugleistungen die Schallimmission am Boden Windeinfluss auf Flugbahn Windgeschwindigkeit in 10 m H he 0 m s 2 m s Abbildung 8 5 Einfluss der Windgeschwindigkeit auf den Maximalschallpegel beim Abflug eines typischen Strahlflugzeugs mit MTOW von ca 65 t Zugrunde liegt neutrale Schichtung Dargestellt sind Kontu ren des A bewerteten Maximalschallpegels L max 65 75 dB Im gr n markierten Bereich erkl rt sich der Unterschied im Kurven verlauf durch den Windeinfluss auf die Flugbahn 8 5 2 Modellierung von Anflugverfahren Im Folgenden sollen einige Beispielrechnungen gezeigt werden die die Eigenschaften des Teilschallquellenmodells demonstrieren Hierbei wird ein modellhafter Anflug zu Grunde ge legt der zwar realit tsnah ist aber in der Praxis nicht eingesetzt wird Anmerkungen dazu finden sich am Ende dieses Abschnitts Als Referenzflugzeug wurde wieder ein typisches 2 motoriges Flugzeug mit einer Landemasse von etwa 60 Tonnen herangezogen In den folgenden beiden Abbildungen ist jeweils eine H lfte einer symmetrischen L rmkontur dargestellt die sich f r einen Anflug in der Umgebung einer geradlinigen Flugstrecke ergibt Der Anflug erfolgt von Ost nach West Dargestellt ist die n rdliche H lfte einer SEL Kontur Dabei ist aus Darstellungsgr nden die vertikal
134. is die wesentlichen Wellen das Modellgebiet durchwandert haben Die rtliche Amplitude dieser Wellen wird registriert und in Schalldruckpegel umgerechnet Am Boden und an Hindernissen werden die Wellen reflektiert Die Simulation des Einflusses von schallweichem Boden erfordert die explizite Darstellung einer Bodenschicht mit D mp fungseigenschaften An den brigen R ndern des Modellgebiets verhindern entsprechende Randbedingungen und eine zus tzliche D mpfungsschicht unerw nschte Reflexionen 9 2 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr f DLR Abbildung 9 2 Horizontalschnitte durch ein berechnetes Windfeld links das Momentbild des akustischen Wellenmusters mittig und der dazugeh rige Schalldruckpegel Das Modell AKU3D kann die ben tigten meteorologischen Felder von einem vorlaufenden Str mungsmodell bernehmen und eine zu diesen Feldern konsistente Ausbreitung simulie ren Die Abbildung 9 2 zeigt als Beispiel ein durch eine 5 m lange und 2 5 m hohe Wand rot gest rtes Windfeld bei Schr ganstr mung links Die Schallwellen mittig die von einer 5 m vor der Wand und 0 5 m ber dem Boden befindlichen Schallquelle mit einer Frequenz von 500 Hz ausgestrahlt werden werden an der Wand und am Boden reflektiert Hinter die Wand gelangen sie durch Beugung Diffraktion Der erh hte Windgradient ber und neben der Wand f hrt zus tzlich zu einer Brechung Refraktion in den abgescha
135. iskorrelierte Auswertung der Daten So konnte Ursache Flugl rmer eignis und Wirkung physiologische Reaktion in direkten Zusammenhang gestellt werden Diese Methodik erlaubte die Erstellung von Dosis Wirkungs Beziehungen f r flugl rmbeding te physiologische und psychologische Reaktionen unter Labor und Feldbedingungen Aus den Dosis Wirkungs Beziehungen wurde ein Vorhersagemodell f r flugl rmbedingte Auf 3 14 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr wachreaktionen entwickelt hnliches l sst sich f r andere physiologische Funktionen entwi ckeln Aus dem Vorhersagemodell und akustischen Prognosen lassen sich Kriterien f r flugl rmbe dingte physiologische Reaktionen entwickeln 3 9 Zusammenfassung Im Rahmen des HGF DLR Projekts Leiser Flugverkehr wurde bei 192 schlafgesunden Ver suchspersonen im Alter zwischen 18 und 65 Jahren in 2 240 N chten in Labor und Feldstu dien die Wirkung von Nachtflugl rm auf den Schlaf durch Polysomnografie auf die Stress hormonausscheidung durch die Bestimmung von Adrenalin Noradrenalin und Cortisol aus dem n chtlichen Sammelurin auf die Leistung abendliche und morgendliche Durchf hrung von Computer Leistungstests und auf die Bel stigung Erm dung Befindlichkeit und Erho lung und Beanspruchung durch subjektive Einsch tzungen untersucht Aufwachreaktionen auf Flugl rmereignisse wurden durch die simultane Aufzeichnung von elektrophy
136. ition des Projekts war abzusehen dass ein Flugl rmberechnungsverfah ren auf der Basis einer Einzelflugsimulation zur Zeit aufgrund der Verf gbarkeit der Eingabe daten noch kein weitestgehend in die Praxis umsetzbares Konzept ist Der Einsatz eines derartigen Verfahrens ist zun chst auf die im Abschnitt 8 4 aufgezeigten Anwendungsberei che fokussiert Eine erweiterte Zielsetzung des Projekts war es daher Anforderungen und Spezifikationen an ein gesetzlich festschreibbares Verfahren zu definieren Dieses Ziel wurde insbesondere in Anbetracht der anstehenden Novellierung des Flugl rmgesetzes anvisiert Die Aktivit ten der EU zu einer harmonisierten L rmschutzpolitik in Europa 8 2 3 und die damit verbundene Notwendigkeit von vereinheitlichten Berechnungsverfahren legten es aber dann nahe sich mit dieser Zielsetzung an den europ ischen und internationalen Aktivit ten zu orientieren Aus diesem Grunde wurden die Aktivit ten zur Definition eines festschreibba ren Verfahrens in die Arbeiten der ECAC Arbeitsgruppe AIRMOD mit einbezogen die sich mit der berarbeitung des ECAC Dokuments Doc 29 aus dem Jahr 1997 8 7 als ein m gli ches harmonisiertes Berechnungsverfahren befasst Diese berarbeitung wird im Jahr 2004 abgeschlossen sein Das berarbeitete Dokument Doc 29R wird den derzeitigen in der Praxis bew hrten Kenntnisstand Current Best Practi ce widerspiegeln Das war auch die Zielsetzung von AIRMOD es sollten nur in der Praxi
137. kt ber verringerte Steigraten bis zum Er reichen der gew nschten Geschwindigkeit von 250 kts Als neue Variante MOdern Noise Abatement Departure Procedure MONA Departure zu bestehenden Verfahren wurde eine Zwischenbeschleunigungsphase eingef hrt welche direkt an die erste Flugphase mit gleich bleibender Geschwindigkeit anschlie t und mit m Big reduzierter Steigrate durchgef hrt wird um eine geringe Beschleunigung zu erzielen Nach Erreichen der Zwischenbeschleunigungsh he Intermediate Acceleration Height IAH wird die Steigrate weiter reduziert um h here Beschleunigungswerte zu erreichen Abbildungen 6 3 und 6 4 zeigen die Auswirkungen einer Anhebung der Zwischenbeschleu nigungsh he von 3000 ft auf 5000 ft ber Grund Dargestellt sind H hen und Geschwindig keitsverl ufe als auch die Differenzen der Maximalschallpegel LAMAX bzw Dauerschall pegel Sound Exposure Level SEL bezogen auf das Referenzverfahren modified ATA 6 6 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr b i b i pa SPEED KTS P a ann ann HEIGHT 1000 FT 150 5 LA MAX dB A A SEL dB A DISTANCE NMI DISTANCE NMI Abbildung 6 3 Vergleich des MONA Verfahrens Zwischenbeschleunigungsh he 3000 ft mit der mod ATA Procedure und ICAO A Procedure HEIGHT 1000 FT AL may ABA DISTANCE NM DISTANCE NM Abbildung 6 4 Vergleich des MONA Verfahrens
138. l rmbel stigung s Abbildung 3 6 Das Ausma an Bel stigung w chst linear sowohl mit Ansteigen des Las max als auch der H ufigkeit von Ereignissen was mit Befunden aus bisherigen Feldstudien zur Flugl rmwir kung bereinstimmt 128 mal 55 dB A f hren zum h chsten Anteil prognostizierter L rmbe l stigter von ber 80 Im Gegensatz zu vorangegangenen Felduntersuchungen steigt der Teil der Bel stigten auch bei wenigen Flugbewegungen lt 16 berfl ge pro Nacht mit zu nehmendem Las max Signifikant an L2 prognostiziert einen signifikanten Zuwachs an Bel stig ten mit steigendem Las eq 15 bei 30 6 dB A bis 70 bei 46 6 dB A ohne Abbildung 3 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr In die feldspezifischen Regressionsmodellen F1 Anzahl und F2 Las eg flie en die Gew h nung an Flugl rm je geringer die Gew hnung desto h her der Anteil Flugl rmbel stigter und zus tzlich in F1 das Alter je lter desto h her der Anteil Bel stigter als signifikante psychologische Moderatoren ein Nach F1 hat die Anzahl an Flugbewegungen eine signifi kante Wirkung auf die Flugl rmbel stigung ohne Abbildung Der Anteil an bel stigten Per sonen nimmt mit dem Anstieg der H ufigkeit von Ereignissen zu 128 Flugl rmsituationen pro Nacht bedingen das h chste Ausma an L rmbel stigten etwa 55 F2 sagt eine sig nifikante Zunahme des Teils an Bel stigten mit ansteigendem Las eq Vorh
139. leiner als 45 dB A wurden im Labor nicht eingespielt Die Aufwachwahrscheinlichkeit im Feld nahm mit zunehmendem Maximalpegel deutlich we niger stark zu als im Labor Maximalpegel von 73 2 dB A Maximum gingen mit einer Auf wachwahrscheinlichkeit von 9 8 einher Labor 47 2 In der Feldstudie wurde mit 32 7 dB A ein Schwellenwert gefunden unterhalb dessen nicht mehr mit flugl rminduzierten Aufwachreaktionen zu rechnen ist Dieser Wert lag nur ca 6 dB A ber dem mit 27 1 dB A angenommenen Hintergrundpegel was daf r spricht dass die Sensitivit t des Indikators Aufwachreaktionen ausreichend hoch war Die Unterschiede zwischen Labor und Feldstu die wurden zudem mit zunehmendem Maximalpegel ebenfalls gr er einer nennenswerten Arbeit von Pearsons 3 3 als Ergebnis einer Meta Analyse von Studien ber die Wirkung von Verkehrsger uschen beschrieben Die in der Arbeit beobachteten Re aktionswahrscheinlichkeiten lagen sogar noch unterhalb der in der vorliegenden Feldstudie gemessenen 3 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 70 Feldstudie l rminduziert 60 Laborstudie l arminduziert 50 40 30 20 Aufwachwahrscheinlichkeit 10 0 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Maximalpegel L s max in dB am Ohr des Schl fers Abbildung 3 4 Vergleich der Dosis Wirkungsbeziehungen Labor Feld Beschrei bung der Modelle random ef
140. ller am Verkehr teilnehmen den Flugzeugmuster Dazu werden die Flugleistungsdaten die Flugstreckenstruktu ren sowie die Anzahl der am Verkehr teilnehmenden Flugzeugmuster herangezogen Hier besteht die M glichkeit ber definierte Schnittstellen auf externe Flugbahndaten zuzugreifen Diese Schnittstellen wurden insbesondere im Hinblick auf die im HAP 3 durchgef hrten Untersuchungen zu l rmarmen Flugverfahren geschaffen bei denen Flugtrajektorien aus dem Simulator in das Rechenprogramm eingekoppelt wurden e Basierend auf den Flugtrajektorien den akustischen Basisdaten sowie den topografi schen und meteorologischen Daten erfolgt dann eine detaillierte Immissionsbere chung f r Einzelpunkte einschlie lich der Ausweisung von zeitlichen Schallpegelver laufen oder aber eine Berechnung von kumulierten Immissionswerten in einem rechtwinkligen Immissionssgitter 8 6 Leiser Flugverkehr EN Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr e Durch nachgeschaltete Post Prozessoren werden die so erhaltenen Immissionsdaten in Form von Grafiken oder Druckausgabe weiterverarbeitet Hier existieren insbeson dere Schnittstellen zu externen Programmen die auf standardisierte Dateiformaten DXF NMGF zugreifen Das Programm ist prim r auf den Einsatz im wissenschaftlichen Bereich ausgelegt Es ver f gt daher ber eine Reihe von Schaltern und Optionen die im praktischen Einsatz nicht ben tigt werden Hierunter fallen u a verschiedene Mod
141. lschaft angeflogen Tats chlich lassen sich auch auf der Nachfragerseite monopolistische Tendenzen erkennen insbesondere auf den Flugh fen auf welchen eine Gesellschaft eine dominante Position h lt Ber cksichtigt man ferner die j ngste Entwicklung der Allianzenbildung im internationalen Luftverkehr erkennt man auf den meisten Flugh fen eine weitere Verst rkung des Monopolisierungsgrads In der Regel ist dies die Allianz der ehemals nationalen Fluggesellschaft in Deutschland also in der Regel die Lufthansa mit ihren Star Alliance Partnern Die Nachfrage entspricht somit in der Regel einem Teilmonopol Die Theorie besch ftigt sich sehr viel seltener mit Marktmachtgegebenheiten auf Nachfrager als auf der Angebotsseite noch weniger wenn beide Marktseiten vergleichbar starke Positi onen innehaben In einem zweiseitigen Teil Monopol ist nun zu fragen ob beide Seiten in gleicher Weise ihre Marktmacht ausnutzen k nnen So ist eine Liniengesellschaft will sie die Nachfrage einer bestimmten Region bedienen auf den Flughafen der Region angewiesen dagegen kann sie Umsteigeverbindungen sehr viel leichter von einem Flughafen zu einem anderen transferieren Die Menge der versunkenen Kosten die bei einem Wechsel verlo ren sind ist geringer als bei einem Flughafen der die Immobilie weder transferieren noch anderweitig nutzen kann Bei vergleichbarer Marktmacht geht nun die Theorie von einer Ver handlungsl sung aus um die optimale Preis
142. lternative zu den konventionellen Rechenverfahren bieten Simulationsverfahren In der Vergangenheit war der mit derartigen Modellen verbundene Rechenaufwand noch ein wesentlicher Hinderungsgrund f r ihren Einsatz Beim derzeitigen Stand der Rechnertechnik ist diese Einschr nkung mittlerweise jedoch aufgehoben Bei Simulationsverfahren wird die Flugbahn eines Flugzeuges in diskrete Einzelpunkte zerlegt an denen Fluggeschwindigkeit und Triebwerksleistung also implizit die Schallabstrahlungseigenschaften des Flugzeugs bekannt sein m ssen Unter Ber cksichtigung der Schallausbreitungsgesetze und der Geo metrie zwischen Flugzeug und Immissionsort kann dann an letzterem ein zeitlicher Schallpe gelverlauf ermittelt werden der im Idealfall einem gemessenen Verlauf entspricht Simulationsverfahren werden in der Regel eher im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt Optimierung von Flugverfahren Weiterentwicklung von konventionellen Modellen Ein um fassender praktischer Einsatz wurde bisher vor allem dadurch verhindert dass die f r eine vollst ndige Simulation notwendigen akustischen Eingabedaten in vollem Umfang nicht ver f gbar sind Die Qualit t der Datengrundlage bestimmt aber prim r die Qualit t einer Immis sionsberechnung Au erdem sollte bei einem praktischen Einsatz das gew hlte Prognose verfahren immer dem Anwendungszweck angepasst sein so wird f r prognostizierte Flug betriebsf lle die Genauigkeit der Verkehrsprognose das Resulta
143. lugbewegungen pro Stunde erh ht kann Vx als steilstes Steigen beson 6 4 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr ders l rmg nstig eingestuft werden da bei dieser Geschwindigkeit die Distanz zum Beob achter am Boden maximiert und damit die Schallimmission abnimmt 6 2 3 Optimierungsansatz W hrend Start und Steigflug ndern sich beide Geschwindigkeiten in Abh ngigkeit der ein gangs beschriebenen Faktoren Abbildung 6 2 zeigt den simulierten H hen und Geschwindigkeitsverlauf bei Durchf hrung zweier blicher Abflugverfahren der modified ATA Procedure und der ICAO A Procedure auch als IATA Procedure bekannt Zus tzlich wurde in beiden Simulationen f r den jeweiligen Flugzustand Vx und Vy berech net um den Verlauf beider Geschwindigkeiten bzw die Abweichung der tats chlichen Flug geschwindigkeit von Vx bzw V darzustellen Aus den Zeitverl ufen ist ersichtlich dass die Geschwindigkeit nicht den sprungartigen wenn auch optimalen Verl ufen von Vx und Vy folgen kann DO CT HEIGHT 1000 FT hu Pa THRUST 1000 LB m SPEED KTS SPEED KTS DISTANCE NM Abbildung 6 2 Analyse von Abflugverfahren bez glich V bzw V Unter Beachtung der in Kap 6 2 1 beschriebenen Randbedingungen sollte ein Kompromiss gefunden werden welcher sowohl L rmreduzierung und dementsprechende Optimierung nach Vx als auch konomische Durchf hrbarkeit unter Einh
