Können Flugzeuge in Zukunft so leise fliegen wie Vögel?. Unsere Frage an die Wissenschaft - die Antwort liefert diesmal Christof Obertscheider, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Master-Studiengang Aerospace Engineering der Fachhochschule Wiener Neustadt.

Erstellt am 19. November 2018 (16:04)
FH Wiener Neustadt
Christof Obertscheider, wissenschaftl. Mitarbeiter im Master-Studiengang Aerospace Engineering, FH Wiener Neustadt
 

Fluglärm führt regelmäßig zu Streitereien zwischen Anrainern und Betreibern von Flughäfen und Flugplätzen. Beim Betrieb eines Flugzeugs entsteht der Großteil des Lärms durch den Antrieb - bei Linienflugzeugen im Triebwerk und bei Kleinflugzeugen durch den Propeller - und durch die Umströmung des Flugzeugs - den sogenannten aerodynamischen Lärm. Immer dann, wenn es zu Verwirbelungen der Luft kommt entstehen Druckwellen, welche wir als Lärm wahrnehmen.

Während des Startens überwiegt der Lärm durch den Antrieb. Luft wird in Rotation versetzt und wir hören das sogenannte Kreissägengeräusch. Weiters entsteht Lärm durch die Verbrennung in der Brennkammer und durch die Schubdüse: Der für das Flugzeug notwendige Schub wird durch das sogenannte Rückstoßprinzip erzeugt.  Der Ausstoß eines bestimmten Massenstromes an Luft bei einer Geschwindigkeit höher als die Fluggeschwindigkeit, erzeugt die notwendige Kraft für die jeweilige Flugphase.

Damit einhergehend ist die Lärmentwicklung aufgrund der Düsenströmung. Beim Starten wird der meiste Schub benötigt, im Reiseflug muss lediglich der Luftwiderstand des Flugkörpers kompensiert werden. In jüngster Zeit wurden spezielle Formen für Schubdüsen entwickelt, die die Lärmentwicklung an dieser Stelle stark reduzieren. Beim Landeanflug hingegen überwiegen Geräusche, die durch die Verwirbelung beim Abbremsen z.B. durch ausgefahrene Klappen oder Fahrwerk, entstehen.

Will man in Zukunft so leise fliegen wie Vögel, muss man sich im Flugzeugbau an der Natur orientieren. Das wird bereits gemacht um den aerodynamischen Lärm, der durch die Umströmung des Flugzeugs entsteht, zu reduzieren. Durch den Anbau sogenannter Winglets an den Flügelspitzen werden dort weniger Turbulenzen verursacht. Andererseits laufen Forschungsprojekte, bei denen z. B. der nahezu lautlose Flug der Eule, der ihr bei der Jagd nach Mäusen einen enormen Vorteil bringt, untersucht wird.

Auch davon erhofft man sich lärmreduzierende Änderungen, z. B. wie Luftströmungen an der Flügelober- und -unterseite hinter dem Flügel sanfter vermischt werden können. Bei den Eulen wird das durch Fransen am Ende der Federn gemacht. Ebenso müsste über alternative Antriebskonzepte nachgedacht werden, um die Lärmentwicklung in den Triebwerkskomponenten wie Verdichter, Brennkammer, Turbine und Schubdüse zu reduzieren bzw. zu eliminieren.

Inzwischen ist es zwar technisch möglich flugfähige Modelle eines Vogels mit Knickflügel oder einer Drohne mit Insektenflügeln herzustellen. Die Silbermöwe wird, was die Flugfähigkeiten betrifft, oft als perfekter Vogel bezeichnet. Typischerweise hat er eine Spannweite von 1,5 Metern und eine Masse von 1kg. Vergleicht man das mit einem kleinen Propellerflugzeug für den Transport von zwei Personen, so hat man ca. 10 Meter Spannweite für den Transport von 200kg.

Insgesamt wiegt so ein Flugzeug sogar 800kg. Man sieht sofort, dass Vögel vergleichsweise sehr leicht sind und deshalb ganz anders fliegen können als Flugzeuge. Unabhängig von der großtechnischen Realisierung wird es in naher Zukunft also keine Flugzeuge geben, welche durch Flügelschlag Auftrieb und Vortrieb erzeugen kann.