Umweltfreundlichere Luftfahrt dank harmonisierter Wechselwirkungen zwischen Antrieb und Zelle
Die Luftfahrt steht zunehmend unter Druck, leisere, sauberere und effizientere Flugzeuge zu entwickeln. Um die ehrgeizigen Ziele im Flightpath 2050(öffnet in neuem Fenster) zur Lärm- und Schadstoffreduktion zu erreichen, sind bahnbrechende Technologien notwendig. Gleichzeitig ist eine völlig neue Art des Reisens in greifbarer Nähe – die urbane Luftmobilität – die auf anpassungsfähigen Flugzeugen beruht, die senkrecht starten und landen können. Eine Gemeinsamkeit dieser fortschrittlichen Designs ist die Komplexität bei den Wechselwirkungen der Antriebssysteme mit dem Flugzeugkörper. In den Systemen muss Leistung mit öffentlicher Akzeptanz abgewogen werden, indem die aerodynamische Effizienz verbessert, Schadstoffemissionen reduziert und der Lärmpegel begrenzt wird. Im EU-finanzierten Projekt ENODISE(öffnet in neuem Fenster) wurden die Wechselwirkungen zwischen Antriebssystem und Flugzeugkörper erforscht. „Wir haben hochmoderne Antriebslösungen erforscht – Grenzschichtabsaugung, verteilte Elektroantriebe und Multirotorsysteme – um Vorteile wie Kraftstoffeinsparungen und weniger Lärm zu erschließen und so zu umweltfreundlicherem und leiserem Flugverkehr beizutragen“, berichtet Christophe Schram, der Projektkoordinator.
Innovationen in Aeroakustik, Windtests und Flugzeugdesign
Auf der technischen Seite hat das Team eine Hi-Fi-Computermethode zur Aeroakustik entwickelt, um die Luftströmungen und den Lärm mit hoher Genauigkeit nachzubilden. Diese Ansätze wurden mit schnelleren, weniger ressourcenintensiven Vorhersageinstrumenten kombiniert, damit Forschende schnell und effizient Designs erstellen können. Im experimentellen Bereich hat das ENODISE-Team die Messlatte für Windkanaltests angehoben, indem zentrale Herausforderungen zur Kontrolle der Luftstromqualität und zur Testautomatisierung bewältigt wurden. Ein wichtiger Erfolg war die Einrichtung und Validierung von 31 Datenbanken, die über das ZENODO-Repository frei zugänglich sind und Forschenden auf der ganzen Welt die Werkzeuge an die Hand geben, ihre Modelle zu validieren. Die ENODISE-Ergebnisse fließen in das Design von hybrid-elektrischen Flugzeugen und Fahrzeugen für die urbane Luftmobilität der nächsten Generation ein, die jeweils auf ein fein abgestimmtes Zusammenspiel von Antrieb und Flugzeugzelle angewiesen sind. Sie enthalten auch wertvolle Erkenntnisse für Aufsichtsbehörden, um Standards für die künftige Luftfahrt auszuarbeiten.
Weniger Lärmbelästigung auf ganzer Linie
Die ENODISE-Ergebnisse zu Aeroakustik sind auch außerhalb der Luftfahrt nützlich. Forschende, die daran arbeiten, ungewollte Geräusche zu minimieren, haben an fortschrittlichen Lösungen zur Geräuschunterdrückung wie Metamaterialien, schallabsorbierenden Auskleidungen, gezackten Rotorblättern und Propellertaktung gearbeitet. „Neben Flugzeugen könnten diese Technologien auch in Technologien für erneuerbare Energie, Autos und Fabriken eingesetzt werden. Mit der Arbeit zur Aerodynamik von Rotorblättern von ENODISE könnten zum Beispiel Windkraftanlagen leiser und effizienter werden, besonders an Orten, an denen Lärm ein Problem ist“, erklärt Schram. Auch Gemeinden in der Nähe von Flughäfen oder künftigen Zentren für urbane Luftmobilität könnten von ENODISE profitieren. Durch leisere Antriebssysteme kommt es zu weniger Lärmbelästigung, und die Lebensqualität der Anwohnerinnen und Anwohner steigt. Aus wirtschaftlicher Sicht ist ENODISE förderlich für die europäische Führungsrolle bei nachhaltigen Technologien für die Luft- und Raumfahrt, sodass europäische Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil auf dem globalen Markt haben. „Mit validierten Datensätzen, frei zugänglichen Werkzeugen und industriellen Leitlinien kann die Lücke zwischen hochmoderner Forschung und realen Anwendungen geschlossen werden, um den Umstieg auf umweltfreundlichere Technologien zu erleichtern und der Luftfahrt zu helfen, die langfristigen Ziele zu erreichen“, so Schram.
Schlüsselbegriffe
ENODISE, Lärm, Flugzeug, Antrieb, Luftfahrt, Schadstoffemissionen, Flugzeugzelle, urbane Luftmobilität
