Was fliegt uns um die Ohren? Warum Flugzeuge laut sind.#
Foto: FH Joanneum
Der Himmel über Zeltweg gehört in den nächsten Tagen den Fliegern: Die Flugshow Airpower 2016 findet am 2. und 3. September statt. 300.000 ZuseherInnen werden erwartet, noch viel mehr Menschen werden die Flugzeuge vor allem auch hören. Welche technische Erklärung steckt hinter dem Geräusch?
Zwei Dinge sind bei der von außen wahrgenommenen Akustik eines Flugzeugs entscheidend: Die Triebwerke sowie die Umströmung des Flugzeugs und dessen Komponenten.
Triebwerke#
Die Triebwerke erzeugen Schub, jene Kraft, die für den Vortrieb sorgt. Dem entgegen steht der Luftwiderstand. Die Luft muss entweder am Luftfahrtzeug vorbei oder durch das Triebwerk durch. Wie viel Luft das ist und wie schnell das Flugzeug ist ¬– mehr Energieaufwand, höherer Schub –, entscheidet hier über die Lautstärke. Deswegen sind schnelle aber auch große und damit zugleich meistens schwere Flugzeuge auch die lauteren.
Grundsätzlich kann bei Fluggeräten grob zwischen zwei Antriebsarten unterschieden werden. Kolbenmotoren, die ähnlich wie Automobilmotoren funktionieren, geben weniger laute Geräusche von sich. Auch die dazugehörigen Propeller sind akustisch nicht sehr auffallend. Strahltriebwerke haben meist einen hohen Schub und müssen sozusagen viel Luft „durchschaufeln“. Das Triebwerk selbst wandelt kalorische Energie in kinetische und Strömungsenergie um, die teilweise auch im ausgestoßenen Luftstrahl als Schallenergie gebunden ist. Im Strahltriebwerk selbst wird der Schall durch die innere Umströmung von verschiedenen Komponenten erzeugt. Beispielsweise an den Verdichtungsschaufeln oder den Turbinenschaufeln. Aber auch der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer und der Ausstoß des Schubstrahls durch die Schubdüse sind bei einem Flugzeug deutlich zu hören.
Umströmung#
Wie auch im Triebwerk selbst, wird der Schall durch Strömungsfelder erzeugt. Diese ergeben sich aus der Umströmung von aerodynamisch geformten Körpern: Flügel, Leitwerke, Klappen. Aber auch Fahrwerke etc., die nicht besonders aerodynamisch optimiert, aber wichtig für das Flugzeug sind, erzeugen Strömungsfelder. Turbulente Strömungsfelder haben mehr Energie, sind deshalb lauter zu hören, als sogenannte laminare, also anliegende, Strömungen.
Generell sind es aber eher die Triebwerke und nicht so sehr die Umströmungen um das Flugzeug, die einen großen Teil der Geräuschkulisse erzeugen. Zwei Ausnahmen gibt es: Bei Hubschraubern verursacht der Rotor den Hauptteil an Schallemissionen. Und beim Überschallknall ist es auch die Umströmung, die das Geräusch erzeugt. Dieser Knall wird aber bei der Airpower nicht zu hören sein. Grundsätzlich werden Überschallflüge eher über dem offenen Meer und über weitreichend nicht besiedelten Gebieten zu Übungszwecken durchgeführt. Falls das Bundesheer dabei eine Ausnahme macht und in Österreich mit Überschall fliegt, dann wird die Bevölkerung davor benachrichtigt.
Aktuelle Entwicklungen und Forschung#
Die Bedeutung der Aeroakustik hat in der Luftfahrtindustrie und in der Fahrzeugindustrie in den letzten Jahren stark zugenommen. Dieses Forschungsgebiet beschäftigt sich mit der Entstehung und Ausbreitung aerodynamisch erzeugter Geräusche und deren Minderung. Das Ziel von verschiedenen Forschungsprojekten, wie beispielsweise Clean Sky, ist unter anderem, die Triebwerke zu optimieren, damit sie einerseits sauberer und andererseits leiser werden.
