Poröse Materialien zur Reduzierung von Hinterkantenschall an Flugzeugflügeln

Poröse Materialien zur Reduzierung von Hinterkantenschall an Flugzeugflügeln

Die seit Jahren ansteigende Anzahl von Flügen führt in Wohngebieten in der Nähe von Flughäfen zu einer wachsenden Lärmbelastung. Um die Anwohner zu schützen, wird an der Reduzierung von Fluglärm, vor allem in der Start- und Landephase geforscht. Bei der Landung von Flugzeugen wird ein wesentlicher Teil des Lärms an den umströmten Flügelhinterkanten erzeugt. Der hier verursachte Hinterkantenlärm lässt sich durch den Einsatz strömungsdurchlässiger poröser Hinterkanten reduzieren. Hierfür werden in der vorliegenden Arbeit verschiedene poröse Materialien untersucht und in ihrer Porenstruktur den aeroakustischen Anforderungen angepasst.
Zunächst werden verschieden poröse Materialien strukturell, mechanisch und akustisch charakterisiert. Abschließende Versuche der Materialcharakterisierung sind Messungen poröser Hinterkanten am Modellflügel im akustischen Windkanal des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt – DLR in Braunschweig. Mit Hilfe der Ergebnisse werden Zusammenhänge zwischen der porösen Struktur und den akustischen Effekten an porösen Hinterkanten hergestellt und die Materialien auf ihre Eignung für den Einsatz am Flügel überprüft. Neben einer Auswahl kommerziell verfügbarer poröser Materialien werden außerdem neuartige Superlegierungsmembranen untersucht und weiterentwickelt. Bei der Materialcharakterisierung stellt sich ein poröses Aluminium als besonders geeignet für lärmarme Hinterkanten heraus. Die Ergebnisse zeigen neben einer breitbandigen Schhalldruckpegelreduktion für Frequenzen bis 10kHz allerdings auch, dass durch die porösen Strukturen hochfrequenter Zusatzlärm erzeugt wird. Um diesen Zusatzlärm zu reduzieren, wird die Porenstruktur des porösen Aluminiums über einen Walzprozess angepasst.
Eine Reduzierung des hochfrequenten Zusatzschalls versprechen poröse Hinterkanten mit länglichen, in Strömungsrichtung ausgerichteten Poren. Durch die Umformung des porösen Aluminiums beim Walzen sollen die Poren in Walzrichtung gestreckt und die aeroakustischen Eigenschaften des Materials verbessert werden. Die Ergebnisse der Walzversuche zeigen, dass die offene Porosität des porösen Aluminiums beim Walzen bis zu hohen Umformgraden erhalten bleibt, was eine Voraussetzung für den Einsatz als lärmarme Hinterkanten ist. Neben der durch die Kompression abnehmenden Porosität und Porengröße wird außerdem eine leichte Streckung der Poren in Walzrichtung beobachtet. Die Wirkung dieser veränderten Porenstruktur auf die Schallentstehung an Flügelhinterkanten ist Gegenstand zukünftiger Messungen im akustischen Windkanal.