144. lugh fen f r das Einzugsgebiet ihrer Region den einzi gen Zugang dar als Anbieter der Slots repr sentieren sie demnach ein regionales Monopol Mit dieser Monopolsituation ist in der Regel auch die staatliche Einflussnahme auf die Ge b hrenpolitik begr ndet um Monopolgewinne zu vermeiden Auf normalen M rkten bestimmt allein die Preish he die Menge der Nachfrage die un sichtbare Hand des Marktes reguliert die Preis Mengen Kombination so dass in der Regel alle Marktteilnehmer ihr zufrieden stellendes Auskommen haben Grunds tzlich gilt dabei je h her der Preis desto geringer die Nachfrage Dies gilt jedoch nur wenn eine gr ere An zahl Anbieter und Nachfragender eine polypolistische Marktstruktur vorhanden ist Die Wettbewerbsintensit t auf solchen M rkten ist jedoch aufgrund mangelnden Preis und Pro duktwettbewerbs denkbar gering Die h chste Wettbewerbsintensit t liegt dagegen im weiten Oligopol vor d h die Zahl der Anbieter ist abz hlbar gering Je enger das Oligopol wird desto gr er ist die Gefahr von unerlaubten Absprachen desto geringer ist in der Regel auch die Wettbewerbsintensit t bis sie im Monopol auf Null sinkt Monopolgewinne Mono polrenten sollen mittels Regulierung verhindert werden Auf den ersten Blick scheint im Fall der Nachfrage nach Slots eine polypolistische Markt struktur gegeben zu sein werden die meisten Flugh fen doch in der Regel von mehr als einer Fluggesel
145. m Forschungsflughafen Braunschweig ALTITUDE 1000 FT THRUST N1 Down GEAR O 20 45 10 25 20 15 40 DISTANCE NM DISTANCE NM Low Drag Low Power Segmented Continuous Descent Approach 1 Segmented Continuous Descent Approach 2 Abbildung 6 12 Verlauf von Flugzustands und Steuergr en aus dem Flugversuch 6 15 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Das Steilflugsegment des SCDA konnte von ATTAS mit einem Bahnwinkel von 6 geflogen werden was von den heutigen modernen Verkehrsflugzeugen aufgrund ihrer h heren aero dynamischen G te nicht erreichbar ist Fliegbarkeit und Reduktion der L rmimmission konnten eindrucksvoll demonstriert werden In Abbildung 6 12 sind Flugzustands und Steuergr en ber dem Abstand zur Landeschwelle f r das Referenzverfahren und f r zwei SCDA aufgetragen Bei zeitgerechter Vorgabe des Flugbahnwinkels und unter Verwendung des Flight Control Systems FCS wurde die gew nschte Bahn und Geschwindigkeit eingenommen und der Gleitpfad problemlos von oben eingeflogen Die laut SOP s maximal zul ssigen Sinkraten wurden nicht berschritten Eine L rmpegelmessung ca 7 nm vor der Schwelle direkt unterhalb der Flugbahn ergab eine deutliche Reduktion gegen ber dem Referenzverfahren 6 5 Erstellung von Konzepten zur Integration verbesserter Verfahren in moderne Air Traffic Management Systeme Die durchgef hrten Untersuchungen deuten darauf
146. m neuen Technologiesprung vergleichbar der Einf hrung der Nebenstromtriebwerke in den 60er Jahren und des Einsat zes von Nebenstromtriebwerken mit hohen Nebenstromverh ltnissen in den 80er Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts Grundvoraussetzung f r leisere Triebwerke ist eine erhebliche Verringerung des Strahll rms durch Erh hung des Nebenstromverh ltnisses von heute typi scherweise 6 8 auf zuk nftig 12 15 die auch zu einer besseren Steigf higkeit der Flugzeuge f hrt Dies erfordert die Entwicklung v llig neuer Triebwerke und erhebliche nderungen bei den Flugzeugen Die technologische Herausforderung ist die Senkung der L rmemission aller internen Ger uschquellen des Triebwerks Fan Verdichter Brennkammer Turbine siehe Abb 4 1 um etwa 10 dB weil nur dann das oben erw hnte Potential realisiert werden kann Am schwierigsten ist die L rmminderung des Fans weil aus Gewichtsgr nden und wegen des zunehmenden aerodynamischen Widerstands die Triebwerksgondel nicht belie big vergr ert werden kann Die anderen internen L rmquellen befinden sich im Kern 4 1 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr triebwerk das wegen seiner geringeren Gr e leichter mit passiven L rmminderungsma nahmen versehen werden kann etwa f r den Brennkammer Turbinen und Verdichterl rm Es gibt allerdings auch nachr stbare Ma nahmen zur Reduktion des Freistrahll rms Be sonders aussichtsreich da mit n
147. men wie teilweise bei administrativen Ver kehrsverlagerungen auf andere Verkehrstr ger die jedoch durch Wettbewerb ausge l st werden Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert wurde in Deutsch land von zwei Flugh fen angewandt und einem geplant Sowohl l rm als auch flugbewegungsbezogene Ma nahmen Betriebsbeschr nkung Inhalt s o unter Verkehrsbeschr nkungen f r Kapitel 2 und 3 Flugzeuge und Ausschluss von Kapitel 2 Flugzeugen In der Regel Ausschluss von nicht zertifizierten und Kapitel 2 Flugzeugen bis hin zu Kapitel 3 Flugzeugen in den Nachtstunden auch mit differenzierter zeitlicher Staffelung oder Bewegungskon tingentierung Bewegungs L rmkontingentierung Kombination aus Bewegungskontingent und L rmkontingent mit ggf unterschiedlich definierten Zeitr umen z B Bewegungskon tingentierungen pro Nacht bis hin zu Sperrstunden und Kontingentierungen des Ge samtl rms f r eine Flugplanperiode Die Ma nahme ist weder international noch in Deutschland dokumentiert Vorgelagerte Verfahren und Ma nahmen zur Abstimmung Einf hrung und Durchsetzung von L rmminderungsma nahmen Mediation Verfahren u a zur Durchsetzung von L rmminderungsma nahmen un terschiedlicher Art mittels moderierter und von Experten unterst tzter Verhandlungen mit im Konsens zu beschlie enden Ergebnissen Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert wurde in Deutschland von drei Flugh fen angewandt und einem geplant Das Ver
148. minderungsma nahmen basiert auf einer von der Boeing Company dokumentierten weltweiten Auswahl von derzeit 590 Verkehrsflugh fen siehe Tabelle 7 1 ae merke Asien TAustraien Ozeanien Europa J Wei maj e a a a I I Te es o er 7 Tabelle 7 1 Regionale Verteilung weltweiter Verkehrsflugh fen Auswahl Boeing Datenbasis 7 1 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR Nach geographischer Zuordnung sind ber 50 US Flugh fen knapp 24 liegen in der EU weitere 5 befinden sich im brigen Europa und der Rest von 11 verteilt sich auf alle an deren Teile der Welt Neben allen Gro flugh fen die z B in Deutschland unter der Bezeich nung Internationale Verkehrsflugh fen ausgewiesen sind enth lt die Dokumentation auch kleinere jedoch nicht alle Verkehrsflugh fen der Welt Soweit diese Flugh fen verkehrspolitische Ma nahmen anwenden lassen sich diese inhalt lich zehn Gruppen zuordnen Ein berblick ber den Anwendungsstatus der Ma nahmen wird erst durch die Einbeziehung der Ausgestaltungsbandbreite aussagekr ftig Im Folgen den werden die Ma nahmengruppen daher zun chst mit entsprechenden Hinweisen darge stellt sieh auch Tabelle 7 2 Anwendungsh ufigkeit in jeweils nach Region u Wal insg Afrika Asien Kanada USA Mittelam S dam Australien Ozeanien EU br Eur Betriebszeitenbeschr n a afl o o n efel ol r 7 7 l kon ngenterngen 2
149. mit anti Kkonservativ und nicht im Sinne des Schutzes der betroffenen Bev lkerung Aus diesem Grund wurden Probanden mit vermuteten intrinsischen Schlafst rungen ausgeschlossen Eine genaue Beschreibung des Auswahlverfahrens und der Stichprobe ist im Forschungsbe richt DLR FB 2004 07 D 3 2 zu finden 3 7 Ergebnisse Im Folgenden werden thematisch getrennt die wichtigsten Ergebnisse vorgestellt Eine de tailliertere Beschreibung der Ergebnisse findet sich im Forschungsbericht DLR FB 2004 07 D 3 2 3 7 1 Akustik Feldstudien In den Feldstudien wurden im Durchschnitt pro untersuchter Nacht 41 berfl ge registriert Sowohl au en als auch innen wurde hinsichtlich des beobachteten Maximalpegels Las max der Flugger usche eine recht breite Verteilung festgestellt s Abbildung 3 1 Das lag sowohl daran dass der Abstand der Flugpfade und die Flugh he von der Messstelle variierten als 3 4 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr auch daran dass die D mpfung der Atmosph re durch unterschiedliche Wetterbedingungen z B Regen Nebel Sommer Wintern chte ver nderlich war Die durch Flugger usche erzeugten au en gemessenen Maximalpegel lagen zwischen 35 dB A und 87 dB A was einem mittleren Maximalpegel von 64 dB A entsprach Am Ohr des Schl fers innen lagen die Werte zwischen 20 dB A und 73 dB A im Mittel bei 44 dB A Abbildung 2 Der auf Flugger usche bezogene mittlere ene
150. modellierung Dies wird allerdings im laufenden BMBF Projekt LANAB erfolgen 8 12 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr f DLR Im einzelnen wurden folgende Ergebnisse erzielt 8 8 8 1 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 Es wurde ein Simulationsmodell auf Teilschallquellenbasis erarbeitet dass zur Be rechnung der Belastung durch Flugl rm herangezogen werden kann Der Anwen dungsbereich dieses Modells ist prim r an speziellen Problemstellungen Optimie rung von Flugverfahren Einzelfalluntersuchungen orientiert In dieses Rechenverfahren wurde das im Arbeitspaket 5B entwickelte fortschrittliche Schallausbreitungsmodell integriert Die Realisierung dieses Modells erfolgte im bri gen in einer Form die auch eine Integration in konventionelle Rechenmodelle erm g licht Im Rahmen der Aktivit ten der ECAC Arbeitsgruppe AIRMOD wurde sich an der Entwicklung eines festschreibbaren Flugl rmberechnungsverfahrens beteiligt dass den aktuellen praktikablen Kenntnisstand repr sentiert und einen potentiellen Kandi daten f r ein harmonisiertes europ isches Berechnungsverfahren darstellt Schrifttum Isermann U Berechnung der Flugl rmimmission in der Umgebung von Verkehrs flugh fen mit Hilfe eines Simulationsverfahrens MPI f r Str mungsforschung Bericht 7 1988 Feb 1988 Dissertation Kommission der europ ischen Gemeinschaften Richtlinie 2002
151. n 23 gelten Dabei geben die dokumentierten Angaben nicht den Gesamtumfang ihres Einsatzes wieder Tats chlich ist der Einsatz von Kapitel 2 Flugzeugen seit April 2002 in der EU verboten und wird entsprechend zu 100 durchgef hrt Dies wird aber teilweise von Flugh fen in der EU nicht mehr angegeben Gleiches gilt ent sprechend in der EU f r den Ausschluss von Kapitel 2 Flugzeugen Auch ein Drittel der australischen Flugh fen hat Verkehrsbeschr nkungen f r Kapitel 2 Flugzeuge eingef hrt Typisch konomische verkehrspolitische L rmminderungsma nahmen sind L rmabh ngige Start und Landegeb hren die weltweit an112 Flugh fen 19 in sehr unterschiedlicher Ausgestaltung eingesetzt werden in Deutschland an 93 aller Flugh fen davon an allen Internationalen Deutschen Verkehrsflugh fen F r die Flugh fen in der gesamten EU betr gt der Anteil 59 gefolgt von denen im brigen Europa mit 37 und in Australien mit 33 In den USA und Kanada wird diese Ma nahme fast nicht angewandt 46 Flugh fen 8 haben Verkehrsbeschr nkungen f r Kapitel 3 Flugzeuge im Nacht flugbetrieb eingef hrt dies gilt insbesondere f r 44 der Flugh fen in Deutschland und 20 in der EU Zu nennen ist hier auch Kanada mit 13 der Flugh fen Weiteren international eingesetzten Ma nahmen kommt keine besondere quantitative Be deutung zu Es sind dies Bewegungskontingentierungen bei denen die Zahl der Flugbe wegungen f r einen Flughafen bezogen auf b
152. n Fahrwerks und Hochauftriebsl rm zur Anwendung in Prognoseverfahren entwickelt Im Rahmen der berflugversuche mit der Lufthansa wurde au erdem die Wirksamkeit kurz fristig an bestehendem Flugger t einsetzbarer Ma nahmen zur Minderung von Umstr mungsl rm demonstriert St rende tonale L rmkomponenten konnten beseitigt werden L rmoptimierte Flugverfahren Eine kurz bis mittelfristig umsetzbare Ma nahme bilden l rmarme An und Abflugverfahren Sie basieren im wesentlichen auf einer Optimierung von Flugh he Triebwerksleistung Ge schwindigkeit und aerodynamischer Konfiguration des Flugzeugs Nach grundlegender Analyse wurden mehrere Konzepte l rmarmer Anflugverfahren erarbei tet Dabei ergab sich im erweiterten Flughafenbereich ein lokales L rmminderungspotential von bis zu 3 dB durch Simulation in Zusammenarbeit mit dem Arbeitspaket Prognose ermit telt Die Fliegbarkeit der Verfahren wurde durch Fl ge mit dem DLR Versuchstr ger ATTAS demonstriert Konzepte zur Integration solcher Verfahren in moderne Flugf hrungssysteme wurden ebenfalls erarbeitet Beim Abflug wurde eine neues Verfahren Modern Noise Abatement Departure Procedure MONA definiert Dieses bietet einen Kompromiss zwischen L rmminderung und Zeit und Treibstoffverbrauch Es ist mit bestehendem Ger t einsetzbar und durch Einf hrung einer Zwischenbeschleunigungsphase anpassbar an flughafenspezifische Gegebenheiten 10 2 Leiser Flugverkehr aD Abschl
153. n Relation administrativ oder auch im Wege der Mediation s u durch Ab sprache oder Verpflichtung Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert wur de in Deutschland von drei Flugh fen bereits angewandt Flugzeuggr enbeeinflussung Sowohl genereller Ausschluss bestimmter Flug zeugtypen oder klassen als auch administrativer Eingriff hinsichtlich der auf be stimmten Relationen einzusetzenden Flugzeuge nach Mindest Sitzplatzkapazit t mit dem Ziel einer Bewegungsreduzierung Die Ma nahme ist international nicht do kumentiert wurde in Deutschland von vier Flugh fen bereits angewandt Flughafenkooperation zwecks Flugl rmminderung Vereinbarung zur Bedie nungsaufteilung von Relationen unter in der Regel nahe zusammen liegenden Flug h fen mit dem Ziel ohne wesentliche Angebotsverschlechterung die Zahl der Flug bewegungen zumindest an einem der kooperierenden Flugh fen zu reduzieren Die Ma nahme ist international nicht dokumentiert wurde in Deutschland bisher nur von einem Flughafen geplant Administrative Verkehrsverlagerung Vereinbarung zur Bedienungsaufteilung un ter benachbarten Flugh fen als staatlich administrative Ma nahme und nicht im Ko operationswege getroffene Regelung sowie auch eine administrative Verkehrsverla gerung auf einen anderen Verkehrstr ger z B die Bahn durch Verbot von Kurzstre ckenfl gen Die Ma nahme ist weder international noch in Deutschland dokumentiert Modal Split Beeinflussung Ma nah
