GTF: Fluglärm schon im Triebwerk vermindern

Die neue Technologie im Getriebefan-Triebwerk (GTF) PurePower® PW1000G senkt nicht nur den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen um je 16 Prozent, sondern verringert auch den Lärmteppich um 75 Prozent. Es gilt daher als Antriebskonzept der Zukunft – aber die Forschung geht auch schon weiter: Vor kurzem wurde das Projekt “LeiLa – Der leise Luftfahrtantrieb” erfolgreich abgeschlossen. Im dem Verbund haben Branchengrößen mit Partnern aus Forschung und Lehre innovative Lösungen entwickelt, die bereits in die nächste Triebwerksgeneration einfließen sollen – darunter der Getriebefan der zweiten Generation.

Geforscht wurde seit dem LeiLa-Projektstart im Jahr 2012 in verschiedene Richtungen aber wieder in bewährter Besetzung: Partner waren Airbus, die MTU Aero Engines, Rolls-Royce und das DLR sowie weitere Forschungsinstitutionen. “Oberstes Ziel des Forschungsverbundes war es, den Triebwerkslärm von Fan, Brennkammer und Turbine effektiv mit realisierbaren Technologien bei den lärmrelevanten Flugsituationen Start, Reiseflug und Landung zu mindern”, erklärt Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung bei der MTU.

Lärmentstehung verstehen

Im Speziellen ging es um die Erweiterung und Optimierung bereits entwickelter Analyseverfahren zur besseren Berechnung der Schallentstehung und -ausbreitung, effiziente Lärmminderung von Fan, Turbine und Brennkammer – unter anderem mit neuartigen Schallabsorbern und einer optimierten Turbinenbeschaufelung sowie die Schallquellenermittlung in geschlossenen Prüfständen. Auch geht es im Projekt LeiLa um Verfahren zur punktuellen Einblasung von Druckluft zwischen Rotor und Stator.

Die MTU Aero Engines konzentrierte sich auf ihre Paradekomponente – die Niederdruckturbine (NDT). MTU-Projektleiter Dr. Dominik Broszat, Fachverantwortlicher Aeroakustik: “Das von uns geleitete Teilprojekt hat sich mit der Erweiterung der numerischen akustischen Tools zur Vorhersage aktueller und zukünftiger schnelllaufender Niederdruckturbinen-Konfigurationen beschäftigt. Hier haben wir eng mit dem DLR-Institut für Antriebstechnik kooperiert. Zudem haben wir eine lärmarme Turbinenbeschaufelung entwickelt und erprobt.” Eine repräsentative NDT-Stufe wurde akustisch und aerodynamisch optimal ausgelegt und zusammen mit der TU Graz an einem Kaltluft-Turbinen-Rig experimentell untersucht. Die Ergebnisse haben eine sehr gute Datenqualität gezeigt und eignen sich damit hervorragend für die Validierung der im Rahmen dieser und anderer Forschungsvorhaben entwickelten Simulationsverfahren.

Broszat ist zufrieden: “Von der lärmarmen Beschaufelung versprechen wir uns eine mögliche Reduktion des Turbinenlärms um drei Dezibel.” Mit den weiterentwickelten Simulationsverfahren kann der Turbinenlärm jetzt nicht nur präziser vorhergesagt, sondern auch für die schnelllaufende Niederdruckturbine als spezielle Anwendung belastbar ermittelt werden. Weber: “Eine sichere Bewertungs- und Auslegungsfähigkeit ist eine notwendige Voraussetzung, um die anspruchsvollen Modul- und Systemziele hinsichtlich Wirkungsgrad, Gewicht und Kosten zu erreichen. Gleichzeitig gilt es, die zunehmend strengeren Anforderungen an die Lärmemission zukünftiger Triebwerke zu erfüllen.”

Industrielle Vorteile

Die neuen Verfahren haben einen weiteren Vorteil: Sie verkürzen die akustische Auslegung und Bewertung erheblich und beschleunigen den industriellen Prozess. Die neuen Verfahren sind bei der MTU bereits im Einsatz und werden für die Auslegung neuer lärmarmer Niederdruckturbinen für die nächste Triebwerksgeneration genutzt. Im Fokus stehen der Getriebefan der zweiten Generation für die Nachfolgermodelle der heutigen Mittelstreckenflugzeuge, mit deren Serieneinführung ab Ende des nächsten Jahrzehnts gerechnet wird. Ebenfalls vorstellen kann man sich eine Anwendung bei Business-Jets.

“Mit den entwickelten Technologien stärken wir unsere Position als führender Partner für die Entwicklung lärmarmer Turbinen und werden einmal mehr unserem Ruf gerecht, einer der weltbesten Turbinenbauer zu sein. Damit sichern wir nicht nur Hightech-Arbeitsplätze am Standort Deutschland, sondern stärken auch die Systemkompetenz der deutschen Luftfahrtbranche im globalen Wettbewerb”, resümiert Dr. Jörg Henne, Leiter Entwicklung und Technologie bei der MTU. Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo), das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wird, und seit Jahren Technologieprojekte zur Minderung von Triebwerkslärm unterstützt.

Auch beim DLR ist man mit den Ergebnissen hochzufrieden. Prof. Dr. Lars Enghardt, Leiter der Abteilung Triebwerksakustik des DLR-Instituts für Antriebstechnik: “Wir freuen uns, dass wir im Rahmen von LeiLa eng mit unseren Partnern aus der Industrie zusammenarbeiten konnten. Dank des aktuellen Luftfahrtforschungsprogramms fliegen aktuelle Verkehrsflugzeuge bereits deutlich leiser. Wir arbeiten daran, diesen Trend weiterhin erfolgreich fortzuführen.” Das DLR hat dabei nicht nur numerische Verfahren zur Lärmvorhersage weiterentwickelt, sondern auch umfangreiche experimentelle Erprobungen durchgeführt, unter anderem für ein multisegmentales Linerkonzept.

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