Effizienzsteigerung im Flugbetrieb unter Berücksichtigung des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit

Das direkte Bedürfnis der Flughafen-Anwohner nach Schutz vor Fluglärm wird den wirtschaftlichen Interessen sowie dem allgemeinen Bedürfnis nach Mobilität stets gegenüberstehen. Um eine effizientere Planung des Flugbetriebs unter Berücksichtigung der Lärmimmission zu ermöglichen wurden daher zwei Workflows entwickelt. Die Workflows kombinieren die Daten und Software der beteiligten Projektpartner miteinander, wodurch nicht nur die Leistungsfähigkeit der Einzelkomponenten erhöht, sondern auch das gesamte Anwendbarkeitsspektrum gesteigert wurde. Der Workflow zur Immissionsberechnung baut auf detaillierten Flugbahnberechnungen mit den Hersteller-Tools WinPEP (Airbus) und BCOP (Boeing) auf. Solche Flugbahnen werden im Rahmen des Workflows auf die entsprechende Route unter Berücksichtigung einer lateralen Streuung projiziert. Die anschließende Lärmberechnung erfolgt basierend auf DIN 45689, wobei die Zusatzpegel basierend auf dem druckkorrigierten Schub bestimmt werden. Für die Lärmberechnung eines Verkehrsszenarios werden die berechneten Einzelflug-Immissionsgitter entsprechend der Bewegungszahlen superponiert. Optional können auch bestehende AzB/DIN-Datensätze berücksichtigt werden. Der Workflow zur Schallquellenanalyse ermöglicht eine Detektion von störenden Geräuschen bzw. Tönen aus den komprimierten Audiodaten der Lärmmessstellen der Flughäfen. Diese Detektion ist Grundvoraussetzung, um technische Lösungen zu deren Vermeidung zu entwickeln. Die Anwendbarkeit des Workflows und der darin entwickelten Methoden wurde anhand des Problems von Heultönen an einer Gruppe von modernen Triebwerken demonstriert

SFB880 Vehicle Concepts and Comparative Noise Assessment

The Coordinated Research Centre 880 (CRC880) focuses on the development of a new active high-lift system, which enables short take-off and landing, low fuel consumption, and low noise immission. In order to assess the active high-lift system on an aircraft level, several vehicle variants that are equipped with this active high-lift system were developed within the CRC880 over the past 9 years. This article describes the CRC880 vehicle concepts and evaluates their advantages and disadvantages in detail. Furthermore, the noise prediction methodology is described and the noise immission of the vehicle concepts is evaluated on a comparative basis. Results indicate that a propeller-driven short take-off and landing (STOL) aircraft is cost-efficient but has increased noise immission compared to a current aircraft. On the other side, STOL aircraft with turbofan engines located on top and aft of the main wing for fan sound shielding are more expensive but offer significant noise reductions

Immission-Based Noise Reduction within Conceptual Aircraft Design

The noise on the ground not only depends on the aircraft design itself, but also on the observer location and the operating conditions of the aircraft along its flightpath. Therefore, it is inevitable to consider the individual flightpaths of each aircraft concept. This allows to fully assess the noise reduction potential for the community. In order to compute individual low-noise flightpaths for different aircraft concepts, the tool Flightpaths for Noise Analyses (FlipNA) is developed and integrated into an existing noise prediction process. The application of FlipNA focuses on three existing tube-and-wing aircraft. One aircraft is conventional, whereas two aircraft feature an engine position that offers significant fan noise shielding. To also consider different engine types during departure, two other aircraft of the Collaborative Research Center 880 are assessed. Results show that noise reduction is achieved for all three aircraft when individual low-noise flightpaths are used. Along the departure flightpaths, the noise on the ground of the two new aircraft is significantly lower compared to the conventional aircraft. The assessment of different engine types along departure flightpaths shows, that the operating conditions for minimum noise significantly depends on the engine performance and its specific noise characteristics. In summary, the necessity and benefit of considering individual flightpaths and the noise source ranking within the conceptual aircraft design phase is demonstrated. Only then can the full noise reduction potential of individual aircraft be exploited