154. n auf den Einbau von Lautsprechern in Flugtriebwerken verzichten und daf r sehr viel robustere und leichtere Bau teile verwenden Ein Teil der Arbeiten wurde bereits ver ffentlicht weitere Ver ffentlichungen werden folgen Eine Auswahl von Literaturstellen folgt 4 6 Schrifttum 4 1 Neise W Enghardt L Technology approach to aero engine noise reduction Aero space Science and Technology Volume 7 Issue 5 July 2003 352 363 4 2 Neuhaus L Schulz J Neise W M ser M Active control of aerodynamic perform ance and noise of axial turbomachines Proc Instn Mech Engrs Vol 217 Part A Journal of Engineering for Power 2003 375 383 4 3 Enghardt L Tapken U Neise W Schimming P Maier R Zillmann J Active control of fan noise from high bypass ratio aeroengines experimental results The Aeronautical Journal of the Aeronautical Society 106 No 1063 2002 501 506 4 4 Ashcroft G Schulz J Numerical modelling of wake jet interaction with application to active noise control in turbomachinery 10th AIAA CEAS Aeroacoustics Confer ence 10 12 May 2004 Manchester UK Paper No AIAA 2004 2853 4 5 Schnell R Investigation of the Tonal Acoustic Field of a Transonic Fanstage by Time Domain CFD Calculations with Arbitrary Blade Counts ASME paper 2004 GT 54216 Wien Juni 2004 4 6 Neise W Advances in active noise control for aero engines Keynote Addres
155. n die Einf hrung neuer Systeme und Ausr stungen es jedoch erm glicht deutlich abweichende Anfl ge durchzuf hren k nnen und sollten die bestehen den Verfahren neu ausgelegt werden Des weiteren d rfen l rmreduzierte Anflugverfahren nicht angewandt werden wenn die Lan debahn nicht sauber und trocken ist die Wolkenuntergrenze bei 500 ft liegt die Sicht weni ger als 1 nm betr gt die Seitenwindkomponente inkl B en mehr als 15 kts ist die R cken windkomponente inkl B en mehr als 5 kts betr gt und wenn Windscherungen angek ndigt wurden 6 3 2 Grundlagen Die flugphysikalischen Grundlagen f r den Landeanflug lassen sich aus Widerstands und Auftriebsdifferenzialgleichung der Flugbewegung herleiten Unter der Annahme dass n he rungsweise der Auftrieb gleich dem Gewicht ist gibt Gl 6 3 Auskunft dar ber welcher Bahnwinkel oder welche Beschleunigung Verz gerung sich bei vorgegebenem Schub hier Leerlaufschub Fide einstellt Im anderen Fall wenn Bahn und oder Beschleuni gung Verz gerung vorgegeben werden erh lt man den notwendigen Schub F aus Gl 6 4 V Ps C sin y le lt W 6 3 Y J G C 6 3 A I CAET TA 6 4 G Cu g Wie auch der Startsteigflug beinhaltet der Landeanflug mehrere Phasen Am Abstiegspunkt wird das Schubniveau auf bzw nahe Leerlaufschub verringert und damit der Sinkflug einge leitet In dieser ersten Phase verh lt sich das Flugzeug analog zu einem Segelflugzeug Bei k
156. nd Emissionsort und zeit festgelegt Au erdem sind die r umliche Orientierung des Flugzeugs seine Geschwindigkeit und die Triebwerksleistung bekannt Die Flugbahn kann dabei entweder direkt aus dem Rechenprogramm unter Vorga be eines bestimmten Flugverfahrens ermittelt werden oder es kann ber eine Schnittstelle auf externe Daten z B Flugsimulatordaten zugegriffen werden An jedem Punkt der Flugbahn sind somit die Schallabstrahlungseigenschaften des Flug zeugs beschrieben durch spektrale Informationen sowie Informationen zur Abstrahleigen schaft bekannt Sie werden durch die Triebwerksleistung und die Fluggeschwindigkeit be stimmt Flugverfahren Einzelereignis Pegel Zeit Verlauf e Ort Orientierung e Geschwindigkeit e Schub Ausbreitungsmodell Schallquellen AP 5B EEE e Freistrahl e Turbomaschinerie e Umstr mung Kumulative Belastung Flugbetrieb Summation e Strecken e Typenmix e Bewegungen L rmkontur Pegelverteilung Abbildung 8 1 Schematischer Ablauf einer Flugl rmberechnung mit SIMUL Der n chste Schritt ist die Transmissionsrechnung bei der die auf dem Weg zwischen Flug zeug und Immissionsort auftretenden Ausbreitungs und Laufzeiteffekte ber cksichtigt wer den Hier werden neben den klassischen Effekten wie D mpfung durch geometrische Ausbreitung und Dissipation insbesondere die im Arbeitspaket 5B entwickelten Modelle zum Einfluss der Meteorologie mit ber cksic
157. nd Traumschlaf und Schlafst run gen wie Aufwachreaktionen Wechsel der Schlafstadien und Wachzeiten im Schlaf zu ma chen Die Aktometrie d h die Erfassung von Bewegungen z B am Unterarm wurde und wird in vielen Untersuchungen benutzt um ber Bewegungen im Schlaf auf Schlafdauer und Schlafqualit t Schl sse ziehen zu k nnen Sie kann allerdings die klassische Polysomnogra fie EEG EOG EMG nicht ersetzen mit der detaillierte Reaktionen diagnostiziert und be wertet werden k nnen In dieser Studie wurde das Aktometer zus tzlich zur Polysomnografie eingesetzt und kontinuierlich d h ber den gesamten Tag und die Nacht von den Ver suchspersonen getragen 3 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Die Fingerpulsamplitude und das Elektrokardiogramm EKG wurden zur Erfassung von ve getativen Ver nderungen Reaktionen genutzt die m glicherweise schon vor einer im Hirn strombild sichtbaren Ver nderung eintreten k nnen Atembewegung und Luftstrom an Mund und Nase wurden gemessen um beim Probanden eventuell nicht bekannte schlafbezogenen Atmungsst rungen zu detektieren Die Stresshormone Adrenalin Noradrenalin und Cortisol wurden aus dem n chtlichen Sam melurin bestimmt um m gliche Ver nderungen der Ausscheidungsraten infolge der n chtli chen Flugl rmbelastung diagnostizieren zu k nnen Befragungen zur Erm dung Befindlichkeit und zur L rmbelastung und L rmbel stig
158. nderung des Triebwerksl rms Arbeitspaket 2A Dr Ulf Michel E Mail ulf michel dir de DLR Institut f r Antriebstechnik Abteilung Turbulenzforschung Berlin 4 1 Zielsetzung Ziel des Arbeitspakets war die Entwicklung technischer Ma nahmen die zu einer erhebli chen Minderung der Triebwerksger usche f hren Es handelt sich dabei um die Erarbeitung der Voraussetzungen f r eine deutliche Erh hung des Nebenstromverh ltnisses und um die aktive L rmminderung Daneben wurden auch neuartige Verfahren entwickelt mit denen die Triebwerksindustrie bei experimentellen Ger uschuntersuchungen an Triebwerkskomponen ten oder gesamten Triebwerken unterst tzt wurde Fan intern e T ne alle Frequenzen Rotor Stator a Rotor allein gt Br el ee Kreiss genger usch A ANNIE Breitbandger usch ER R 7 e Be as Fa A Verdichter intern Ia A e T ne hohe Frequenzen o W Breitbandger usch Freistrahl extern Breitbandger usch tiefe Frequenzen Brennkammer intern T ne tiefe Frequenzen Breitbandger usch Turbine intern T ne hohe Frequenzen Breitbandger usch hohe Frequenzen Abbildung 4 1 Die wichtigsten Schallquellen an einem Flugtriebwerk Das triebwerksbezogene L rmminderungspotenzial beim Start liegt im Vergleich zu den meisten im Jahre 2000 eingesetzten Triebwerken bei 12 dB EPNL das im Verlauf von zwanzig Jahren erreicht werden kann allerdings nur mit eine
159. ndtl Schicht Ekman Schicht und freie Atmosph re Der vertikale Temperaturgradient wird innerhalb der Schich ten als konstant angenommen abschnittsweise lineares Temperaturprofil e Prandtl Schicht zwischen dem Boden und ca 10 bis 60 m ber Grund e Ekman Schicht bis in eine H he von 100 bis 2000 m ber Grund e freie Atmosph re dar ber Es werden vier Schichtungstypen vorgesehen a adiabatischer Gradient y g c 0 01K m Der adiabatische Gradient ist charakteristisch f r die Grenzschicht Prandtl und Ek manschicht tags ber bei wolkenarmen Wetter oder nachts und tags bei starkem Wind b Standard Atmosph re y 0 0065 K m Die Standardatmosph re ist charakteristisch f r die Grenzschicht Prandtl und Ek manschicht tags ber bei wolkenreichem Wetter und in der freien Atmosph re ober halb der Grenzschicht c isotherme Atmosph re y 0 Die isotherme Atmosph re ist charakteristisch f r die n chtliche Grenzschicht Prandtl und Ekmanschicht bei wolkenreichem Wetter d Inversion y gt 0 Inversionen sind charakteristisch f r die n chtliche Grenzschicht Prandtl und Ek manschicht bei wolkenarmen Wetter 9 4 3 3 Feuchteprofile Die Luftfeuchte findet derzeit keine Ber cksichtigung 9 5 Tabellen der Schalld mpfung auf Grund der Meteorologie und Bodeneinfl sse F r die Integration in das Flugl rmberechnungsverfahren Arbeitspaket 5A werden Tabel lenwerte der Schalld mpfung auf
160. ng an der Quelle Hier erg nzten sich u a unterschiedliche Messtechniken in ihrer Wirkungsweise Innerhalb dieser Arbeitspakete bestand ohnehin schon Kooperation im Rahmen von EU Projekten in die z T auch die Aktivit ten zu l rmarmen Flugverfahren eingebunden wurden Au Berdem wurden f r die Prognosemodelle halbempirische Verfahren zur Modellierung von Umstr mungsl rm erarbeitet Hier wird deutlich dass die rechnerische Flugl rmprognose ein wesentlicher Verkn pfungs punkt war Das ergibt sich allerdings auch zwangsl ufig aus dem Anforderungen die an die sen Arbeitsbereich gestellt werden Der Prognostiker muss sowohl Kenntnis ber die Me chanismen der Schallentstehung als auch ber die Flugmechanik haben mit verkehrspoliti schen L rmminderungskonzepten und Wirkungsfragen wird er im Rahmen seiner Arbeiten ohnehin konfrontiert Neben diesen direkten problemspezifischen Schnittstellen bietet eine interdisziplin re Pro jektform nat rlich noch den generellen Vorteil dass die Wissenschaftler aus den unter schiedlichen Arbeitsgebieten sich regelm ig an einen Tisch setzen ber den aktuellen Arbeitsstand und auch ber aufgetretene Probleme berichten Gerade hinsichtlich des letz ten Punkts wurde die Erfahrung gemacht dass im Rahmen einer Diskussion mit fachfrem den Kollegen Problemstellungen auch aus anderer Sicht interpretiert werden und somit auch alternative f r den Spezialisten nicht gleich offensichtliche L sun
161. ng vor unerw nschtem Flugl rm auch in Zu kunft gew hrleistet werden kann Steigendes Luftverkehrsaufkommen das f r Deutschland als ein technisch hoch entwickeltes Land eine hinreichende Mobilit t von Menschen und Fracht auch in Zukunft sichern soll macht derartige Ma nahmen immer notwendiger Die Untersuchung war interdisziplin rer Art um vorhandene Synergien ausnutzen zu k n nen Wissenschaftler aus den Bereichen Medizin Aeroakustik Flugmechanik Flugf hrung L rmphysik Atmosph renphysik und Verkehrsforschung haben in koordinierter Weise zu sammengearbeitet Ausgangspunkt war die kausale Wirkungskette Schallemission Schallausbreitung Schallimmission Schallwirkung Innerhalb dieser Wirkungskette wurde an verschiedenen Punkte angesetzt e Die naheliegendste M glichkeit um die L rmbelastung in der Nachbarschaft von Flugh fen zu mindern ist die L rmreduktion an der Quelle selbst Hier sind in der Vergangenheit betr chtliche Erfolge erzielt worden allerdings ist mit einem gravie renden Technologiesprung durch die Entwicklung neuer Triebwerkstypen mittelfristig nicht zu rechnen Zur gezielten Erarbeitung derartiger Technologien wurde aus dem Projekt in enger Kooperation auf internationaler Ebene beigetragen e Mittelfristig einsetzbare Ma nahmen sind operationeller oder administrativer Art also z B l rmoptimierte Flugverfahren oder Ma nahmen wie Geb hrensteuerung Auch diesen Problemfeldern hat sich
162. ngen fanden zwischen September 2001 und November 2002 statt Die Zahl der untersuchten N chte pro Versuchsperson wur de auf neun festgelegt weil durch u ere Bedingungen die An und Abfl ge ber Tages und Nachtzeiten variieren und durch eine Untersuchung mehrerer N chte diese Variationen und ihre Wirkung mit erfasst werden konnten W hrend der Untersuchungen bei den Versuchspersonen zu Hause wurden alle Ger usche sowohl in zwei Meter Abstand vor dem Fenster als auch im Schlafzimmer am Ohr des Schl fers parallel und gleichzeitig mit den elektrophysiologischen Daten aufgezeichnet s Ab schnitt 3 5 um auch hier eine ereigniskorrelierte Auswertung vornehmen zu k nnen Die Schlafzeiten waren im Feld weniger strikt vorgegeben als im Labor die Probanden sollten allerdings mindestens zwischen Mitternacht und morgens um 6 Uhr Bettruhe halten In den Labor und Feldstudien wurden identische akustische physiologische und psycholo gische Methoden angewendet Dadurch wurde ein direkter Vergleich der Ergebnisse erm g licht 3 4 Untersuchungsmethoden Der Schlaf der Versuchspersonen wurde durch klassische in der Schlafforschung und Schlafmedizin etablierte Methoden gemessen Dazu geh rt die Erfassung der Gehirnstr me Elektroenzephalogramm EEG der Augenbewegungen Elektrookulogramm EOG und der Muskelanspannung Elektromyogramm EMG Diese Signale erlauben es Aussagen ber Schlafdauer Schlafqualit t wie Tiefschlaf Leichtschlaf u
163. ngenommen dass Streuung an Turbulenz den Schallenergieverlust innerhalb von Schattenzonen begrenzt Die Literaturwerte schwanken dabei zwischen 20 und 40 dB Als konservativer Wert wird hier eine Deckelung des Energieverlustes bei 20 dB angenommen d h Ams lt 20 dB 9 4 2 5 Berechnung der Meteo Boden D mpfung Die Meteo Boden D mpfung Ams wird f r jedes Empf ngerelement Teilvolumen im ma geblichen Empf ngergebiet in Abh ngigkeit von der Mitten Frequenz f des Oktavbands be stimmt Die Gesamt Energieverluste aller Schallpartikel mit gleicher Reflektionsh ufigkeit die sich durch ein Empf ngerelement bewegen werden gemittelt Die mittleren Gesamt Energieverluste werden ber alle Reflektionsh ufigkeiten aufaddiert Da die Quelle als inko h rent angenommen wird bleiben Phasenbeziehungen unber cksichtigt Entfernung von der Schallquelle Lmax 3 dB je Abstandsverdoppelung Leg 3 dB je Abstandsverdoppelung zus tzlich Absorption ca 1 dB je 100 m bei 1000 Hz ca 5 dB je 100 m bei 4000 Hz Bodeneffekte schallweicher Boden ca 10 dB bei flachem Schalleinfall Refraktion bis zu 25 dB bei Aufw rtsbrechung bis zu 9 dB bei Abw rtsbrechung Streuung Diffraktion Limitierung der D mpfung in Schattenzonen Tabelle 9 1 Typische Werte der nat rlichen Schalld mpfung negative Werte leiser 9 4 3 Bestimmung der Wind Temperatur und Feuchteprofile Im Prinzip kann f r die Ausbreitungsberechnung jedes gemessene od
164. nter Germany im Zustr mkanal des CRISP 1m Modells durchgef hrt Der Versuchsaufbau mit 32 Lautsprechern 4 Ringe 8 32 wand b ndigen Fehlermikrofonen und 96 wandb ndigen Messpositionen zur Schallfeldanalyse ist in Abbildung 4 12 gezeigt Man erkennt an der gro en Zahl der Lautsprecher und Fehler mikrofone dass der Aufwand zur Erzeugung von Gegenschall in einem Flugtriebwerk erheb lich ist weil das Schallfeld sehr kompliziert ist 4 9 Leiser Flugverkehr X Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr DLR Abbildung 4 12 Foto des Versuchsaufbaus f r die aktive L rmminderung im Einlauf des M2VP Zweiwellenverdichterpr fstand in K ln 70 HA H J AWT N al 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 frequency Hz x10 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 frequency Hz x10 Abbildung 4 13 Messergebnis des Versuchs mit aktiver L rmminderung durch konventionelle Regelung vor einem gegenl ufigen Flugzeugfan Der Ton bei der Blattfolgefrequenz wurde um 24 dB bei der zweifachen Blattfolgefrequenz um 16 dB reduziert Der Test war ein voller Erfolg Man erkennt auf der rechten Seite von Abbildung 4 13 im Fre quenzspektrum dass der Tonpegel bei der Blattfolgefrequenz von 340 Hz um 24 dB bei der ersten Harmonischen von 680 Hz um 18 dB gesenkt werden konnte Auf der linken Seite ist das momentane Schalldruckfeld in einem Str mungsquerschnitt stromauf des Rotors darge st
