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Für die Luftfahrt spielen Elektroflugzeuge eine bedeutende Rolle, allerdings steht die Elektrifizierung vor einem größeren Problem. Je energieeffizienter ein Elektroflugzeug ist, desto mehr Lärm produziert es. Doch Forscher aus Schweden könnten die Lösung dieses Problems gefunden haben, um den Weg in eine elektrifizierte Luftfahrt zu ebnen.
Lärmbelästigung für Wohngebiete und Tierwelt
Die Forschung der elektrifizierten Luftfahrt steht vor der Herausforderung größere Reichweiten zu erzielen, daher konzentriert man sich zunächst auf elektrische Propellerflugzeuge für kürzere Strecken. Bisher gelten Propeller, die an Elektromotoren installiert sind, als effizientestes Antriebssystem für Regional- und Inlandsflüge. Allerdings produzieren Propeller ein anderes Problem – nämlich Lärm. Dabei stört die Lärmemission nicht nur die Fluggäste, sondern auch Bewohner von Wohngebieten und die Tierwelt. Da propellerbetriebene Elektroflugzeuge meist in niedrigen Höhen fliegen, ist die Lärmemission zu groß.
Optimierung des Propellerdesigns könnte für Lärmreduktion sorgen
Die Elektrifizierung ist ein wichtiger Schritt für eine emissionsfreie Luftfahrt, doch bisher stand die Forschung vor einem Dilemma. Je effizienter ein Elektroflugzeug war, desto höher war die Lärmemission. Doch es gibt erfreuliche Neuigkeiten, denn die Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden haben eine Methode entwickelt, mit der das Propellerdesign optimiert werden konnte. Somit kann dafür gesorgt werden, dass das Trade-off-Dilemma die Zukunftspläne nicht durchkreuzt. Dies ist ein wichtiger Schritt für den Erfolg einer leisen, effizienten elektrischen Luftfahrt. Hua-Dong Yao, Professor und Forscher in Strömungsdynamik und Meerestechnik an der Chalmers University of Technology, erläutert:
„Wir sehen, dass die Geräuschemissionen umso geringer sind, je mehr Blätter ein Propeller hat. Aber mit weniger Blättern wird der Antrieb effizienter und das Elektroflugzeug kann länger fliegen. In diesem Sinne gibt es einen Kompromiss zwischen Energieeffizienz und Lärm. Dies ist ein Hindernis für Elektroflugzeuge, die sowohl leise als auch effizient sind.“
Geräuschquelle konnte identifiziert und isoliert werden
Das Forschungsteam schaffte es, die Geräuschquelle, die hauptsächlich an den Propellerblätterspitzen entstand, zu erforschen und zu isolieren. Beim sogenannten „Spitzenwirbel“ handelt es sich um eine bisher wenig gut erforschte Geräuschquelle, doch den Forschern gelang es, durch Lärmisolierung seine Rolle bezüglich anderer Lärmquellen der Propeller besser zu verstehen. Mithilfe von Anpassungen der Propellerparameter, z.B. Steigungswinkel, Sehnenlänge und Blätteranzahl, konnte das Design der Propeller optimiert werden.
Die besagte Methode wurde im Rahmen der Studie „Blade-Tip Vortex Noise Mitigation Traded-Off Against Aerodynamic Design for Propellers of Future Electric Aircraft“ in der Fachzeitschrift Aerospace veröffentlicht, damit sie bei der Herstellung künftiger Elektroflugzeuge herangezogen werden kann. Hua-Dong Yao erklärt:
„Moderne Flugzeugpropeller haben normalerweise zwei bis vier Blätter, aber wir haben festgestellt, dass Sie durch die Verwendung von sechs Blättern, […], einen Propeller entwickeln können, der sowohl relativ effizient als auch leise ist. Der Propeller erreicht eine Geräuschreduzierung von bis zu 5-8 dBA mit nur 3,5 Prozent Schubeinbuße im Vergleich zu einem Propeller mit drei Blättern.“
Die Autoren der Studie sind Hua-Dong Yao, Zhongjie Huang, Lars Davidson, Jiqiang Niu und Zheng-Wei Chen. Die Forscher sind an der Chalmers University of Technology, Volvo Cars, der School of Mechanical Engineering, der Southwest Jiaotong University und der Hong Kong Polytechnic University, China, tätig.
Quelle / Weiterlesen
Der Propellervorschub ebnet den Weg für eine leise, effiziente elektrische Luftfahrt | Windkraft-Journal
Bildquelle: © Chalmers University of Technology