Titel Luftfahrt
Modell-Triebwerk mit gegenläufigen Propellern - © DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Hamburger Forscher arbeiten an leisen Airlinern

Flugzeugbauer der HAW, Airbus und anderer Forschungseinrichtungen arbeiten zusammen am Forschungsprojekt „COCLEA“

Leiser, sparsamer, bequemer – so lassen sich wesentliche Treiber in der Entwicklung moderner Verkehrsflugzeuge beschreiben. Dabei setzen die Konstrukteure nicht nur auf neue und leichtere Materialien wie Kohlefaser-Verbundwerkstoffe oder Keramiken. Sie untersuchen auch bisher kaum genutzte Antriebskonzepte und ihre Auswirkungen auf den akustischen Komfort der Passagiere. Eines dieser Konzepte ist das Triebwerk mit gegenläufigen Propellern, das bisher überwiegend in der Militärluftfahrt genutzt wird. Bei diesem Antrieb bringt eine Propellerturbine zwei Propeller in Bewegung, die hintereinander sitzen, aber gegeneinander drehen.

Dieses Arrangement ist leistungsstärker und wirtschaftlicher als ein herkömmliches Propellertriebwerk. Es verbraucht rund 30 Prozent weniger Kerosin als ein herkömmliches Düsentriebwerk. In Zeiten ehrgeiziger Klimaschutzziele wären gegenläufige Propellerantriebe also fast ideal. Die EU fördert diese Antriebe unter der Bezeichnung „CROR“ oder „Counter-Rotative Open Rotor“. Bisher waren sie jedoch für die zivile Luftfahrt wegen ihres hohen Lärmpegels nicht interessant.

Forschungsprojekt „COCLEA“

Aber der Kostendruck durch Klimaschutz und steigende Kerosinpreise lässt die Verantwortlichen umdenken. Nun suchen Flugzeugbauer nach Wegen, kleine und mittlere Verkehrsflugzeuge mit gegenläufigen Propellern anstelle der Düsentriebwerke auszurüsten. So beschäftigt sich das Forschungsprojekt „COCLEA“ (Comfortable Cabin for Low Emission Aircraft oder Bequeme Kabine für Niedrigemissions-Flugzeuge) mit Lösungen, die besonders den tieffrequenten Propellerlärm abhalten sollen. Dabei arbeiten Wissenschaftler der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Hamburg zusammen mit Experten von Airbus, der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH), Airbus Group Innovations, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP. „COCLEA“ startete bereits im Januar 2012 und läuft noch bis September diesen Jahres. Erste Konzepte sind bereits fertig.

Eines dieser Konzepte sieht einen leichtgewichtigen Schutzschild vor. Er soll außen am Flugzeug neben den Propellern montiert werden, wobei die Triebwerke in diesem Entwurf in Gondeln links und rechts des Rumpfhecks installiert sind. Der Schutzschild könnte einen Großteil des Propellerlärms reflektieren. Ein weiteres Konzept will die Verbindungen zwischen den Rumpfsektionen anders konstruieren. Sie sollen so ausgelegt sein, dass sie weniger Propellerschall als bisher durch den Rumpf weiterleiten.

Sowjetischer Airliner Tupolew Tu-114 als Vorreiter

Propellerschall weist anders als die Geräusche eines Düsentriebwerks besonders laute Tonanteile im sehr niedrigen Frequenzbereich 100 und 200 Hertz auf. Dieser Schall kann leicht in die Passagierkabine übertragen werden. Das ist auch der Grund, warum gegenläufige Propeller bis heute in der Zivilluftfahrt so gut wie nicht eingesetzt werden. Die einzige Ausnahme ist der sowjetische Airliner Tupolew Tu-114, der zwischen 1961 und 1977 für die Aeroflot im Liniendienst flog. Das Flugzeug erreichte fast so hohe Geschwindigkeiten wie zeitgenössische Zivil-Jets. Es hatte eine größere Reichweite und verbrauchte dabei weniger Sprit als ein Düsenflugzeug.

Das Flugzeug galt als zuverlässig, war aber auch wegen der gegenläufigen Propeller für seinen hohen Lärmpegel bekannt. Die Tu-114 entstand in den späten fünfziger Jahren aus dem Langstreckenbomber Tu-95. Von dem übernahmen die Konstrukteure Triebwerke, Tragflächen, Leitwerk und Fahrwerk, entwarfen aber einen neuen Rumpf mit Druckkabine für 170 bis 220 Passagiere. Aus sowjetischer Sicht durchaus wirtschaftlich, wurde die Tu-114 in den siebziger Jahren durch leistungsfähigere Düsenflugzeuge abgelöst.

Weil sich Leichtbau und Verbundwerkstoffe im Flugzeugbau mehr und mehr durchsetzen, stellt sich auch das Problem der Schalldämpfung in der Kabine neu. Die traditionelle Bauweise aus Aluminium und anderen Leichtmetallen führt zu einem Flugzeug, das im Vergleich schwerer ist. Aber die höhere Masse lässt die Konstruktion weniger schwingen. Also ist die ganze Konstruktion leiser. Baut man nun leichter, führt das zu Konstruktionen, die stärker schwingen und damit auch besser Schall übertragen.

Ökonomisches und ökologisches Fliegen

Für die Passagiere lässt sich mehr akustischer Komfort nur durch eine Kombination verschiedener Konzepte erreichen. Zumal die wenigsten Fluggäste einen Airliner benutzen würden, der zwar billiger fliegt, aber eine lautere Kabine hat. „Neue Flugzeuge müssen viele attraktive Eigenschaften, insbesondere auch hinreichend niedrige Kabinenlärmpegel aufweisen, wenn sie weltweit eine hohe Nachfrage generieren sollen. Neue Antriebstechnologien für ökonomisches und ökologisches Fliegen werden sich nur mit einer akzeptablen Kabinenakustik am Markt durchsetzen“, sagt Professor Dr. Ing. Wolfgang Gleine, der „COCLEA“ leitet. Gegenläufige Propellerantriebe werden sich also nur durchsetzen, wenn es den Flugzeugbauern gelingt, das mit ihnen verbundene Lärmproblem zu lösen.
fl/ca

Quellen und weitere Informationen:
www.haw-hamburg.de
www.cleansky.eu

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