165. onsberechnungen f r spezielle Ausbreitungssituationen e Untersuchungen zur Optimierung konventioneller Prognoseverfahren Wesentlicher Hinderungsgrund f r einen Einsatz bei der Untersuchung umfangreicher Flug betriebsf lle ist zun chst noch der Umfang der akustischen Datengrundlage in einem den M glichkeiten des Programms entsprechenden Umfang Die Erfassung von akustischen Da ten insbesondere auch im Hinblick auf eine Optimierung des Teilschallquellenmodells erfolgt im laufenden BMBF Vorhaben L rmarme An und Abflugverfahren LANAB Das Programm SIMUL besteht aus einer Reihe von separaten Modulen die f r die Aufberei tung der Eingabedaten Pre Processsing die eigentliche Immissionsberechnung und die nachgeschaltete Weiterverarbeitung Post Processing verantwortlich sind Abbildung 8 3 zeigt den schematischen Ablauf einer Immissionsberechnung mit dem SIMUL Verfahren e m ersten Schritt erfolgt die Aufbereitung der Eingabedaten in Abb 8 3 nicht darge stellt Dies umfasst die Erfassung der rechenfallspezifischen Daten Flughafen und Flugstreckengeometrie Flugbetrieb topografische und meteorologische Daten Ne ben diesen Daten werden f r die Berechnung noch die flugzeugtypspezifischen akus tischen und Flugleistungsdaten bereitgestellt Diese m ssen dabei an die meteorolo gischen Parameter insbesondere Temperatur Luftfeuchtigkeit und Wind angepasst werden e Der n chste Schritt ist die Generierung der Flugbahnen a
166. onstanter Fluggeschwindigkeit und Leerlaufschub ist das Verh ltnis von Widerstandsbei wert zu Auftriebsbeiwert CwC gr er als das Verh ltnis von Leerlaufschub zu Gewicht F a G der Bahnwinkel y wird negativ Gl 6 3 Soll gleichzeitig Fluggeschwindigkeit abgebaut werden was einer Energieverteilung gleichkommen w rde energy sharing folgt daraus ein flacherer Bahnwinkel Beim Erreichen der Zwischenanflugh he und dem bergang in den Horizontalflug y 0 be steht die Notwendigkeit den Schub zu erh hen es sei denn es soll weiter Geschwindigkeit abgebaut werden Gl 6 4 Im Bereich der Zwischenanflugh he werden die Landklappen in Anflugkonfiguration gebracht und die Fluggeschwindigkeit weiter abgebaut Die L nge die 6 10 Leiser Flugverkehr ey Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr ses Streckenabschnittes im Horizontalflug wird im wesentlichen durch die Flugsicherung bestimmt Dies hat zur Folge dass der Endpunkt eines Geschwindigkeitsabbaues in der Re gel nicht mit dem Erreichen des Gleitpfades zusammenf llt so dass eine Schuberh hung so gut wie immer erfolgen muss Verlassen wird die Zwischenanflugh he mit dem Erreichen des Gleitpfades Nach Einflug auf den Gleitpfad und vor Erreichen des Outer Markers wird das Fahrwerk ausgefahren und die Landekonfiguration eingenommen Damit die Landung durchgef hrt werden kann muss das Flugzeug entsprechend den SOP s in 1000 ft H he ber Grund ei nen stab
167. opilot Funktionen o Flight Management System FMS Funktionen Mit zus tzlichen bodenseitigen Funktionen wird die Einhaltung der geplanten Trajektorien berwacht um Abweichungen durch entsprechende Anweisungen zu korrigieren oder um Neuplanungen zu initiieren e Lotsenunterst tzung zur 3D 4D F hrung des Anflugverkehrs entlang der konfliktfrei geplanten Trajektorien o berwachung der Einhaltung der geplanten Trajektorien o F hrungsanweisungen bei Abweichungen von den geplanten Trajektorien o Durchf hrung von Neuplanungen Durch die Einbeziehung der unter bodenseitigen Vorgaben bordseitig berechneten FMS Trajektorien werden zum einen die Planungsgenauigkeiten erh ht und zum anderen die bei der Flugdurchf hrung zu erwartenden Abweichungen verringert Mit der Umsetzung dieser Konzepte kann erreicht werden dass l rmreduzierende Strecken f hrungen und Anflugverfahren an Verkehrsflugh fen auch zu Tageszeiten mit hoher Ver kehrsdichte ohne unerw nschte Reduktionen der Landebahnkapazit ten eingesetzt werden k nnen 6 6 Zusammenfassung Es wurde gezeigt dass kurzfristige Reduktionen der L rmimmission um Flugh fen nur durch die Einf hrung l rmarmer An und Abflugverfahren erreicht werden k nnen Die daraus re sultierende Forderung zur Verbesserung bestehender und Einf hrung neuartiger auf den heutigen Stand der Technik optimierter Verfahren bedingt die Entwicklung von geeigneten validierten Simulationsumgebungen Durc
168. orfl gelhin terkante k nnte durch vollst ndige Profilierung der Vorfl gelr ckseite erreicht werden so dass kein R ckseitenwirbel mehr auftritt Diese L sung ist allerdings nicht praktikabel da die Nase des Hauptfl gels bei eingezogenem Vorfl gel im Reiseflug in die konkave Vorfl gel r ckseite passen muss Daher wurden technische Kompromissl sungen gesucht Eine M g lichkeit besteht darin eine starre aber einziehbare Teilabdeckung der konkaven Vorfl gelr ckseite mit einer der Wirbeltrennstromlinie entsprechenden Kontur vorzusehen ausge legt f r typische Anstellwinkel im Landeanflug Eine solche L sung wurde im Windkanalver such sowohl am A320 Modell wie auch am Originalfl gel erfolgreich erprobt Es konnte ein L rmminderungspotenzial von 2 bis 3 dB nachgewiesen werden jedoch wird durch diese Ma nahme auch der Maximalauftrieb vermindert Abhilfe kann hier durch eine flexible Ab trennung des R ckseitenwirbels von der Spaltstr mung geschaffen werden z B durch einen B rstenansatz an der unteren Vorfl gelabstr mkante Eine solche Konfiguration wurde auch im Windkanalversuch getestet zeigte jedoch nicht immer die gew nschte l armmindernde Wirkung Weitere Untersuchungen zielten ab auf die Verminderung des Abstrahlwirkungsgrades von der berstr mten oberen Vorfl gelhinterkante Schall entsteht an berstr mten Kanten durch Umwandlung eines Teils der turbulenten Wanddruckschwankungen in ausbreitungsf hige Dru
169. ppe Diese Studie erbrachte die folgenden Erkenntnisse e Gegen ber anderen L rmquellen am Hochauftriebsfl gel liefert der Interaktionsl rm durch turbulente Anstr mung der Landeklappe einen bedeutenden Beitrag zum Ge samtl rm f r Frequenzen bis ca 5 kHz im Modellma stab entspricht etwa 0 4 kHz beim Original Abb 5 10 zeigt als Ergebnis einer Array Messung Beitrag des NLR beispielhaft die Schallquellverteilung f r zwei verschiedene Frequenzen e Turbulenz infolge des berstr mens des offenen Fahrwerksschachtes wird im Spalt zur Landeklappe auf die Saugseite der Klappe transportiert w hrend Turbulenz im 5 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Str mungsnachlauf des Fahrwerksbeins ber die Druckseite des Klappenprofils ab str mt e Der turbulente Nachlauf des Fahrwerksbeins ist f r die Erzeugung von zus tzlichen Str mungsger uschen bedeutender als Str mungsturbulenzen im Gefolge der Scherschicht ber dem offenen Fahrwerksschacht e Interaktionsl arm wird vornehmlich gegen die Anstr mrichtung abgestrahlt und steigt entsprechend der 6 Potenz der Anstr mgeschwindigkeit e Interaktionsl arm wird im Wesentlichen vom Nasenbereich der Landeklappe erzeugt siehe Abb 5 10 und kann durch por se Oberfl chen Metallschaumeinsatz deutlich gemindert werden 0 4 rE 0 4 74 0 2 0 2 72 0 0 70 0 2 0 a 0 2 A ge U4 Fahrwerk mit Schacht Fahrwerk mit Schacht
170. pproach LDLP Continuous Descent und Low Drag Low Power Approach CDA LDLP Two Segment Approach TSEG Steep Approach STEEP Continuous Descent und Two segment Approach CDA TSEG Continuous Descent und Steep Approach CDA STEEP 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 1510 5 0 Distance to Threshold km dB A 50 55 60 65 70 75 80 85 Colour E E E o mE m Abbildung 6 8 Konturen konstanten A bewerteten Maximalschallpegels f r verschiedene Anflugverfahren Die Kombination von CDA und Steep bzw Two Segment Approach kommt dem Optimie rungsansatz am n chsten Die Bahn liegt gegen ber der Referenzbahn des LDLP signifikant h her das Schubniveau ist niedriger und die Konfigurations nderungen erfolgen sp ter Abbildung 6 9 zeigt charakteristische Werte f r einen CDA in Verbindung mit einem 4 Steep Approach HEIGHT 1000 FT Mi H um 7 a 4 E 2 i a t A amp olini ne m E i ET En 10 ET Er A0 30 25 20 15 10 5 DISTANCE NM DISTANCE NM DISTANCE NM Abbildung 6 9 Continuous Descent Approach Steep Approach im Vergleich zum Low Drag Low Power Approach Im Vergleich zum LDLP verringert sich der Maximalschallpegel um bis zu 5 dB A bei einer Entfernung von ca 20 nm und bei einem Grundpegel von 60 dB A siehe Abbildung 6 9 Des weiteren zeigt sich auch im Flughafennahbereich eine Minderung von 3 bis 4 dB A Die angestrebte Abminderung von 3 dB A kann somit im Mittel erreicht werd
171. r 4 2 4 Validierung des Verfahrens mit Pr fstandsdaten eines modernen Fans Es wurde das instation re Str mungsfeld in einer gesamten Fanstufe berechnet und mit ex perimentellen Daten verglichen die auf den Oberfl chen der Statorschaufeln und an der Kanalwand stromab des Stators gemessen wurden Fangeometrie und experimentelle Daten wurden von Rolls Royce zur Verf gung gestellt Die in Bild 4 7 gezeigte bereinstimmung der akustischen Daten ist sehr gut wenn man noch beachtet dass die gemessenen Werte durch Reflektionen vom Ende des Bypasskanals kontaminiert sind 4 2 5 Reduzierung der Schallabstrahlung durch aeroakustische Optimierung der Schaufelprofile Mit dem validierten Verfahren wurde gezeigt dass sich die tonale Schallemission durch Nei gung der Statorschaufeln siehe Bild 4 8 um 3 dB reduzieren l sst Das Ergebnis der Rech nung ist in Abbildung 4 9 dargestellt Die Schallleistung der Mode m 6 sinkt durch Neigung des Stators dagegen steigt die Leistung der Mode m 52 Nach Summierung beider Moden bleibt eine deutlich Minderung der Schallleistung von etwa 3 dB brig Abbildung 4 8 Untersuchung des L rmminderungspotentials durch Ersatz eines geraden Stators links durch einen in Str mungsrichtung geneigten Stator 4 7 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr m SWEPT OGV 1355 o STRAIGHT OGV Sound Power Level dB N O1 m 6 m 52 SPL Abbild
172. r b hrenentwicklung und politik Hinzu kommt eine Darstellung der Preisgestaltungs grunds tze und der Preisreagibilit t Abschlie end wurde ein Strategiebeispiel zur Minderung des Nachtflugl rms f r einen gene rischen Flughafen entwickelt Grundlage f r die Berechnung war das DLR Analyseprogramm CEAR Das Rechenbeispiel geht von einem fiktiven Flughafen mit Einbahnbetrieb aus des sen Verkehrszusammensetzung an einen typischen Nachtflugbetrieb angelehnt ist Das L rmminderungspotenzial wird abgesch tzt f r die Ersetzung aller viermotorigen Boeing 747 durch jeweils zwei zweimotorige Boeing 767 Ebenso wurde der Startpegel der kleineren zweimotorigen Flugzeuge wie dem Airbus A320 durch eine hypothetische technische Modifi kationen an den Flugzeugen um 1dB abgesenkt Ergebnis ist eine Reduktion der Fl chen der dargestellten L rmkonturen 50 60 70 dB Kontur zwischen 12 5 und 15 2 was einer durchschnittlichen Minderung des Lnignt zwischen 0 7 und 0 9 dB entspricht 76 Literatur 7 1 Stefan Beyhoff et al Verkehrspolitische Optionen zur L rmreduktion an Flugh fen dargestellt am Beispiel des Flughafens Hamburg DLR FB 92 40 K ln 1992 7 2 Frank Fichert Umweltschutz im zivilen Luftverkehr konomische Analyse von Zielen und Instrumenten Berlin 1999 7 3 Umweltbundesamt Hrsg Mal nahmen zur verursacherbezogenen Schadstoffreduzie rung des zivilen Luftverkehrs K ln 2000 7 4 A N Bleijenberg R C N Wit A Eu
173. r nkungen f r Kapitel 2 Flugzeuge auf grund Verordnungsregelung und Beschr nkungen f r Kapitel 3 Flugzeuge weisen ab 2001 02 nochmals etwas h here Steigerungsraten auf __ Betriebszeiten beschr nkungen 250 L rmabh ngige Lande geb hren prar 200 L rmpegelbegrenzungen 2 150 Bewegungs kontingentierungen N 100 y Fr Ausschluss von f e BE mn Chap 2 Flugzeugen E 50 _ Beschr nkungen f r LLI zi Chap 2 Flugzeuge o L p Beschr nkungen f r 1970 1980 1990 2000 Chap 3 Flugzeuge Jahr Abbildung 7 1 Entwicklung der internationalen Anwendung verkehrspolitischer Ma nahmen 7 2 2 Verbreitung untersuchter meist international nicht dokumentierter Ma nahmen Im Rahmen dieser Untersuchung wurden neben den international angewandten und doku mentierten Ma nahmegruppen weitere verkehrspolitische L rmminderungsmafsnahmen un tersucht die teilweise noch nicht oder nur in Deutschland und angrenzenden Staaten ange wandt werden Daraus resultiert eine Gesamtzahl von 17 Ma nahmengruppen die soweit nicht oben bereits geschehen hier mit ihren Inhalten und Ausgestaltungen in Kurzform und nach inhaltlich abgegrenzten Gruppen dargestellt werden Direkt l rmbezogene Ma nahmen e L rmabh ngige Start und Landegeb hren Grunds tzliche Differenzierung des MTOW abh ngigen Anteils der Start und Landeentgelte mit teilweise erg nzender Beaufschlagung nach L rmkategor
174. r Geometrie sondern eher durch die Anzahl der maximalen Gitterpunkte und damit bez glich Wellenl nge und Ausbreitungsentfernung beschr nkt sind Im Rahmen des Projekts Leiser Flugverkehr wurde daher von Beginn an zweigleisig gefah ren Einerseits sollte ein physikalisch umfassendes Schallausbreitungsmodell entwickelt werden das den Komplex Topografie Meteorologie Akustik in konsistenter Weise simulie ren kann andererseits sollte aber auch den Anforderungen der Praxis dadurch Rechnung getragen werden dass ein vereinfachtes Verfahren entwickelt wird das gegen ber den heu te blichen ingenieurm igen Verfahren einen Fortschritt aufweist gleichzeitig aber hand habbar bleibt und auf alle flugl rmrelevanten Situationen angewandt werden kann 9 3 Das linearisierte Eulermodell AKU3D Das linearisierte Eulermodell basiert auf den prognostischen Gleichungen f r den Schall schnellevektor U und den Schalldruck p die gegen ber einem vorgegebenen inhomoge nen meteorologischen Grundzustand Windvektor Umet Druck Pmet und spezifisches Volumen met linearisiert sind ou m ar Umer V U U V U met Omet VP 0 VPmet op r r y z U pe Vp _U VPmet X Pmet V U Kp V U net Die Gleichungen werden numerisch in der Zeit t integriert W hrend einer Simulation werden an der Quelle Druckwellen angeregt die sich dann in alle Richtungen ausbreiten Die Zeitin tegration erfolgt solange b
