Die abrupte Umwandlung von kinetischer Strömungsenergie in Schall an Tragflächen kann konstruktiv erheblich reduziert werden.
Herr/Daimler und Benz Stiftung
Forschern ist der Hinterkantenschall an Tragflächen ein Dorn im Auge. Sie nutzen jetzt zur Reduktion von Fluglärm den Trick der Eulen, die bei ihrer nächtlichen Jagd nahezu lautlos fliegen können.
In der Regel sorgen die Tragflächen eines Flugzeugs für den notwendigen Auftrieb während der einzelnen Flugphasen. Im „Handbuch der Luftfahrt“ erörtert Springer-Autor Heinrich Mensen den aerodynamischen Lärm, der durch die Umströmung der Luft an den einzelnen Baugruppen insbesondere bei ausgefahrenen Hochauftriebshilfen ergibt (ab Seite 1432): „Studien ergaben, dass der erzeugte Lärm den Klappen und den Vorflügeln in bestimmten Phasen des Landeanflugs zugeordnet werden kann.“
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In ihrer Dissertation „Hinterkantenschall – Minderungskonzepte und Skalierungsgesetze“ hat nun die Ingenieurin und Diplom-Biologin Michaela Herr erstmals dieses fundamentale Problem der Strömungsakustik umfassend bearbeitet: Der sogenannte Hinterkantenschall entsteht, wenn Luftströmung über die Endkanten von Tragflächen abfließt. Anhand umfangreicher experimenteller Studien im Aeroakustischen Windkanal Braunschweig des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR) gelang es Herr, die komplexen Entstehungsmechanismen des Hinterkantenschalls zu analysieren und zugleich allgemeingültige Kriterien für die künftige Gestaltung geräuscharmer Tragflächen zu formulieren. Dafür wurde sie Anfang Juli von der Daimler und Benz Stiftung mit dem Bertha Benz-Preis ausgezeichnet.
Hinterkantenschall um bis zu zehn Dezibel reduziert
Hilfreich erwies sich für ihre Forschungsarbeit, dass die Ingenieurin zugleich Diplom-Biologin ist, denn in der Natur gibt es eine interessante Analogie: „Nachtjagende Eulen fliegen nahezu lautlos. Sie weisen im hinteren Bereich ihrer Handschwingen strömungsdurchlässige Fransen auf. Sie nutzen dieses nun erstmals systematisch skalierte und experimentell überprüfte Prinzip sehr effektiv“, erläutert Herr. Mit ihrer wissenschaftlichen Arbeit, so die Jury, legt sie eine weltweit einmalige Datenbasis vor. „Es gelang uns, durch Anbringung von strömungsdurchlässigen porösen Strukturen die Tragflächenabströmkanten so zu verändern, dass der Hinterkantenschall um bis zu 10 dB, also um bis zu 90 %, vermindert wurde. In Bezug auf die auditive Wahrnehmung des Menschen bedeutet dies immerhin noch eine empfundene Halbierung des Geräuschs!“
Rezept gegen Geräuschentstehung auch an Windkaftanlagen
Da in den letzten Jahren insbesondere die Triebwerke großer Düsenjets deutlich leiser wurden, kann nun die Verminderung der Tragflächengeräusche in den Fokus neuer Lärmminderungskonzepte rücken. Die Forschungsarbeit von Michaela Herr ist darüber hinaus von Bedeutung: Auch an Windkraftanlagen, Lüftern im Auto oder im Computer entsteht Hinterkantenschall. Auch hier könnten die Kanten von Rotorblättern und Lüfterflügeln künftig so modifiziert werden, dass sie deutlich weniger Geräusche erzeugen.