Noise & Emission

Als Teil der vernetzten Transportsektoren emittiert die Luftfahrt auf globaler und lokaler Ebene kontinuierlich, zusammen mit dem Land- und Seeverkehr, eine Vielzahl an Belastungen für den Menschen und die Umwelt. Jedoch sieht sich in diesem Transportgespann lediglich die Luftfahrt mit profunden gesellschaftlichen Kritiken konfrontiert. Das geht vorrangig auf individuellen Präferenzen und Beobachtung der Transportsektoren zurück. Dabei sollten alle Verkehrsträger diesem sozialen Druck im Bezug auf Emissionen ausgesetzt sein. Um das Bewusstsein für die Veränderungen der Umwelt zu stärken, untersucht das Fachgebiet für Flugführung und Luftverkehr den anthropogenen Effekt des Betriebs von unbemannten und bemannten Luftfahrzeugen. Diese sind durch ein multivariates Vorgehen durch Modellierung, Flugtests und Validierung in Verbindung mit regulatorischen, operationellen, multidisziplinären Einflüssen begründet. Die Forschung ist durch die jahrzehntelange Erfahrung des Fachgebietes im Bereich der Produktion, dem Betrieb und der Wartung von unbemannten und bemannten Luftfahrzeugen motiviert.

Mit dem prognostizierten, starken Anstieg des Verkehrsvolumens von Unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) geht speziell für die städtische Bevölkerung mit einer Erweiterung der Lärmquellenanzahl einher. Die Geräuschzusammensetzung und -wirkung vor allem von rotary-wing UAVs ist bis dato nicht hinreichend erforscht und unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht in ihrer Charakteristik von bekannten Lärmquellen wie Flugzeug- oder Helikopterlärm. Die spezielle Geräuschcharakteristik wird von bisher verwendeten Geräuschmetriken zur Bewertung von Fluglärm nur unzureichend erfasst. Somit sind die gängigen Lärmzertifzierungsverfahren - z.B. nach ICAO Annex 16 - nur bedingt auf den UAV-Lärm anwendbar.

Neben der erwähnten Zunahme an Lärmquellen, wird insbesondere auch der wahrgenommene Störfaktor durch Lärm, welcher beispielsweise bereits in Studien der NASA belegt wurde, betrachtet. Das Fachgebiet forscht daher daran die gängigen Geräuschmetriken anzupassen und diese möglicherweise für zukünftige Lärmzertizierungsverfahren verwenden zu können. Hierfür wird vor allem die weitere Untersuchung der psychoakustischen Größen (Schärfe, Schwankungsstärke etc.) von Bedeutung sein, mit deren Hilfe man darauf abzielt die Lästigkeit ausgehend von Drohnen in einer Metrik skalierbar zu machen. Diese Vorgehensweise ist durch eine Kooperation mit dem Umweltbundesamt (UBA), bspw. in Form einer integrierten Masterarbeit einer studentischen Hilfskraft, manifestiert. Hierfür wird eine umfassende Studie auf dem Gebiet der Lärmmodellierung und Verifizierung in UAV-Flugversuchen durchgeführt. Das Ziel dieser Zusammenarbeit ist es die Geräuschzusammensetzungen und Schallausbreitung von UAVs (rotary-wing) weiter zu erforschen, um kollaborativ initiale Empfehlungen für eine zukünftige Lärmzertizierung abzuleiten sowie erste Lärmmodelle zu erstellen.

Die von bemannten, fixed-wing Luftfahrzeugen ausgestoßenen Schadstoffe werden im Teilprojekt Joint Key Emission Specification (JKES) betrachtet. Mit Hilfe eines generischen Modelles werden hierbei sowohl engine- als auch airframe-basierte Emissionen modelliert, um einen ökologischen "Gesamtfußabdruck" pro Flugereignis zu erzeugen. Auf dem Rahmenwerk von BADA aufbauend wurden neben anderen bereits wissenschaftlich akzeptierten auch individuelle Modelle implementiert, u.a. ein 4D-Athmosphärenmodell, ein Gravitationsmodell und eine Klappen- und Fahrwerksprozedur, um ein reales Abbild des Flugzeuges und dessen gas- und partikelförmigen Emissionen zu erzeugen. Submodelle wie die Klappen- und Fahrwerksprozedur wurde bspw. typenspezifisch in Kooperation mit Airline-Piloten verifiziert. Somit bietet das Modell einen Bottom-Up-Ansatz zur Evaluation des ökologischen Fußabdrucks von Flugereignissen.

Im Bereich der bemannten Luftfahrt wird die Lärmsignatur in den relevanten Phasen (Bodenbetrieb, Climb, Descent, Landung) pro Flugereignis evaluierbar gemacht. Dem wird die bereits umfassend definierte Base of Aircraft Data (BADA) der EUROCONTROL zu Grunde gelegt. Aufbauend sind regulatorische Anforderungen, bspw. durch das ECAC Doc. 29 und den ICAO Annex 16, operationelle Prozeduren und Limitationen sowie weitere Submodelle integriert. Erste Ergebnisse wurden fur den Airbus A330-300 mit einer Simulatorvalidierung erzielt. Folglich wird das Modell verfeinert und auf Realflugdaten (Bodenbetrieb, Climb) einer am Berliner Flughafen Tegel (EDDT/TXL) betriebenen A320-Familie angewendet.

Unter der Führung von Prof. Dr. ir. Uijt de Haag ist die Evaluation von Lärm- und Schadstoffemissionen von bemannten und unbemannten Flugereignissen durch zwei Doktoranden (Christoph Strümpfel M.Sc., Eric Schuster, M.Sc.) und eine studentische Hilfskraft betreut. Auf dieser Webseite werden Ergebnisse und Projektstatus verfügbar gemacht. Zudem sind eine Vielzahl von Abschlussarbeiten innerhalb dieses Forschungs-Clusters verfasst worden. Wenden Sie sich gern mit Fragen zum Thema Lärmbelastung an Herrn Christoph Strümpfel und mit Bezug auf Schadstoffemissionen an Eric Schuster.