175. r Schallentstehung im Gegensatz zu den beiden bri gen Komponenten verschwindet der Umstr mungsl rm im statischen Fall Durch diesen Ansatz erfolgt eine Gruppierung von Quellmechanismen auf der Basis einer vergleichbaren Abh ngigkeit von der Fluggeschwindigkeit Diese Vorgabe erfordert u a die Separierung des Umstr mungsl rms da die Geschwindigkeitsabh ngigkeit des vom Fahr werk erzeugten Schalls sich von der des durch die Hochauftriebshilfen erzeugten Schalls unterscheidet 8 4 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Allen Teilschallquellen wird jeweils ein charakteristisches Spektrum und eine Richtcharakte ristik zugeordnet Sofern die entsprechenden Beitr ge einer Teilschallquelle allerdings akus tisch nicht signifikant sind werden sie nicht ins Modell mit einbezogen So kann beim Abflug mit hohen Triebwerksleistungen der Umstr mungsl rm vernachl ssigt werden Quellseitig erh lt man so f r eine gegebene Triebwerksleistung F eine Beschreibung der Jet und Fan Komponente in Form von Oktav oder Terzspektren L als Bo So F v 9 9 L F AD Aran 8 0 AV Fan v l Dabei ist S eine Bezugsentfernung von 1 m Die Korrektur AD beschreibt die Abstrahlcha rakteristik als Funktion der beiden Winkel zwischen Ausbreitungsrichtung und Flugzeug l angsachse und um die L ngsachse Die Korrektur AD kann auch in Form einer fre quenzunabh ngigen Korrektur AD reali
176. r f r diese Geomet rie gerade auftretenden Triebwerksleistung ermittelt Ein Beispiel f r ein derartiges DCA Verfahren ist das deutsche AzB Verfahren 8 5 Standard sind mittlerweile sog Segmentierungsmodelle bei denen gekr mmte Flugstre ckensegmente in lineare Teilst cke zerlegt werden Der bekannteste Vertreter dieser Kate gorie ist das Integrated Noise Model INM 8 6 der amerikanischen Luftfahrtbeh rde FAA Auch das auf europ ischer Ebene durch die AIRMOD Gruppe berarbeitete ECAC Doc 29 ist ein Segmentierungsverfahren 8 8 Am DLR Institut f r Str mungsmechanik im Rahmen von ICAO Aktivit ten durchgef hrte Untersuchungen haben gezeigt dass die meisten konventionellen Verfahren bei vergleichba ren Randbedingungen insbesondere identischen Eingabedaten hnliche Resultate erzielen 8 9 Konventionelle Verfahren haben folgende Schwachstellen e Die Einfl sse von Richtcharakteristik und Schallspektrum werden in der Regel nur pauschal oder gar nicht ber cksichtigt e Die Einfl sse der Fluggeschwindigkeit auf die Schallerzeugungsmechanismen ins besondere den Umstr mungsl rm gehen nicht ein e Topographische und meteorologische Effekte werden nicht oder vergleichsweise ein fach modelliert Diese Defizite r hren u a vom Anwendungsziel Berechnung Prognose von Lang zeitmittelwerten von der Qualit t der verf gbaren Eingabedaten sowie aus historischen Gr nden von der ben tigten Rechenkapazit t her Eine A
177. rachtungszeitraum die Wachstumsrate der Gesamtlandegeb hr mit durchschnittlich 1 76 pro Jahr nur in etwa die Inflationsrate ausglich und somit keine reale Erh hung stattfand 7 3 4 Theorieorientierte Ans tze zur Wirkung von Ma nahmen In Punkt 7 3 1 konnte die Tauglichkeit der unterschiedlichen Instrumente mehr unter einem generellen Blickwinkel festgestellt werden Es stellt sich nun die Frage warum trotzdem die Akzeptanz der Instrumente insbesondere der mehr marktwirtschaftlich orientierten seitens der betroffenen Bev lkerung vielfach eingeschr nkt ist Die Behauptung ist dass diese In strumente in der Regel von geringer Wirksamkeit seien Seitens der Flugh fen erh lt man dazu jedoch kaum Informationen sie f hren so gut wie keine Wirksamkeitsanalysen zum Einsatz ihrer Ma nahmen oder auch zur Kombination von Ma nahmen durch Sie verweisen vielmehr auf die in den letzten Jahren erreichten L rmreduktionen die jedoch anerkannter ma en in erster Linie durch die Ausmusterung des nach ICAO Kapitel 2 zertifizierten Flugge r ts erreicht wurden Da diese nun an den meisten Flugh fen abgeschlossen ist sind auf diesem Weg keine weiteren Reduktionen zu erwarten bei steigendem Verkehrsaufkommen dagegen eher ein L rmanstieg Im Folgenden soll versucht werden Ans tze aus der Oko nomischen speziell der mikro konomischen Theorie zu nutzen um Erkl rungen f r die Re aktionen der Flugh fen zu finden 7 3 4 1 Konsequenzen der Mark
178. rde ein zweiter Schallpegelmesser der simultan dasselbe Ger usch innen aufzeichnete ber ein Triggersignal aktiviert Hierdurch wurde ein Ge r auschvergleich zwischen au en und innen erm glicht Durch die simultane Aufnahme von 3 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Triggersignal und elektrophysiologischen Signalen wurde auch in der Feldstudie eine ereig niskorrelierte Auswertung mit einer Aufl sung bis zu 125 ms erm glicht Ein dritter Schallpe gelmesser zeichnete Ger usche innen dann auf sobald ein voreingestellter Pegel im Schlaf raum berschritten wurde Damit wurden zus tzlich auch Ger usche identifiziert die im Schlafraum erzeugt wurden In den insgesamt 2 240 vom DLR untersuchten N chten wurden im Labor ber 30 000 L rmereignisse eingespielt im Feld mehr als 15 000 Flugger usche gemessen Diese konn ten zu den aufgezeichneten elektrophysiologischen K rperreaktionen der schlafenden Pro banden in direkte Beziehung gesetzt werden 3 6 Probandenauswahl F r die Studie wurden in einem mehrstufigen Auswahlverfahren als Versuchspersonen ins gesamt 192 Freiwillige ausgesucht die zwischen 18 und 65 Jahre alt waren ihrem Alter ent sprechend schlafgesund und normalh rend waren und sich eher durch L rm und oder Flug l rm bel stigt f hlten Ziel der Studie war es den Einfluss von n chtlichem Flugl rm auf den Schlaf zu bestimmen Leidet die Versuchsperson jedoch gl
179. rgie quivalente Dau erschallpegel zwischen 0 Uhr und 6 Uhr betrug au en 53 9 dB A und am Ohr des Schl fers 36 2 dB A Abh ngig von der Fensterstellung wurden mittlere Differenzen zwischen dem Au en und Innenpegel von 28 dB A geschlossene 18 dB A gekippte und 13 5 dB A vollst ndig ge ffnete Fenster gemessen 2 0 Median 64 0 dB A 1 0 H ufigkeit Nacht 0 5 0 0 40 60 20 Maximalpegel dB A 4 5 am Ohr des Schl fers Median 44 0 dB A 1 0 mittlere Ger uschgesamtl nge 78 0 s H ufigkeit Nacht 0 5 0 0 40 60 Maximalpegel dB A Abbildung 3 1 Differenzen zwischen au en und am Ohr des Schl fers gemessenen Schallpegeln 3 7 2 Ergebnisse Schlafst rungen An dieser Stelle k nnen nur einige ausgew hlte Ergebnisse dargestellt werden Ausf hrli chere Informationen sind im Forschungsbericht DLR FB 2004 07 D 3 2 zu finden 3 7 2 1 Einleitung Durch die Aufzeichnung der Hirnstr me EEG der Augenbewegungen EOG und des An spannungszustandes der Kinnmuskulatur EMG kann der Schlaf in sechs verschiedene Stadien unterteilt werden Neben dem Wachzustand unterscheidet man den leichten Schlaf Schlafstadium S1 und S2 den Tiefschlaf Schlafstadium S3 und S4 englisch slow wave sleep SWS und den Traumschlaf REM Schlaf N chtlicher Flugl rm kann zu einer Ver nderung der Schlafstruktur f hren Der Tiefschlaf scheint neben dem REM Schlaf besonders wichtig f r die regener
180. richt zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 9 2 Arbeitskonzept Die Berechnung der Ausbreitung von Schallwellen in einer innomogenen von der Topografie beeinflussten Atmosph re ist immer noch eine gro e Herausforderung Die Leistungsf hig keit moderner Computer stellt dabei den begrenzenden Faktor dar Im Bereich der ingeni eurm sigen L rmprognose werden Verfahren verwendet die die meteorologischen und to pografischen Einfl ssen oft nur pauschal und in stark vereinfachter Form beschreiben Im Bereich der akustischen Forschung werden verschiedene Ans tze verfolgt die zumeist auf Approximationen der Helmholtz Gleichung beruhen Aber auch diese Modelle unterliegen in Hinblick auf die Ber cksichtigung relevanter Prozesse oder bez glich der Geometrie z B Radialsymmetrie z T erheblichen Einschr nkungen Ein viel versprechendes Verfahren besteht dagegen in der Zeitintegration der Eulergleichun gen die eine prognostische Bestimmung des Schalldrucks und der Schallschnelle erm gli chen Die Eulergleichungen lassen sich bez glich eines beliebigen meteorologischen Zu stands linearisieren sodass die Ausbreitung von Schallwellen entsprechend der linearen Wellentheorie ohne weitere Einschr nkungen dreidimensional simuliert werden kann Aller dings ben tigen Modelle die auf der linearisierten Eulergleichung beruhen heutzutage noch sehr viel Rechenzeit und Speicherplatz sodass ihre Anwendungen weniger bez glich der Prozesse und de
181. rleis ten Die Ber cksichtigung dieser sicherheitskritischen Faktoren sollte auch durch zuk nftige Verfahren sichergestellt werden 6 2 1 2 Flugsicherung Um die angespannte Verkehrssituation an Gro flugh fen wie z B Frankfurt oder M nchen nicht weiter zu belasten ist es besonders f r den Flugbetrieb am Tage wichtig dass neuarti ge Verfahren den Verkehrsfluss f rdern und keine weiteren Engp sse generieren um die m gliche Anzahl an Flugbewegungen pro Stunde nicht weiter einzuschr nken Verfahren mit hohem zeitlichem Bedarf bedingt durch verringerte Fluggeschwindigkeiten sollten daher a priori nur f r eventuellen Nachtflugbetrieb untersucht und optimiert werden Der Tagflugbetrieb erfordert einen gangbaren Kompromiss zwischen L rmeinsparung und Erhaltung der Verkehrskapazit ten 6 2 1 3 konomische Durchf hrbarkeit Bei der Auslegung moderner l rmmindernder Abflugverfahren sollten einige Randbedingun gen ber cksichtigt werden um eine wirtschaftliche Durchf hrung des Fluges seitens der Fluggesellschaften zu erm glichen und keinen weiteren Kostendruck auf die Airlines auszu ben Die Kosten f r Treibstoff bei gro en Fluggesellschaften betragen erfahrungsgem je nach Roh lpreis zwischen 18 und 26 der direkten Betriebskosten Direct Operating Costs DOC s oder bezogen auf den j hrlichen Umsatzerl s z B bei Lufthansa im Jahr 2001 ca 9 7 6 2 Eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs w hrend der Startphase w
182. rmoptimalen Schaufelentwurf um 6 dB 2 Erarbeitung von Konstruktionsvorschl gen zur Verminderung des Turbo maschinenl rms durch aktive L rmminderung um 5 dB 3 Verfahren f r l rmoptimalen Entwurf Verbesserung der Methoden zur Schallfeldanalyse an Triebwerken 4 2 Verringerung des Fanl rms durch l rmoptimalen Entwurf Der von einem Fan abgestrahlte L rm kann durch konstruktive Ver nderungen an den Roto ren und Statoren gesenkt werden Dies wurde durch Berechnung des instation ren Str mungsfeldes in einer kompletten Fanstufe mit dem Rechenverfahren TRACE des DLR einer Modalentwicklung des akustischen Nahfelds und der daraus abgesch tzten Fernfeldemissi on demonstriert 4 2 1 Validierung des Rechenverfahrens mit analytischen L sungen In einem ersten Schritt wurde untersucht unter welchen Voraussetzungen das Verfahren TRACE die Schallausbreitung gen gend genau beschreibt Es zeigte sich dass f r eine gute Approximation etwa 40 Gitterpunkte pro Wellenl nge erforderlich sind Diese Forderung f hrt bei der zweifachen Blattfolgefrequenz von etwa 4000 bis 5000 Hz bei modernen Triebwerken zu Punktdichten in der Gr enordnung von 500 pro Meter Damit ist es so gut wie unm g lich eine komplette Stufe mit heutigen Rechnern dreidimensional zu rechnen Aus diesem Grunde wurde das Verfahren TRACE zun chst mit der Methode der versetzt periodischen R nder erweitert Damit wurde es m glich die instation re Str mung in
183. ropean environmental aviation charge Feasibility study Delft 1998 7 5 R C N Wit A N Bleijenberg Potential economic distortions of a European environ mental aviation charge Background study Delft 1997 7 6 Stephan Za Der Flughafen in seiner Region Besch ftigungswirkungen von Flugh fen und Bev lkerungsentwicklungen im Flughafenumland DLR K ln 2000 7 7 FAA Airport Division Southern Region Hrsg Land Use Compatibility A Guide for effective Land Use Planning Atlanta 1999 7 8 Geoffrey D Gosling Economics of Airport Noise Management Institute of Transporta tion Studies Technology Transfer Program 2004 Airport Noise Symposium Berkeley 2004 7 17 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 8 Flugl rmberechnungsverfahren Arbeitspaket 5A Dr Ullrich Isermann E Mail ullrich isermann dlr de DLR Institut f r Aerodynamik und Str mungstechnik Abteilung Technische Str mungen G ttingen 8 1 Forschungzsziel und ansatz Ziel des Arbeitspakets 5A war die Entwicklung eines Simulationsverfahrens bei dem die Modellierung der Schallabstrahlung des Flugzeugs durch ein Teilschallquellenmodell erfolgt wobei die im HAP 2 gewonnenen Erkenntnisse ber die Schallentstehungsmechanismen mit herangezogen werden sollten Als Grundlage wurde das am Max Planck Institut f r Str mungsforschung entwickelte SIMUL Verfahren 8 1 herangezogen das vor allem um ein verbessert
184. rung der humanspezifischen L rmbelastung somit in die strategischen Konzepte von DLR und HGF sowie das Verbundvorhaben Leiser Verkehr ein 2 1 Leiser Flugverkehr 2 Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr A 2 2 berblick ber die Arbeitspakete Das Projekt gliederte sich in 5 Hauptarbeitspakete HAP von denen sich die Hauptarbeits pakete 2 und 5 in zwei separate Arbeitspakete AP aufteilten Abbildung 2 1 zeigt eine U bersicht ber die Arbeitspaketstruktur und funktionale Zusammenh nge zwischen den Ar beitspaketen L rmwirkungsforschung HAP 1 Kriterium f r die Nachtbelastung Vorgabe des L rmdeskriptors 4 T Anforderungen an Umsetzbarkeit Flugl rmprognonse AP 5A L rmarme Flugverfahren HAP 3 Quellmechanismen gt Schallquellenmodellierung lt Wirksamkeit von Ma nahmen Schallquelle Flugzeug L rmminderungs ma nahmen HAP 2 Verkehrsverteilung auf lt Effekte Flugbahnmodellierung Validierung gt Ausbreitungsrechnung Schallausbreitungs modelle AP 5B e Flugzeugtypen lt Effekte Triebwerksl rm Flugstrecken i AP 2A e Tageszeiten Verkehrspolitische Umstr mungsl rm Ma nahmen AP 2B HAP 4 F r Gesetzgeber und Planer F r die Flugzeugindustrie e Immissionsberechnungsverfahren Hinweise f r e Vorschl ge f r kurz und mittelfristige larmarme Konstruktionen Ma nahmen zur L rmminderung Abb 2 1 Arbeitspakets
185. s 9th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference amp Exhibit Hilton Head South Carolina USA 12 14 May 2003 4 7 Neuhaus L Neise W Active flow control to reduce the tip clearance noise and im prove the aerodynamic performance of axial turbomachines Fan Noise 2003 Senlis France 22 25 Sept 2003 4 8 Schulz J Neise W M ser M Active control of the blade passage frequency noise level of an axial fan with aeroacoustic sound sources Acoustique amp Technique Nu mero 33 ISSN 1263 8072 Paris 2003 S 34 39 4 9 Neise W Forschung zur Minderung des Triebwerksl rms Proc 11 Konferenz Verkehrsl rm 2002 Dresden 27 29 09 2002 4 10 Neise W Enghardt L Technology approach to aero engine noise reduction Proc ODAS 2002 4th ONERA DLR Aerospace Symposium Cologne Germany 13 14 June 2002 42 53 4 16 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 4 11 Neuhaus L Neise W Active control of the aerodynamic and acoustic performance of axial turbomachines 8th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference 17 19 June 2002 Breckenridge Colorado Paper AIAA 2002 2499 4 12 Schulz J Neise W M ser M Active noise control in axial turbomachines by flow induced secondary sources 8th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference 17 19 June 2002 Breckenridge Colorado Paper AIAA 2002 2493 4 13 Siller H Michel U Buzz Saw noise
