K. Kochan, B.V. Patel

In der Luftfahrtindustrie werden derzeit erhebliche Anstrengungen unternommen die Emissionen zu reduzieren. Hierbei stehen vollelektrische und hybridelektrische Flugzeuge mit Wasserstoff als Energieträger besonders im Fokus. Propeller können dabei aufgrund deren Effizienz eine besondere Rolle einnehmen. Nachteilig beim Einsatz von Propellern sind jedoch die hohen tieffrequenten Töne im Kabinenlärmspektrum. Konventionelle passive Lärmminderungsmaßnahmen erreichen bei diesem Lärmproblem jedoch schnell physikalische Grenzen. Aktive Lärmminderungsmaßnahmen (engl. Active Noise Control, ANC) werden daher wieder als interessanter Lösungsansatz betrachtet. Dieser Beitrag im Rahmen des Projektes CATECO (Cabin Acoustics of hearT of ECO-responsibility) beleuchtet die Herausforderungen bei der Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in zukünftige Propellerflugzeuge. Im Fokus steht dabei die Frage, welche Lösungsansätze für deutlich größere Propellerflugzeuge mit bis zu 150 Passagieren verfolgt werden könnten. Zunächst wird daher das Kabinenlärmspektrum sowie die Blattfolgefrequenzen heutiger und zukünftiger Propeller-Flugzeugkonfigurationen diskutiert. Es zeigt sich, dass zukünftig die Blattfolgefrequenzen beim Einsatz offener Rotoren höher liegen oder durch den Einsatz von Elektromotoren im Triebwerk auch variabler werden könnten. Anschließend wird der grundlegende Systemaufbau aktiver Lärmminderungssysteme für die Reduktion von Propellerlärm in der Flugzeugkabine gezeigt. Hierbei wird insbesondere ein Rückblick auf ein kommerziell verfügbares System gegeben. In der darauf folgenden Diskussion wird auf die zum ANC-System gehörenden Aktuatoren und Sensoren eingegangen sowie die Integration von Hard- und Software in zukünftige Kabinenmanagementsysteme skizziert. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf verteilte ANC-Systeme basierend auf dem Edge Computing Ansatz. Hierbei wird die Systemintelligenz weg von einem zentraler Recheneinheit hin zu intelligenten Lautsprechern verschoben. Dadurch wird einem aktuellen Entwicklungstrend im Bereich der Kabinenmanagementsysteme Rechnung getragen, die Modularität erhöht und das Systemgewicht und die Systemkomplexität reduziert. Im letzten Kapitel wird gezeigt, wie ein intelligentes Lautsprechermodul hardware- und softwareseitig realisiert werden könnte. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf die weitern im Forschungsprojekt CATECO geplanten Arbeiten ab.

Significant efforts are currently being made in the aviation industry to reduce emissions. The focus here is particularly on fully electric and hybrid-electric aircraft with hydrogen as an energy source. Propellers can play a special role due to their efficiency. However, the disadvantage of using propellers is the high, low-frequency sounds in the cabin noise spectrum. However, conventional passive noise reduction measures quickly reach physical limits when dealing with this noise problem. Active noise reduction measures (Active Noise Control, ANC) are therefore again viewed as an interesting solution approach. This article as part of the CATECO (Cabin Acoustics of hearT of ECO-responsibility) project highlights the challenges in integrating active noise reduction measures into future propeller aircraft. The focus is on the question of what solutions could be pursued for significantly larger propeller aircraft with up to 150 passengers. First, the cabin noise spectrum and the blade repetition frequencies of current and future propeller aircraft configurations will be discussed. It turns out that in the future the blade repetition frequencies could be higher when using open rotors or could become more variable through the use of electric motors in the engine. The basic system structure of active noise reduction systems for reducing propeller noise in the aircraft cabin is then shown. In particular, a review of a commercially available system is given. In the following discussion, the actuators and sensors belonging to the ANC system will be discussed and the integration of hardware and software into future cabin management systems will be outlined. The focus is particularly on distributed ANC systems based on the edge computing approach. Here, the system intelligence is shifted away from a central processing unit and towards intelligent speakers. This takes into account a current development trend in the area of ??cabin management systems, increases modularity and reduces system weight and system complexity. The last chapter shows how an intelligent loudspeaker module could be implemented on the hardware and software side. The article concludes with an outlook on the further work planned in the CATECO research project.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023101313172689081934

10.25967/610075

Active Noise and Vibration Control, Kabinenlärm in Propellerflugzeugen, Verteilte Systeme, Kabinenmanagementsyste-me, Time Sensitive Networking

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Kochan, K.; Patel, B.V. (2023): Lösungsansätze für die Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in zukünftige Propellerflugzeuge. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/610075. urn:nbn:de:101:1-2023101313172689081934.

13.10.2023