Towards an Impact-Based Noise Reduction Method for Conceptual Aircraft Design

Aircraft exterior noise is typically reduced by optimizing an isolated aircraft component. The noise emission of this component is optimized with high-fidelity tools or wind tunnel measurements. However, if installed on-board of the aircraft the optimization may not have the desired effect on the total noise impact due to propagation effects or the interaction with other components. Hence, a method is presented, that derives noise reduction requirements for aircraft components based on the total aircraft noise impact. The method is implemented in a parametric aircraft noise prediction tool and applied to a reference aircraft. The aim is to use the noise requirements within conceptual aircraft design to obtain low-noise aircraft in a target-oriented way. Ultimately, this may be a first step towards a noise-to-design process

System Noise Assessment of SFB880 Vehicle Concepts

To fully evaluate the vehicle concepts of the collaborative research center (SFB) 880, it is crucial to include a system noise assessment. Dedicated tools that are suitable for a system noise assessment on a comparative basis within the conceptual aircraft design phase are used. For the selected SFB 880 aircraft, new noise prediction capabilities are required for Coanda flaps, ultra-high bypass ratio engines, and propeller engines. For the Coanda flap, a noise source model does not exist yet. Hence, it is initially estimated with a conventional Fowler flap model. The ultra-high bypass ratio engine is predicted using a well-known parametric source model with a modified underlying database. For the propeller sound, a simplified analytical equation is selected. In addition to the new noise prediction capabilities, individual flightpaths per vehicle are required. These are calculated with a tool that was specifically developed for the use within the conceptual aircraft design phase. The system noise assessment reveals that a significant noise reduction can be achieved through the use of an ultra-high bypass ratio engine. Furthermore, it is shown that propeller driven aircraft lead to increased noise compared to turbofan driven aircraft for departure. Along the simulated approach, however, propeller driven aircraft are quieter than aircraft equipped with turbofan engines. Up to now the noise of the Coanda flap is an estimate, but it is expected that it does not contribute significantly to the overall noise on the ground

Conceptual Design of a Pilot Assistance System for Customised Noise Abatement Departure Procedures

The departure of an aircraft is commonly the flight phase with the highest thrust level in a flight, which leads to considerable noise levels on the ground. The departure procedures are characterised by the thrust reduction altitude, the acceleration altitude, and the control of airspeed and aircraft configuration within each take-off segment. Thrust reduction and acceleration altitudes are typically constant and are not adjusted to particular operational key parameters (e. g., take-off mass, reduced take-off thrust) or weather conditions. However, the parameters differ between individual flights and affect flight performance as well as the noise levels on the ground. This paper presents the conceptual design of a pilot assistance system which aims to reduce the noise on the ground by identifying a custom thrust reduction and acceleration altitude for existing noise abatement departure procedures (NADP-1, NADP-2). The pilot assistance system is based on an aircraft simulation model and a noise simulation and is aimed to be utilised during pre-flight planning. A key part of the noise evaluation is that the local population distribution around the airport is considered. An overview of the ongoing research at the German Aerospace Center is provided. The conceptual design and preliminary results are presented and discussed using an exemplary take-off for three wind conditions

Einfluss von verschiedenen Betriebsparametern auf die Fluglärmimmission in großer Entfernung