186. s bew hrte Ans tze und Modelle einflie en Wesentliche nderungen gegen ber der 2 Auflage des Dokuments aus dem Jahr 1997 sind e Einf hrung eines separaten Applications Guide der sowohl dem Anwender als auch dem Endnutzer eines Berechnungsverfahrens Unterst tzung bei der Durchf hrung von Flugl rmuntersuchungen bietet e Implementierung eines Segmentierungsalgorithmus der sich am aktuellen Stand die ser Modellierungstechnik orientiert e berarbeitung der Algorithmen zur Zusatzd mpfung bei bodennaher Schallausbrei tung in enger Kooperation mit den internationalen Aktivit ten zu diesem Thema e Verbesserte Verfahren zur Flugprofilmodellierung e Bereitstellung einer harmonisierten Datengrundlage auf internationaler Ebene die durch Eurocontrol und die amerikanische Luftfahrtbeh rde FAA gewartet wird Diese Datengrundlage wird im WWW verf gbar sein Au erdem erfolgte eine Anpassung und Erweiterung der bereits im urspr nglichen Doc 29 beschriebenen Formalismen entsprechend dem aktuellen Kenntnisstand Dadurch bietet Doc 29R eine weitestgehende Flexibilit t und deckt die Anforderungen an die typischen An wendungsgebiete eines Flugl rmberechnungsverfahrens ab 8 7 Zusammenfassung Zusammenfassend ist zu sagen dass die anvisierten Zielsetzungen mit einer Ausnahme vollst ndig erf llt wurden Was im Rahmen des Projekts nicht durchf hrbar war war eine ausreichende Bereitstellung und Validierung von Daten zur Quell
187. satz Der L rmpegel direkt unterhalb der Flugbahn h ngt vom Abstand zum Flugzeug und dessen L rmemission ab Bei heutigen Flugzeugen ist es m glich dass der Zellenl rm Triebwerke im Leerlauf gegen ber dem Triebwerksl rm einen dominierenden Anteil liefert Der Optimie rungsansatz geht also dahin die Anflugbahn h her zu legen das Schubniveau m glichst 6 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr ber den gesamten Anflug zu senken und nach wie vor Konfigurations nderungen so sp t wie nur irgend m glich durchzuf hren 6 3 4 Ergebnis Ein Anheben der Bahn im Nahbereich ist grunds tzlich durch steilere Anfl ge m glich die sich entweder ber den gesamten Gleitpfadbereich erstrecken Steep Approach 6 6 oder ausschlie lich im Anfangsteil vorliegen Two Segment Approach Abbildung 6 7 zeigt die H henprofile m glicher Anflugvarianten Steilere Bahnen k nnen zu einem Erreichen der Leistungsgrenzen moderner Flugzeuge f hren da Bahnwinkel von weniger als 5 aufgrund der heutigen aerodynamischen G te station r kaum fliegbar sind Zum anderen ist ein An heben des Gleitpfades an vielen Flugh fen nicht ohne weiteres m glich Auch ein segmen tierter Anflug bestehend aus einem steilen Anfangssegment auf einer gef hrten Bahn und dem blichen 3 Endteil kann z Zt nicht durchgef hrt werden Es bedarf in beiden F llen zus tzlicher Ausr stung sowohl an Bord als auch am Boden Des w
188. schacht im AWB Hierbei zeigte sich dass f r praktisch relevante Abst nde stromab des Fahrwerks beins sowohl die Str mungsprofile als auch die Turbulenzcharakteristika des Nachlaufs na hezu unbeeinflusst sind von der geometrischen Modelldetaillierung In einem anderen Ar beitspaket in SILENCER wurden auch die Nachlaufstr mungen von Zentralfahrwerken f r verschiedene Modellma st be untersucht Die Ergebnisse aus dieser Studie konnten dahin gehend genutzt werden als hier gezeigt wurde dass keine wesentlichen Einfl sse der Rey noldszahl auf die Nachlaufcharakteristika bestehen Daher konnte zur Modellierung des Fahrwerksnachlaufs f r die Modellversuche ein verein fachter Fahrwerkssimulator eingesetzt werden im Wesentlichen nur bestehend aus dem Fahrwerksbein der Seitenkraftst tze und der Schachtt r Abb 5 9 zeigt den Versuchsaufbau im AWB mit generischem Hochauftriebsmodell und Fahrwerkssimulator und dem Mikrofonar ray des NLR zur Schallquelllokalisierung Die Landeklappe des Hochauftriebsmodells war mit Drucksensoren zur Vermessung der instation ren Druckverteilung ausgestattet n Problemstellung PR j Fahrwerks eT 47 2D Hochauftriebsfl gel simulator NLR Klappe mit 36 Messstellen e Y o y it f r instation re Dr cke Mikrofonarray rer u F Abbildung 5 9 Versuchsaufbau im AWB zur Untersuchung des Zusatzl rms durch Wechselwirkung des Fahrwerksnachlaufs mit der Landekla
189. schallpegel An zahl von L rmpegeln oberhalb einer Schwelle zur Bewertung der n chtlichen Flugl rmbe lastung herangezogen Durch die Ergebnisse der DLR Untersuchungen k nnen zus tzlich Wirkungskriterien z B die Wahrscheinlichkeit f r eine zwei usw Aufwachreaktionen in Ab h ngigkeit vom tats chlichen Flugverkehrsaufkommen angegeben werden Diese Gebiete unterscheiden sich qualitativ z T deutlich von den Zonen die alleine auf akustischen Krite rien beruhen s Abbildung 3 5 3 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 348 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 3492 Abbildung 3 5 Vergleich von Gebieten am Frankfurter Flughafen in denen ein Lea von 55 dB A blau bzw 50 dB A gr n berschritten wird mit Gebieten au erhalb derer im Mittel mit weniger als 1 u erste Linie 2 oder 3 innerste Linie Aufwachreaktionen zus tzlich durch Flugl rm zu rechnen ist 3 7 3 Bel stigung Es finden sich keine signifikanten Dosis Wirkungs Beziehungen f r die Erm dung FAT die Befindlichkeit MDBF sowie die Erholung und Beanspruchung EBF F r die statistisch wichtigste psychologische L rmwirkung die Bel stigung durch L rm wurden signifikante Dosis Wirkungs Beziehungen f r die Labor als auch Feldstudienerhe bungen anhand von logistischen Regressionsanalysen mit Zufallseffekten logistic regression with
190. scharfe oder grunds tzlich kontroverse Zielsetzungen sollten nicht Gegenstand von Mediationsverfahren sein Ebenso sollten Mediationsverfahren nur eingesetzt werden wenn die Zahl der zu Beteiligenden klein ist Wie der passive Schallschutz S Incentives f r L rmbetroffene mindern Ma nahmen der Immobilien und Fl chennutzungspolitik oder der Landnutzung nicht den Flugl rm ver ringern aber die L rmbelastung der Bev lkerung im Flughafenumfeld Das Ziel ist dabei nicht L rmbetroffene durch bauliche Ma nahmen sondern durch ausreichende Distanz zum Flughafen vor L rm zu sch tzen Die Fl chennutzung k nnte prinzipiell so gestaltet werden dass unter Ber cksichtigung zunehmender L rmimmissionen durch stark wachsenden Luft verkehr und auch zunehmendem Betriebsfl chenbedarf von Flugh fen ein nachhaltiger Schutz der Bev lkerung im Flughafenumfeld erreicht wird Die zu erhaltenden oder erst zu schaffenden Distanzfl chen k nnen baulich teilweise durchaus durch weniger l rmsensibles Gewerbe genutzt werden Bisher werden solche Ma nahmen wegen rechtlicher Probleme und fehlender Kompetenzen der Flugh fen kaum angewandt Ebenso erschweren konkurrie rende Planungshoheiten und ein starker Wettbewerb unter den Gebietsk rperschaften eine wirksame Anwendung Hier wird k nftig verst rkter Handlungsbedarf zur Schaffung prakti kabler Verfahren und sogar Anpassung des Planungsrechts liegen m ssen wegen der zu erwartenden besonders nachhaltigen
191. schliefen ohne L rmeinwirkung aber mit den angelegten Elektroden Die zweite Labornacht war ebenfalls l rmfrei sie diente als Basisnacht zum Vergleich mit den folgenden neun N chten in denen Flugger usche in unterschiedlicher H ufigkeit 4 bis 128 mal pro Nacht und Lautst rke Ma ximalpegel zwischen 45 dB A und 80 dB A am Ohr des Schl fers eingespielt wurden Die ses entsprach bei einem Hintergrundpegel von 30 dB A einem energie quivalenten Dauer schallpegel Mittelungspegel zwischen 30 dB A und 54 5 dB A w hrend einer acht Stun den dauernden Nacht Die zwei abschlie enden N chte waren erneut l rmfrei und dienten zur Beobachtung eventuell auftretender Erholungseffekte auf Grund der Flugl rmbelastung in den vorangegangenen neun L rmn chten Die Bettruhezeit in allen N chten wurde auf acht Stunden 23 00 Uhr bis 7 00 Uhr festgelegt 16 Probanden dienten als Kontrollgruppe d h sie schliefen in 13 aufeinander folgenden N chten im Labor ohne mit L rm beschallt zu werden Die Laborstudien fanden im Doppel blindversuch statt da weder Probanden noch die anwesenden DLR Wissenschaftler in den jeweils 13 Untersuchungsn chten wussten welche Flugger usche f r welche Probanden eingespielt wurden Die Feldstudien wurden ber jeweils neun N chte bei 64 Personen zu Hause durchgef hrt die in den deutschlandweit mit am h chsten durch Nachtflugl rm belasteten Gebieten rund um den K ln Bonner Flughafen wohnten Die Untersuchu
192. sichtigt werden dass dies nur bei einer zu mindest teilweisen Aufhebung der bisherigen Regulierung gilt wie es am Beispiel von Frank furt der Fall ist Im Normalfall der deutschen Flugh fen gilt immer noch eine cost plus Regulierung nach der die Flugh fen der Genehmigungsbeh rde ihre Kosten vorlegen und entsprechend die Geb hren genehmigt bekommen In Frankfurt muss dagegen der ausge handelte Preis nur noch von der Genehmigungsbeh rde die schon an den Verhandlungen teilgenommen hat akzeptiert werden 7 13 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Die Ausgangsbasis der mehr theoretischen Diskussion war die mangelnde Wirksamkeit bzw Wirksamkeitskontrolle seitens derjenigen die f r den Einsatz der Instrumente verantwortlich sind Das zweiseitige Monopol das sicher nicht an allen Flugh fen in gleicher Weise G ltig keit besitzt kann Ursache daf r sein muss es aber nicht F r die Ma nahme der l rmorien tierten Geb hrenpolitik als der wohl am h ufigsten eingesetzten Ma nahme l sst sich auch fragen ob die Reagibilit t der Betroffenen in irgend einer Weise eingeschr nkt ist Ein erster Schritt dazu ist die Feststellung dass nach ICAO Norm eine Geb hr nicht der Gewinnmaxi mierung dienen darf sondern allein der Kostendeckung Dies hat zur Folge dass dem Preis nicht die gleiche Marktr umungsfunktion zukommt wie auf M rkten die Gewinnmaximierung zulassen In diesem Zusammenhang i
193. siert werden AV ist eine Geschwindigkeitskorrektur Sie ergibt sich f r die Jet Komponente als Vjet ZV av 10 m o 9 10 191 M cosv V Jet mit der Flugmachzahl M der Freistrahlgeschwindigkeit Vje und dem sog Forward Velocity Index m d Letzterer h ngt von der Bauart des Triebwerks ab F r die Fan Komponente ergibt sich die Geschwindigkeitskorrektur als Ave 40 Ig 1 M cos F r den Umstr mungsl rm ergeben sich die normierten Spektren als names v 8 9 Dame y 10 a de AD 8 9 Vo aus einem Referenzspektrum f r die Bezugsgeschwindigkeit vo Der 2 Term beschreibt eine exponentielle Abh ngigkeit der Schalleistung des Umstr mungsl rms von der Flugge schwindigkeit Geht diese gegen Null so verschwindet der Umstr mungsl rm der Pegel geht also gegen Der Koeffizient a ist dabei abh ngig von der Art der Umstr mungsl rm komponente also z B Fahrwerk oder Hochauftriebssysteme Die Umstr mungsl rmkomponente ist nat rlich unabh ngig von der Triebwerksleistung Sie muss statt dessen f r unterschiedliche aerodynamische Konfigurationen Klappen und Fahrwerkstellungen definiert werden 8 3 3 Modellierung von Ausbreitungseffekten Aus den im vorangegangenen Abschnitt definierten auf 1 m normierten Spektren ergeben sich dann die entsprechenden Pegel am Immissionsort durch eine spektrale Ausbreitungs rechnung der folgende Gleichung zu Grunde liegt L2 s La So 20 1of an s s 148
194. siologi schen und akustischen Signalen erfasst In den Feldstudien im Bereich des K ln Bonner Flughafens wurden durchschnittlich 41 berfl ge pro untersuchter Nacht registriert Die durch Flugger usche erzeugten au en ge messenen Maximalpegel lagen zwischen 35 dB A und 87 dB A was einem mittleren Maxi malpegel von 64 dB A entsprach Innen lagen die Werte zwischen 20 dB A und 73 dB A im Mittel bei 44 dB A Der auf Flugger usche bezogene mittlere energie quivalente Dauer schallpegel zwischen 0 Uhr und 6 Uhr betrug au en 53 9 dB A und am Ohr des Schl fers 36 2 dB A Abh ngig von der Fensterstellung wurden mittlere Differenzen zwischen dem Au en und Innenpegel von 28 dB A geschlossene 18 dB A gekippte und 13 5 dB A vollst ndig ge ffnete Fenster gemessen Bez glich der am Morgen gemessenen Leistungsvariablen konnten in den bisherigen statis tischen Analysen keine signifikanten Dosis Wirkungs Beziehungen ermittelt werden Es finden sich keine signifikanten Dosis Wirkungs Beziehungen f r die subjektive Einsch t zung der Erm dung der Befindlichkeit und der Erholung und Beanspruchung Dagegen er gab sich eine signifikante Dosis Wirkungs Beziehung zwischen dem energie quivalenten Dauerschallpegel der Flugger usche und dem Anteil der Versuchspersonen der sich mittel bis stark durch Flugl rm bel stigt f hlten Der Bel stigungsgrad im Feld war erheblich gerin ger als im Labor auch bei Zugrundelegung verglei
195. spectra and directivity from flyover tests 8th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference 17 19 June 2002 Breckenridge Colorado Paper AIAA 2002 2562 4 14 Enghardt L Tapken U Neise W Schimming P Maier R Zillmann J Active control of fan noise from high bypass ratio aeroengines Experimental results 8th CEAS European Propulsion Forum 26 29 March 2001 Nottingham UK Paper No 16 1 16 7 4 15 Enghardt L Tapken U Neise W Kennepohl F Heinig K Turbine blade vane interaction noise acoustic mode analysis using in duct sensor rakes 7th AIAA CEAS Aeroacoustic Conference 28 30 May 2001 Maastricht Netherlands Paper No AIAA 2001 2153 4 16 Tapken U Enghardt L Neise W Schimming P Active Control of Noise from Turbomachines Results of Radial Mode Analysis Internoise 2001 30th Interna tional Congress on Noise Control Engineering 27 30th August 2001 The Hague Netherlands 4 17 Siller H Arnold F Michel U Investigation of aero engine core noise using a phased microphone array 7th AIAA CEAS Aeroacoustics Conference 28 30 May 2001 Maastricht Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 5 Minderung des Umstr mungsl rms Arbeitspaket 2B Dr Werner Dobrzynski E Mail werner dobrzynski dlr de DLR Institut f r Aerodynamik und Str mungstechnik Abteilung Technische Akustik Braunschweig 5 1 _ Forschungzsziel
