ASA-Forscher haben kürzlich eine Reihe von Flügen durchgeführt, um das Geräusch von Düsentriebwerken aufzuzeichnen. Ziel war es, mit Hilfe dieser Daten vorherzusagen, wie zukünftige Triebwerke, die für den Einsatz in Überschallflugzeugen konzipiert sind, beim Start klingen könnten. Der Learjet Acoustic Flight Test fand auf dem Niagara Falls International Airport in New York statt, wo die beiden Triebwerke eines Learjet 25 der Calspan Corporation aus Buffalo, New York, die Geräusche des Flugzeugs unter verschiedenen Bedingungen aufzeichneten. “Wir haben uns für einen Learjet 25 entschieden, weil seine Triebwerke dem Geräusch ähneln, das ein zukünftiges kommerzielles Überschallflugzeug haben könnte”, sagte Brenda Henderson, die leitende Forscherin der NASA für den Flugtest. Die Erstellung eines Modells, mit dem sich der Lärmpegel zukünftiger Überschallflugzeuge bei Start und Landung vorhersagen lässt, könnte den amerikanischen und internationalen Regulierungsbehörden helfen, fundierte Entscheidungen über die Festlegung von für die Öffentlichkeit akzeptablen Lärmpegelstandards zu treffen. Der Learjet flog insgesamt vier Einsätze, bei denen er 73 Überflüge in etwa 500 Fuß Höhe absolvierte. Es wurden sechs verschiedene Triebwerkszustände untersucht. Gleichzeitig schwebte eine kleine ferngesteuerte Drohne sicher in der Nähe und sammelte Wetterdaten, um die atmosphärischen Bedingungen in der Umgebung des Learjets zu verstehen. Die Drohne und ihre Betreiber sind im Langley Research Center der NASA in Virginia stationiert. “Die Gruppe aus Langley hat uns ihre Ausrüstung geliehen, ihre Fachkenntnisse zur Verfügung gestellt und den Flug zur Erfassung unserer Wetterdaten durchgeführt”, sagte Henderson. “Ihre Beiträge waren der Schlüssel zu unserem Erfolg”.

Überschallflugzeuge, Unterschallgeschwindigkeiten

Bei Starts und Landungen fliegen Überschallflugzeuge mit Unterschall – also langsamer als die Schallgeschwindigkeit. Aber selbst bei diesen Geschwindigkeiten können sich künftige Überschallflugzeuge aufgrund von Konstruktionsunterschieden, einschließlich verschiedener Triebwerkstypen, anders anhören als solche, die für den Unterschallflug konzipiert wurden. Im Gegensatz zu modernen Verkehrsflugzeugen werden die Triebwerke von Überschallflugzeugen voraussichtlich ein niedriges Nebenstromverhältnis haben. Das bedeutet, dass der Treibstoff verbrennende Kern des Triebwerks den größten Teil des Schubs des Flugzeugs erzeugt, anstatt einen großen Fan zur Schuberzeugung anzutreiben. Da Triebwerke dieser Bauart heute in der kommerziellen Luftfahrt nicht üblich sind, gibt es nur wenige Forschungsdaten darüber, wie sie klingen würden. Da jedoch erwartet wird, dass der kommerzielle Überschallflug zurückkehren wird – die Industrie hat ihr Interesse bekundet und die Quesst-Mission der NASA arbeitet daran, einen leisen Überschallflug über Land zu ermöglichen – könnte die Sammlung dieser Daten dazu beitragen, diese Zukunft zu gestalten.

Das Sammeln von Daten

Seit 2019 haben NASA-Forscher maßstabsgetreue Modelle der CJ610-Triebwerke des Learjets in den Testanlagen des Aero-Acoustics Propulsion Laboratory im Glenn Research Center der NASA in Cleveland getestet. Dabei sammelten sie viele Daten über das Geräusch, das die Triebwerke voraussichtlich erzeugen werden. Mit dem Learjet Acoustic Flight Test soll die Genauigkeit der Windkanaltests überprüft werden, so dass die Forscher Verbesserungen und Anpassungen an ihren Datensätzen und Vorhersagemodellen vornehmen können, damit diese der Realität entsprechen. Um das Ziel der Erstellung eines Vorhersagemodells zu erreichen, wurde der Niagara-Test jedoch anders durchgeführt als andere Tests in der Vergangenheit. Während die meisten Fluglärmtests dazu dienen, zu bescheinigen, dass ein Flugzeug leise genug ist, wurde bei diesem Test die relevante Mechanik der Schallquelle selbst unter einer Vielzahl von Bedingungen erfasst. Während die hochmodernen Mikrofone auf einer stillgelegten Start- und Landebahn des Niagara Falls International Airport installiert waren, wurde der Learjet mit zahlreichen Sensoren und Positionierungsgeräten ausgestattet, um die Bedingungen innerhalb der Triebwerke sowie die genaue Position des Flugzeugs im Verhältnis zu den Mikrofonen aufzuzeichnen. “Im Flugzeug verwendeten wir ein hochpräzises GPS-System und Sensoren, die Triebwerkstemperaturen, -drücke und Abgasbedingungen aufzeichneten”, so Henderson. “Alles wurde mit einem Zeitstempel versehen, so dass wir für jeden Moment, in dem das Flugzeug flog, genau wussten, wo es sich befand und wie die Triebwerke betrieben wurden. Nach den Flügen wurden maßstabsgetreue Modelle der Triebwerke des Learjets erneut in den Prüfständen der NASA Glenn getestet – diesmal unter denselben Triebwerks- und Flugbedingungen wie bei den Flugtests. Die Forscher sind dabei, ihre Bodentestdaten zu verifizieren. Mit diesen neuen und verbesserten Informationen werden die Forscher ein Prognosemodell erstellen, das – zusammen mit anderen Forschungsarbeiten – der Regierung, der Industrie und der Wissenschaft dabei helfen kann, eine neue Ära des kommerziellen Überschallflugs einzuläuten.

Quelle: https://www.nasa.gov/feature/nasa-creating-tool-to-predict-supersonic-jet-noise-at-takeoff