In den letzten Jahren sind Bestrebungen im Gange, Tages- bzw. Nachtdauerschallpegel in der Größenordnung von 40 bzw. 30 dB auszuweisen, was insbesondere auch an den von der WHO empfohlenen niedrigen Lärmgrenzwerten liegt. Problematisch hierbei ist, dass der Dauerschallpegel stark durch die Bewegungshäufigkeit beeinflusst wird. An einem Flughafen mit vielen Bewegungen treten diese geringen Dauerschallpegel dementsprechend erst in Bereichen auf, die 40-50 km vom Startrollpunkt entfernt sind. Auf Grund der niedrigen Maximalpegel können jedoch in dieser Entfernung keine automatischen Fluglärmmessstationen mehr betrieben werden, sodass berechnete Pegelwerte nicht mehr validiert werden können und entsprechend unsicher sind. Erschwerend kommt hinzu, dass die lokalen Pegelgradienten in großen Entfernungen sehr klein sind. Daraus folgt, dass bereits eine kleine Änderung im berechneten Pegel zu einer verhältnismäßig großen Änderung der Konturfläche führen kann. Um in Zukunft auch geringe Dauerschallpegel ausweisen zu können, muss die Qualität der Lärmberechnung in großen Entfernungen zum Flughafen erhöht werden. Dazu muss zunächst untersucht werden, welche Betriebsparameter überhaupt einen Einfluss auf die Immissionsberechnung haben. In diesem Beitrag wird daher der Einfluss von verschiedenen Betriebsparametern untersucht. Der Fokus liegt auf den Einfluss der Meteorologie und der lateralen Positionsungenauigkeit. Zusätzlich wird der Einfluss von Startverfahren und der Auslastung untersucht

Vergleich der Fluglärmimmission eines parametrischen und einzelschallquellbasierten Rechenprogramms mit einer Best-Practice-Methode

Eine in Deutschland gebräuchliche Best-Practice-Methode ist die AzB. Diese Methode basiert auf der Gruppierung von akustisch äquivalenten Flugzeugtypen. Durch die Gruppierung lässt sich zwar jeder aktuell verkehrende Flugzeugtyp kategorisieren und damit die Lärmimmission bestimmen, jedoch stehen Detailinformationen, wie der Beitrag einzelner Schallquellen zur Gesamtlärmimmission, nicht zur Verfügung. Daher werden Best-Practice-Methoden vor allem für die Berechnung bzw. Prognose der Lärmimmission von Verkehrsszenarien an Flughäfen verwendet.Im Gegensatz dazu stehen Programme, die auf parametrischen Einzelschallquellmodellen basieren. Diese benötigen detaillierte Eingabedaten, so dass die Lärmimmission nur für Flugzeugtypen berechnet werden kann, für die diese benötigten Parameterinformationen verfügbar sind. Dafür eignen sich diese Programme für detaillierte Einzelfluguntersuchungen. Solche Programme werden insbesondere für den Entwurf neuer Flugzeuge gebraucht.Für die Betrachtung von Flugverkehrsszenarien, welche weit in der Zukunft liegen, müssen neue Flugzeugkonzepte in Flughafenszenarios integriert werden können. Für eine konsistente Lärmbewertung des Flughafenszenarios müssen dazu die neuen Flugzeugkonzepte in einen Best-Practice-Datensatz konvertiert werden. Hierzu muss jedoch zunächst sichergestellt werden, dass die mit beiden Methoden berechnete Lärmimmissionen vergleichbar sind. In dieser Studie werden daher berechnete Lärmimmissionen von beiden Methoden auf definierten Flugprozeduren verglichen. Des Weiteren wird die Frage beantwortet, ob sich aus dem Vergleich Informationen bzgl. der dominierenden Schallquellen an durchflogenen Betriebszuständen ziehen lassen. Parameterinformationen verfügbar sind. Dafür eignen sich diese Programme für detaillierte Einzelfluguntersuchungen. Solche Programme werden insbesondere für den Entwurf neuer Flugzeuge gebraucht. Für die Betrachtung von Flugverkehrsszenarien, welche weit in der Zukunft liegen, müssen neue Flugzeugkonzepte in Flughafenszenarios integriert werden können. Für eine konsistente Lärmbewertung des Flughafenszenarios müssen dazu die neuen Flugzeugkonzepte in einen Best-Practice-Datensatz konvertiert werden. Hierzu muss jedoch zunächst sichergestellt werden, dass die mit beiden Methoden berechnete Lärmimmissionen vergleichbar sind. In dieser Studie werden daher berechnete Lärmimmissionen von beiden Methoden auf definierten Flugprozeduren verglichen. Des Weiteren wird die Frage beantwortet, ob sich aus dem Vergleich Informationen bzgl. der dominierenden Schallquellen an durchflogenen Betriebszuständen ziehen lassen