196. st bisher noch nicht entschieden ob der L rmzuschlag eine Geb hr oder einen Preis darstellt Ein staatlich administrierter Preis kann in der Regel nicht die Funktion eines Knappheitsprei ses bernehmen wie es normalerweise bei knappen G tern ist Da f r das knappe Gut Ru he kein Markt besteht ist es nicht ohne weiteres m glich einen an Kosten orientierten Preis festzulegen Die Internalisierung solcher externer Kosten wird in der Regel mittels eines Preisaufschlags gemacht der die Knappheit widerspiegeln soll jedoch kaum objektiv festge legt werden kann Ideal w re es s mtliche Betroffenen an der Preisfindung zu beteiligen Wenn derzeit der L rmaussto als zu hoch angesehen wird ist der aktuelle l armbezogene Preisaufschlag zu gering Geht man von einem rationalen Marktverhalten bei einer nicht ge gen Null tendierenden Preiselastizit t aus dann m sste bei steigendem Preis entsprechend die Aussto menge an L rm zur ckgehen Dies bedeutet in erster Linie nicht eine Reduktion von Flugbewegungen sondern kann auch durch eine nderung des Flottenmixes oder ande rer technischer Ma nahmen erreicht werden In diesem Bereich ist die Reagibilit t der Flug gesellschaften jedoch eingeschr nkt da die Entscheidung nderungen an der Flotte oder auch technische nderungen an einzelnen Flugger ten vorzunehmen in der Regel l nger fristiger Natur ist und von daher keine kurzfristigen Reaktionen erwartbar sind Letztlich ist au
197. systems dessen Vorhaltung sich erst f r gro e Flugh fen mit entsprechendem Verkehrsaufkommen eignet Diese technischen Voraussetzungen m ssen im brigen auch f r die Anwendung einer indi viduellen Verfolgung von L rmverst en vorliegen Die regelm ige und routinem ige Anwendung dieser Ma nahme bedarf auch noch einer rechtlich vereinfachten Kooperations regelung bez glich der Regelungen des Datenaustausches zwischen Flugsicherung und Flugh fen Bei der Anwendung von Incentives f r L rmbetroffene sind weiche Ma nahmen die le diglich zu einer erh hten Akzeptanz oder L rmtoleranz der Betroffenen beitragen k nnen von solchen zu unterscheiden die die L rmexposition von Betroffenen vermindern Zu erste ren geh ren regelm ige aktive und prospektive Informationen der Bev lkerung ber Pla nungen Entwicklungen und besondere Betriebsabl ufe eines Flughafens mit Einfl ssen auf die L rmbelastung Sie sollten von Flugh fen vor allem bei tempor ren L rmbelastungen au ergew hnliche Verkehrsaufkommen in der Nacht Einsatz anderer Flugzeuge zeitweili ge nderungen der Start und Landebahnnutzungen etc eingesetzt werden Eine Vermin derung der L rmexposition der Betroffenen kann durch passive Schallschutzma nahmen im Flughafenumfeld und Umsiedlungshilfen f r L rmbetroffene erreicht werden Diese Ma nahmen eignen sich wegen hoher Kosten f r Flugh fen mit einer relativ geringen Zahl stark l rmbetroffener
198. t st rker bestimmen als die Qualit t des Berechnungsverfahrens Nur in der Schweiz ist ein Simulationsverfahren auch im praktischen Gebrauch 8 10 Bei diesem Modell FLULA2 werden die Abstrahlungseigenschaften des Flugzeugs halbempi risch auf der Basis umfangreicher Messungen insbesondere am Flughafen Z rich modelliert Die entsprechende Datengrundlage ist also teilweise an dem dort auftretenden Typenmix orientiert Auch werden durch das Modell einige physikalische Effekte insbesondere der Geschwindigkeitseinfluss auf die Schallabstrahlungseigenschaften nicht ber cksichtigt Bei der Modellierung von Ausbreitungseffekten wird sich bei den gebr uchlichen Verfahren in der Regel auf die Einfl sse der atmosph rischen molekularen D mpfung und der D mp fung bei bodennaher Schallausbreitung beschr nkt Brechungs und Beugungseffekte sowie Einfl sse der Topographie die insbesondere bei bodennahen Operationen im direkten Flug hafenbereich wichtig sind werden in der Regel nicht ber cksichtigt 8 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 8 3 Das SIMUL Verfahren 8 3 1 Prinzip eines Simulationsverfahrens Das Prinzip des SIMUL Verfahrens kann der Abb 8 1 entnommen werden Wie bei jedem Simulationsverfahren wird zun chst die Flugbahn als eine Folge von Punkten generiert die im SIMUL Verfahren in konstanten zeitlichen Abst nden typischerweise von 1 sec vom Flugzeug passiert werden Damit si
199. tersuchungen Anzahl der untersuchten N chte ohne Bedeu tung hinsichtlich eines m glichen L rmeinflusses auf die Exkretion von Noradrenalin Die Adrenalinsekretion im n chtlichen Sammelurin zeigte unter Flugl rm keine nderung Sie blieb auf u erst niedrigem Niveau Unter Laborbedingungen lag die Adrenalinkonzent ration in mehr als 2 3 aller Urinproben unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze von 1 ng ml im Feld in rund der H lfte der Urinproben Es ergaben sich keine statistisch fassbaren Sekreti onsraten die sich von denen ohne Flugl rm unterschieden 3 7 5 Leistung Bez glich der am Morgen gemessenen Leistungsvariablen konnten in den bisherigen statis tischen Analysen keine signifikanten Dosis Wirkungs Beziehungen ermittelt werden Die bis herigen Ergebnisse der Leistungsmessungen zeigen keine relevante Beeintr chtigung unter 3 13 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr n chtlichem L rmeinfluss Die in Abschnitt 3 7 2 2 beschriebenen Ergebnisse zum Schlaf zeigen eine Verminderung der Gesamt Schlafzeit von durchschnittlich weniger als 2 min Von daher ist es kaum zu erwarten dass eine signifikante Beeintr chtigung der Leistung eintritt Hingegen wurden relevante Einfl sse in den hier betrachteten Leistungsparametern in einer vergleichenden Studie zum partiellen Schlafentzug erst bei einem Schlafentzug von jeweils drei Stunden in mehreren aufeinander folgenden N chten gefunden D
200. tisol im n chtlichen Sammelurin war unter Laborbedingungen von L rm beeinflusst Mit signifikantem Trend nach Jonckheere war sie vom Maximalpegel und 3 12 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr der Anzahl der Flugger usche abh ngig Auch mit zunehmendem Dauerschallpegel Las eq ergab sich ein entsprechender Trend s Abbildung 3 8 Zugleich ergab sich jedoch auch ein Trend zunehmender Cortisolausscheidung mit der Anzahl der im Labor gemessenen Tage bei Versuchspersonen ohne jeglichen Flugl rm Solche Trends waren im Feld nicht zu beo bachten 120 94 Labor 71 lt 30 30 33 33 36 36 39 39 42 gt 42 45 48 48 51 51 54 gt 54 Las cag In dB am Ohr des Schl fers Abbildung 3 8 Mittlere Cortisolausscheidung Standardabweichung im n cht lichen Sammelurin unter Laborbedingungen n 88 nur Experi mentalgruppen mit identischer Bestimmungsmethode Linie und im Feld n 64 Balken bei Einteilung des mittleren quivalenten Dauerschallpegels in 3 dB breite Klassen Die Noradrenalinausscheidung im n chtlichen Sammelurin war statistisch betrachtet kon stant und von L rm nicht beeinflusst Es gab keine Ver nderungen in Abh ngigkeit von qui valentem Dauerschallpegel Maximalpegel oder Anzahl der Ereignisse Es gab auch keinen Unterschied zwischen den Ergebnissen unter Laborbedingungen und im Feldversuch Eben so war die Fortdauer der Un
201. truktur und funktionale Zusammenh nge 2 2 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 3 Humanspezifische Wirkung des Nachtflugl rms Hauptarbeitspaket 1 Dr Alexander Samel E Mail alexander samel dlir de DLR Institut f r Luft und Raumfahrtmedizin Abteilung Flugphysiologie K ln 3 1 Einleitung Das Hauptarbeitspaket Flugl rmwirkungen steht am Ende der Kette Schallemission L rmentstehung an der Quelle Flugzeug Schallausbreitung Schallimmission Sschallwirkung auf den Menschen In diesem Arbeitpaket wurden die Wirkungen von Nachtflugl rm auf den Schlaf des Men schen an einem gro en Versuchspersonenkollektiv untersucht und Kriterien f r eine Bewer tung dieser Wirkungen entwickelt Das DLR will hiermit zur Versachlichung der teilweise hoch emotional gef hrten Diskussionen beitragen Ausf hrliche Informationen zu Design und Ergebnissen der Studie sind in verschiedenen Forschungsberichten zu finden die im Internet als PDF Dokumente unter folgender Adresse ver ffentlicht werden www dir de flugphysiologie 3 2 Forschungzsziel Die Zielsetzung des Arbeitspakets innerhalb des DLR Projekts war die wissenschaftlich fun dierte Definition von Nachtflugl rmkriterien Die Motivation f r die Durchf hrung ergibt sich aus mehreren Aspekten e die wachsende Mobilit t von Menschen und Waren Sie wird zu einem weiteren Anstieg von Flugbewegungen in
202. tstruktur f r Geb hrenentwicklung und politik W hrend sich die Makro konomische Theorie mit der Entwicklung der Gesamtwirtschaft und ihren Beeinflussungsdeterminanten besch ftigt stehen bei der mikro konomischen Theorie Branchen im Vordergrund und das Verhalten einzelner Unternehmen innerhalb einer Bran che auf den f r sie relevanten M rkten Im konkreten Fall geht es darum Erkl rungsans tze 7 11 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr f r das Verhalten von Flugh fen und Fluggesellschaften auf M rkten f r Start und Lande rechte Slots zu finden Anbieter sind die Flugh fen Nachfrager die Fluggesellschaften das Gut ist der Slot Das Problem in diesem Zusammenhang ist dass die Nutzung des Gutes Slot mit externen Effekten in der Form von externen Kosten verbunden ist und das ffentli che Gut Ruhe beeintr chtigt ist Zuerst soll der Zusammenhang zwischen Marktstruktur und Preisfestsetzung dargestellt werden Zu betonen ist dabei dass die Nachfrager der Leistungen des Flughafens nicht die Quell und Zielpassagiere der betroffenen Region sind sondern die Fluggesellschaften Die Passagiere als auch die Fracht stellen dagegen das wichtigste Guthaben des Flughafens dar das Pfund mit dem er wuchern kann Die Fluggesellschaften die dieses Potential f r sich nutzen m chten sind darauf angewiesen den jeweiligen Flughafen dieser Region zu bedienen Damit stellen die meisten F
203. tteten Bereich hinter der Wand Der sich ergebende Schalldruckpegel rechts wird durch die Interferenzmuster im tonalen Schallfeld gepr gt Die Asymmetrie ergibt sich aus der Schr ganstr mung 40 30 distance m N O noise attenuation a Er EEE by tree trunks 12 6 g 0 s6 7 distance from line source m Abbildung 9 3 Berechnete Schalld mpfung gr n blau leiser gelb rot lauter durch einen 50 m breiten Streifen zuf llig verteilter 20 m hoher und 50 cm dicker Baumst mme auf die Schallausbreitung ausgehend von einer bodennahen Linienquelle 100 Hz Das linearisierte Eulermodell AKU3D wurde bisher vor allem auf Prinzipstudien der Schallausbreitung im Freien angewandt so zum Beispiel auf den Einfluss von Schallschutz w nden unterschiedlicher Bauart bei berstr mung und bei Turbulenz den Einfluss unter 9 3 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr schiedlicher Ber cksichtung der meteorologischen Felder den Einfluss von H usern und Dachformen auf den Schalleintrag in die l rmabgewandten Fassaden mit und ohne Uber str mung und den Einfluss eines idealisierten Waldstreifens auf die Schallausbreitung e benfalls mit und ohne berstr mung Das letzte Beispiel ist in der Abb 9 3 visualisiert 9 4 Das vereinfachte Schallausbreitungsmodell AKUFIX 9 4 1 Prinzip F r die Integration in das L rmprogoseverfahren Arbeitspaket 5A wird ein vereinfachtes Modell
204. ufschub O 0 10 20 30 40 50 60 Entfernung ab Aufsetzpunkt in km Abbildung 8 6 SEL Kontur f r einen modellhaften Anflug nur obere H lfte der Kontur in stark berh hter Darstellung Eingetragen sind die Beitr ge aller Teilschallquellen sowie nur diejenigen von Trieb werk und Fahrwerk Dieses Rechenbeispiel zeigt dass bei dem untersuchten Flugzeugmuster und dem gew hl ten Anflugverfahren Umstr mungsl rm im Flughafennahbereich noch keine Rolle spielt da hier der Triebwerksl rm weitestgehend dominiert Dies kann sich aber ndern wenn durch neuere Technologien leisere Triebwerke entwickelt werden In diesem Fall sollte bekannt sein welche Beitr ge vom Umstr mungsl rm zu erwarten sind d h wann dieser Effekt be ginnt eine ma gebliche Rolle zu spielen Aus diesem Grund wurde die gleiche Anflugprozedur noch einmal durchgerechnet wobei allerdings die Triebwerksleistung konstant gehalten wurde und zwar nahezu bei Leerlauf schub Eine derartige Prozedur ist in Realit t zwar nicht fliegbar kann aber im Rechner oh ne weiteres simuliert werden Ziel dieser Rechnung war es die Beitr ge der einzelnen Teil schallquellen besser identifizieren zu k nnen Das Ergebnis ist in Abbildung 8 7 dargestellt e Die Kontur f r die Triebwerkskomponente verl uft im Horizontalflugteil parallel zur Anfluggrundlinie die durch die horizontale Achse repr sentiert wird Anschlie end verbreitert sich diese Kontur aufgrund der abnehmen
205. ugl rmspezifische eingestufte Gesundheitssch dlichkeit Vermeidbarkeit und Not wendigkeit des Flugverkehrs allgemeine Einstellung zum Flugverkehr Gesundheitsgef hr dung durch Flugl rm und personale Vorbel stigung durch Flugl rm L rmempfindlichkeit Gew hnung an Flugl rm Alter Geschlecht Moderatoren integriert und auf Signifikanz ge pr ft 100 3 90 80 7 _ 70 60 50 40 Anzahl4 Anzahld Anzahl16 Anzahl32 Anzahl64 Anzahl128 0 45 50 55 60 65 70 75 80 LAS max 30 20 Anteil durch Flugl rm Bel stigter Skalenstufe gt 10 Abbildung 3 6 Durch Regressionsmodell L1 vorhergesagter Anteil durch Flugl rm Bel stigter Skalenstufe 3 bis 5 in Abh ngigkeit vom Maximalpegel Las max und der Anzahl an Flugereignissen In den laborspezifischen Regressionsmodellen L1 Anzahl und Las max und L2 Las eq erwei sen sich das Geschlecht vorhergesagter Anteil durch Flugl rm bel stigter Personen bei Frauen h her die Vorbel stigung durch Flugl rm je vorbel stigter desto h her der Anteil Flugl rmbel stigter und die eingestufte Notwendigkeit des Flugverkehrs je geringer die Notwendigkeit desto h her der Anteil Bel stigter als signifikante psychologische Einfluss gr en Nach der Sch tzung von L1 haben sowohl der Las max als auch die Anzahl an Flug l rmereignissen einen signifikanten Einfluss auf die Flug
206. ung wurden regelm ig abends und morgens erhoben um eventuell durch verk rzten oder schlechteren Schlaf verursachte Beeintr chtigungen belegen zu k nnen Computergest tzte Leistungstests am Abend und Morgen wurden von den Probanden durchgef hrt um auch hier Beeintr chtigungen durch Schlafst rungen ermitteln zu k nnen Diese Tests beruhen auf eine Standardisierung die durch die AGARD 3 1 vorgenommen wurde und sich auf die Hand Auge Koordination unstable tracking task die Merkf higkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit beziehen Diese Tests wurden durch die Probanden vor der eigentlichen Versuchsreihe in 40 Trainingssitzungen intensiv ge bt damit Lerneffekte die Versuchsergebnisse nicht beeinflussten 3 5 Akustik Die im Schlaflabor applizierten Ger usche wurden mit Klasse 1 Schallpegelmessern bei Flughafenanwohnern des Flughafens D sseldorf aufgezeichnet Die Aufnahme verschiede ner startender und landender Flugzeuge wurde in den Schlafzimmern vorgenommen Dabei wurde das Mikrophon in der N he des Kopfkissens sozusagen am Ohr des Schl fers auf gestellt Bei den Aufzeichnungen wurden zwei Fensterstellungen geschlossen und gekippt ausgew hlt Diese Randbedingungen wurden gew hlt um realistische Ger uschmuster so wie sie im Bett vom Schlafenden erlebt werden zu erzielen da sich Au enger usche durch aus erheblich von den im Inneren eines Hauses ankommenden Ger uschen unterscheiden Insbesondere das D mpfungsv
