Wie werden die Geräuschpegel von Strahltriebwerken getestet?

Aug 03, 2023

Empfindliche Sensoren können Geräusche auf den Bruchteil eines Dezibels genau messen.

Tests sind ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung von Flugzeugtriebwerken. Direkt nach dem Bau durchlaufen Strahltriebwerke ein umfassendes Testprogramm. Die Funktionsprüfung eines fertigen Triebwerks erfolgt in drei Phasen: statische Tests (bei laufendem Triebwerk), stationäre Betriebstests und Flugtests. Bei diesen Tests werden alle Motorsysteme, einschließlich Hydraulik, Elektrik und Kühlung, überprüft.

Stationäre Betriebstests werden durchgeführt, wobei der Motor auf einem Ständer montiert ist und mit Betriebsgeschwindigkeit läuft. Diese Tests werden im Allgemeinen in großen Windkanälen durchgeführt, die sich innerhalb oder in der Nähe von Motorenfertigungsanlagen befinden. In dieser Zeit wird der Motor auch auf Geräusche geprüft – ein wichtiger Parameter für die Motorleistung.

Heutige Flugzeuge (und Motoren) sind leiser als je zuvor. Die Luftfahrtindustrie arbeitet an Umweltzielen, die darauf abzielen, den Lärm bis 2050 um über 50 % zu reduzieren. Abgesehen von diesen Bedenken sind leisere Triebwerke auch besser für Passagiere in der Kabine und Anwohner, die in unmittelbarer Nähe von Flughäfen wohnen. Aufgrund der sehr strengen Vorschriften zum Fluglärm messen die Hersteller den Motorlärm während der Tests genau.

Anstatt den Motor in einer kugelförmigen Kammer aufzuhängen, werden reflexionsarme Testzellen verwendet. Eine schalltote Prüfzelle stoppt Reflexionen oder Echos von Schall oder elektromagnetischen Wellen. Diese sind oft auch von der Energie, die aus ihrer Umgebung eindringt, isoliert.

Das bedeutet, dass die Detektoren ausschließlich Direktschall ohne Echos wahrnehmen. Ein in einer solchen Umgebung getestetes Strahltriebwerk simuliert einen tatsächlichen Betriebszustand draußen auf einem freien Feld. Die Prüfzelle verfügt über eine Vielzahl leistungsstarker Belüftungs- und Kühlsysteme.

Kompatible Akustiktüren, Akustikfenster, Keile und andere Geräte sind installiert. Die Prüfzelle umfasst außerdem entsprechende Dynamometer und empfindliche Mikrofone rund um den Motor, um Geräusche zu messen. Diese Mikrofone erkennen Veränderungen im Motorgeräusch bis auf Bruchteile von Dezibel von niedriger bis maximaler Leistung. Auch die Akustik wird aufwändig kontrolliert, um genaue, relevante Daten über die Motorleistung und Vibrationen bei verschiedenen Geschwindigkeiten zu gewinnen.

Die für die Prüfung von Strahltriebwerken verwendeten reflexionsarmen Kammern sind von beträchtlicher Größe und Größe und daher hochentwickelt genug für präzise Messungen. Die von den Instrumenten erhaltenen Daten werden anhand der zulässigen Lärmgrenzwerte analysiert. Die Hersteller halten nicht nur den maximalen Geräuschgrenzwert für Motoren ein, sondern gehen noch darüber hinaus, um die Motorleistung zu steigern. Weniger Lärm führt auch zu einem geringeren ökologischen Fußabdruck, was für die Kunden ein gutes Verkaufsargument darstellt.

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Seitenwinde können quer zur Flugrichtung des Flugzeugs wehen und das Starten und Landen erschweren. Auch extremer Seitenwind kann dazu führen, dass die Lüfterblätter vibrieren und beschädigt werden. Auf dem Triebwerkstestgelände im John C. Stennis Space Center in Mississippi werden simulierte Seitenwinde auf Triebwerke ausgeübt.

Diese Seitenwindsimulation misst die Fähigkeit des Motors, den stärksten Böen standzuhalten. Laut Rolls-Royce

„Der Motoreinlass ist mit etwas ausgestattet, das wie ein riesiger Golfball aussieht, um sicherzustellen, dass Bodenluftturbulenzen das Motorgeräusch nicht beeinträchtigen.“

Eine Motorgeräuschprüfzelle kann weit mehr als nur grobe Frequenzspektren und Dezibel messen. Darüber hinaus können sie Vibrationen und Auslenkungen über mehrere Achsen hinweg messen und so Betriebsbedingungen simulieren.

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Autor – Omar ist ein Luftfahrt-Enthusiast und hat einen Doktortitel. in Luft- und Raumfahrttechnik. Omar verfügt über zahlreiche Jahre Erfahrung in Technik und Forschung und möchte sich auf forschungsbasierte Luftfahrtpraktiken konzentrieren. Neben der Arbeit liebt Omar das Reisen, den Besuch von Luftfahrtstandorten und das Beobachten von Flugzeugen. Sitz in Vancouver, Kanada