207. ung 4 9 Berechnete Schallleistungen einzelner Azimutalmoden eines gera den und eines geneigten Stators Die Schallleistung der Mode M 6 sinkt durch Neigung des Stators die Leistung der Mode m 52 steigt dagegen Nach Summierung bleibt eine deutlich Minderung der Schallleistung von etwa 3 dB brig 4 2 6 Reduzierung der Schallabstrahlung durch Vergr erung des Nebenstromver h ltnisses Es wurde ein Fan f r ein Nebenstromverh ltnis von 12 ausgelegt bei dem die Blattspitzen beim Abflug nach dem Start des Flugzeugs mit einer Machzahl von etwa 1 angestr mt wer den siehe Bild 4 10 Ein solcher Fan ist vermutlich nur dann wirtschaftlich zu betreiben wenn er ber ein Getriebe angetrieben wird Getriebefan Dieses Vorhaben wurde mit Un terst tzung von Partnern im europ ischen Projekt SILENCE R durchgef hrt Die Schallleis tung des Fans war am Ende der Projektlaufzeit noch nicht bekannt Es werden erheblich niedrigere L rmpegel als bei dem in 4 3 zeigten Fan erwartet Abbildung 4 10 Leiser Fan dessen Schaufelspitzen w hrend des Abflugs mit Unterschallgeschwindigkeit angestr mt werden 4 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 4 3 Aktive L rmminderung Der Einsatz von Gegenschall ist ein weiteres verfolgtes Konzept zur L rmminderung Das Verfahren der aktiven L rmminderung durch Gegenschall ist nicht neu die Anwendung auf das Flugtriebwerk mit seinen hoch komplizierten Schall
208. ung konsensf higer Mess bzw Berechnungs verfahren rechtliche Probleme hoher organisatorischer Aufwand und operative Schwierig keiten zu l sen 7 8 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 7 3 2 Rahmenbedingungen des Einsatzes von Ma nahmen und spezielle Eignung Start und Landegeb hrenspreizungen auf der Grundlage der ICAO L rmzertifizierungen eignen sich f r alle Flugh fen zur Erzielung von L rmminderungen Sie erm glichen varian tenreiche Gestaltungsm glichkeiten auch im Rahmen der g ltigen Zertifizierungen da auch das Kapitel 3 und die Bonusklasse grunds tzlich weitere Geb hrenspreizungen durch Zu ordnung unterschiedlich lauter Flugzeugtypen zu mehreren flughafenspezifisch zu bestim menden L rmkategorien mit zielgerichteten L rmzuschl gen erm glicht Diese Ma nahmen sind auch in besonderer Weise zur Verringerung des Nachtflugl rms geeignet da die Nacht zuschl ge in Kombination mit den Spreizungen nach L rmkategorien weitere Gestaltungs m glichkeiten bieten Zus tzlich k nnen weitere tageszeitliche Differenzierungen etwa stun denweise innerhalb der Nachtstunden statt lediglich eine Unterscheidung nach Tag und Nacht eingef hrt werden Die sachgerechteste Anwendung der Start und Landegeb hrenspreizung ist im Grund satz die nach gemessenem L rm Voraussetzung f r die Einf hrung dieses Verfahrens ist die Installation und der l ckenlose Betrieb eines Flugl rmmess
209. ung nach ICAO L rmzertifizierung Bewertungen positiv f r alle Kategorien indifferent nur f r Kategorie Wirtschaft 2 Individuelle Verfolgung von L rmverst en Bewertungen positiv f r Kategorien L rmminderung Praktikabilit t und Akzeptanz indifferent f r Kategorien Luftverkehr und Wirtschaft 3 Start und Landegeb hrenspreizung nach gemessenem L rm Bewertungen positiv f r Kategorien L rmminderung Praktikabilit t und Akzeptanz indifferent f r Kategorie Wirtschaft und leicht negativ f r Kategorie Luftverkehr 4 Incentives f r L rmbetroffene Bewertungen positiv f r Kategorien L rmminderung Praktikabilit t und Akzeptanz indifferent f r Kategorie Luftverkehr und negativ f r Wirtschaft 5 Modal Split Beeinflussung Bewertungen positiv f r Kategorien L rmminderung Luftverkehr und Akzeptanz ne gativ f r Kategorien Praktikabilit t und Wirtschaft 6 Incentives f r Leistungsanbieter Bewertung positiv f r Kategorie L rmminderung indifferent f r alle anderen Katego rien 7 Mediation Bewertung positiv f r Kategorie L rmminderung und Akzeptanz indifferent f r Kate gorien Luftverkehr und Wirtschaft negativ f r Kategorie Praktikabilit t Die negative Bewertung der Praktikabilit t erfolgte haupts chlich wegen der Erfahrungen mit dem Frankfurter Mediationsverfahren in seiner komplizierten und formal vorgegebenen Form Im Verlauf des Vorhabens wurden auch formal weniger strukturierte Verfahren bis hin zum
210. ungen die Flugh fen Fluggesellschaften daf r gew hren dass gezielt bestimmte Fl ge mit leiserem Ger t durchgef hrt werden oder von der Nacht auf den Tag verschoben werden Letzteres setzt jedoch eine entsprechende Kapazit tssituation des Flughafens und des je 7 9 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr weiligen Zielflughafens voraus Anwendungen dieser Ma nahmen sind jedoch mit dem Risi ko von Verst en gegen den wettbewerbsrechtlichen Gleichbehandlungsgrundsatz belastet S 7 2 2 Wie oben angedeutet wurde der Begriff Mediation der urspr nglich nur f r ein mit formal festgelegten Abl ufen und Teilnehmern pr zise vorgegebenes Verfahren verwendet wurde im Projektverlauf auch f r variablere und einfachere Verfahren bis hin zum Runden Tisch verwendet Kernbestandteil blieb dass die Beteiligten ber Informationsaustausch Diskussi on und Verhandlungen im Konsens beschlossene Ergebnisse vereinbaren Dieses Ver st ndnis von Mediation wurde in Stellungnahmen von Flugh fen und Fluggesellschaften im Zeitverlauf an uns herangetragen und wegen verbesserter Praktikabilit t erkennbar st rker als sinnvolles Vorgehen zur Abstimmung und Einf hrung unterschiedlicher Ma nahmen ak zeptiert Eine wichtige Voraussetzung f r den Erfolg solchen Vorgehens ist dass m glichst bereits operationalisierte Zielsetzungen vor Beginn allen zu Beteillgenden bekannt sind und von diesen geteilt werden Un
211. ungen im Jahr und viel Langstreckenverkehr wird der gr te Beitrag dage gen von vierstrahligen Gro flugzeugen verursacht f r die exemplarisch die B747 steht Aber auch hier tr gt die Gruppe der zweistrahligen Flugzeuge in bedeutendem Umfang zur ge samten l rmbelasteten Fl che bei In solch einem Fall sollten demnach L rmminderungs ma nahmen gezielt bei beiden Gruppen ansetzen 7 14 Leiser Flugverkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Wie eine Strategie f r den letzteren Fall grunds tzlich aussehen k nnte und welche Ergeb nisse damit zu erzielen w ren soll abschlie end folgendes Rechenbeispiel zeigen Dazu wurde das eigens f r dieses Projekt entwickelte DLR Analyseprogramm CEAR verwendet das eine schnelle Analyse der Effizienz l armmindernder Ma nahmen erm glicht Das Pro gramm bietet folgende M glichkeiten e Es kann nderungen der Verkehrszusammensetzungen der Betriebszeitenauftei lung und der Bezugszeit z B einen 24 Stunden Tag nur den Tag oder nur die Nacht ber cksichtigen e Es kann generische Flugh fen mit 1 und 2 Bahnsystem unterscheiden Vorgegeben werden k nnen zwei unterschiedliche charakteristische Flugstreckengeometrien e Unabh ngig von der Verkehrszusammensetzung k nnen spezifische Pegelabsen kungen f r einzelne Flugzeugkategorien modelliert werden So k nnen z B die Ein fl sse technischer L rmminderungsma nahmen simuliert werden e F r jeweils zwei Szen
212. ur geringen Schubverlusten verbunden ist der Einsatz von gezackten D sen Im Rahmen des Projektes ergab sich die M glichkeit eine solche D se f r einen Airbus A319 der Lufthansa auszulegen und zu testen Die D se wurde vom DLR ohne vorherige Modellversuche in Zusammenarbeit mit Lufthansa Technik entworfen von Lufthansa Technik in Hamburg gebaut und zur Zulassung eingereicht Das Ergebnis der Umbauten ist in Abbildung 4 2 zu sehen Bei Frequenzen bis zu 1000 Hz wurde im Flugtest eine L rmminderung um bis zu 1 dB ermittelt Das Potential dieser Modifikation liegt bei bis zu 3 dB wenn auch die im Bild weiter rechts sichtbare Nebenstromd se modifiziert wird Abbildung 4 2 Gezackte D se an einem Airbus A319 der Lufthansa Langfristig sind aber nur Ma nahmen sinnvoll die den Strahll rm erheblich st rker reduzie ren n mlich die Erh hung des Nebenstromverh ltnisses Die Arbeiten im Projekt besch ftig ten sich vor allem mit dem dann wichtigsten Problem der Reduktion des Fanl rms Dieser wird von zwei Anteilen dominiert dem Wechselwirkungsl rm zwischen Rotor und Stator und dem allein durch den Rotor erzeugten L rm Der Rotor Stator Wechselwirkungsl rm ist berwiegend eine Folge der turbulenten Nach laufdellen der Rotorschaufeln und wird auch durch das Zahlenverh ltnis von Rotor und Sta torschaufeln beeinflusst das neben weiteren Parametern die innerhalb der Gondel ausbrei tungsf higen akustischen Kanalmoden bestimmt Der W
213. ussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr 7 Verkehrspolitische L rmminderungskonzepte Hauptarbeitspaket 4 Volker Warlitzer E Mail volker warlitzer dlr de DLR Institut f r Verkehrsforschung Verkehrsforschung K ln 7 1 _Forschungsziel Im Hauptarbeitspaket 4 sollten die folgenden Ziele erreicht werden e Erstellung einer Dokumentation und Synopse an deutschen und internationalen Ver kehrsflugh fen bereits angewandter verkehrspolitischer L rmminderungsverfahren e Analyse und Bewertung aller auch theoretisch entwickelter und noch nicht angewand ter Ma nahmengruppen hinsichtlich ihrer Verkehrswirkungen ihres L rmminderungs potentials und ihrer wirtschaftlichen Folgewirkungen Bewertungskriterium ist ein hohes L rmminderungspotential mit m glichst geringen Restriktionen f r die Verkehrs und Wirtschaftsentwicklung e Erstellung eines Ma nahmenkatalogs zur Auswahl verkehrspolitischer L rmminde rungskonzepte f r eine flughafenspezifische Anwendung durch Flugh fen und Gesetz geber e Modellrechnungen zu L rmminderungsstrategien f r einen fiktiven Referenzflughafen Quantifizierung der L rmreduzierungen mit rechnerischen L rmprognoseverfahren AP 5A 7 2 Dokumentation und Synopse in Deutschland und im internationalen Umfeld angewandter Ma nahmen 7 2 1 _ Ma nahmenarten und ihre internationale Verbreitung Die Dokumentation und Synopse der internationalen Verbreitung flughafenspezifischer L rm
214. ussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr L rmminderungskonzepte Eine Analyse des Einsatzes von L rmminderungsma nahmen wie z B l rmbezogenen Lan degeb hren ergab dass derartige Ma nahmen in Deutschland aufgrund der Lage der Flug h fen in dichtbesiedelten Bereichen bezogen auf den weltweiten Durchschnitt vergleichswei se stark eingesetzt werden Es ist allerdings noch weiteres Potential bei optimaler Einset zung vorhanden In weitergehenden Untersuchungen wurden zu pr ferierende Ma nahmen identifiziert Allerdings ist in Zukunft das Problem einer optimierten Fl chennutzungsplanung das nicht im Projektumfang definiert war verst rkt anzugreifen Zur Analyse der Auswirkung von L rmminderungsma nahmen auf die Gesamtl rmbelastung wurde ein Computerprogramm erarbeitet Hier k nnen modellhaft einzelne direkt l rmbezo gene Ma nahmen Typumschichtung oder ausmusterung Wirkung von versch rften Grenzwerten schnell simuliert und ihre Wirkungen abgesch tzt werden Modelle zur Schallausbreitung und L rmprognoseverfahren Rechnerische Verfahren zur L rmprognose bilden die Grundlage f r Zwecke der Landespla nung der L rmschutzgesetzgebung und der Flughafenplanung So kann ohne belastbare Prognoseverfahren die f r zuk nftige Flugbetriebe zu erwartende L rmbelastung nicht ermit telt werden Ein wesentlicher Bestandteil von Prognoseverfahren ist die Modellierung von Schallausbrei tungsvorg ngen Die zur Zeit in der
215. verkehr aD Abschlussbericht zum Projekt Leiser Flugverkehr Dr Dosis Wirkungsbeziehungen zwischen dem Maximalpegel eines Flugger uschs und dem Auftreten von Aufwachreaktionen bestimmt werden Unter Zugrundelegung dieser sehr gro en Datenbasis wurde ein Prognosemodell entwickelt welches f r gegebene akustische Verh ltnisse an einem Flughafen Vorhersagen ber die Wahrscheinlichkeit von flugl rmbedingten Aufwachreaktionen machen kann Die Kombinati on von akustischen Prognosen mit den in der vorliegenden Studie gefundenen Dosis Wirkungs Beziehungen f r elektrophysiologisch nachweisbare Aufwachreaktionen erlaubt es f r jeden Ort in der Umgebung eines Flughafens mit recht hoher Genauigkeit vorherzu sagen wie viel Prozent der Bev lkerung keinmal genau einmal genau zweimal usw zus tz lich durch n chtlichen Flugl rm wahrscheinlich aufwachen Bisher werden ausschlie lich akustische Kriterien z B quivalenter Dauerschallpegel Anzahl von L rmpegeln oberhalb einer Schwelle zur Bewertung der n chtlichen Flugl rmbelastung herangezogen Durch die Ergebnisse der DLR Untersuchungen k nnen zus tzlich Wirkungskriterien z B die Wahr scheinlichkeit f r eine zwei usw Aufwachreaktionen in Abh ngigkeit vom tats chlichen Flugverkehrsaufkommen angegeben werden 3 10 Literatur 3 1 AGARD AG 308 1989 ISBN 92 835 0510 7 Human Performance Assessment Methods 3 2 Basner M Buess H Elmenhorst D Gerlich A Luks N
216. z aus verschiedenen L rmmessungen im DNW LLF st tzen die zum Teil im Rahmen der EU Projekte RAIN und SILENCER durchgef hrt worden waren Dies waren Messungen am 1 7 5 Modell des A320 am 1 10 6 Modell des A340 und am A320 Ori ginalfl gel jeweils in Landekonfiguration Die hierbei und durch erg nzende Quellstudien im AWB am generischen 2D Hochauftriebsmodell gewonnenen Erkenntnisse werden im Fol genden dargestellt Dabei wird zun chst die Rangfolge verschiedener Quellen diskutiert und sodann werden f r die Wichtigste ein vereinfachtes semiempirisches Quellmodell angegeben und Ma nahmen zur L rmminderung aufgezeigt 5 3 2 1 Bewertung von Schallquellen Im Vergleich der Ergebnisse aus L rmmessungen am A320 Ganzmodell und am Originalfl gel im DNW LLF zeigte sich zun chst dass l rmrelevante Einzelheiten in der Originalkonfi guration an Modellen typischerweise nicht reproduziert werden Dies sind vor allem ver schiedene Hohlr ume in berstr mten Oberfl chen und Klappenkanten sowie in die Str mung ragende Konstruktionselemente wie z B Klappenhalter Abb 5 2 F r den A320 kann erwartet werden dass allein nach Beseitigung konstruktionsbedingter Zusatzschallquellen wie e Fl gelausschnitte f r Vorfl gelhalter e Hohlr ume in der Klappenseitenkante e L cher in der Fl geloberfl che und e Vorfl gelhalter und Klappenhaltermechanik der Umstr mungsl rm des Hochauftriebsfl gels um ca 2 dB gemindert werden kann

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