E-uçaklar kendiliğinden sessiz değildir, ancak çok fazla potansiyel sunarlar.
Olaf Brodersen evden çıktığında genellikle dışarısı hala karanlıktır. Defter koltuğunun altında, çevik bir hareketle arabasına atlıyor ve termos kupa içecek bölmesinde kayboluyor. Brodersen küçük bir düğmeye basıyor ve zar zor duyulabilen bir uğultu ile araba otoparktan sokağa çıkıyor.
Onu elektrikli model uçaklarla ve daha sonra gençliğinde bir elektrikli araba ile flört etmeye iten bu ağırlıksız ve gürültüsüz süzülme hissiydi. Ancak Olaf Brodersen bir bilim adamıdır. Sürüş deneyimi ve iklim tartışması, geleceğin hareketliliğini tasavvur etmesi için yeterli değil; araştırma sonuçları ve gerçekler onun için önemlidir. Brodersen, Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nde (DLR) çalışıyor. Gürültü deyince kendimizi kandırmamıza gerek yok diyor. “Yolda, havada veya raylarda olsun, bir elektrikli tahrik tek başına bir aracı tamamen sessiz yapmaz.” Bir araştırmacı olarak bunu hemen gösterir ve arabasını otoyola sürer. Yaklaşık 60 km/s’lik bir hızdan itibaren, e-araba diğer tüm otomobiller kadar gürültülü, çünkü artık lastik gürültüsü hakim; Ve bu böyle devam eder, çünkü – geleneksel araçlarda olduğu gibi – saatte 100 kilometrenin üzerinde bir hızla çevredeki hava dış gürültüyü üretir.
Ofise gelen Brodersen, bilgisayarını başlatır. “Bir uçak,” diye söze başlıyor, “elbette bir arabadan çok daha hızlıdır.” Fütüristik uçak konfigürasyonları ekranda belirir. “Kirlilik içermeyen, iklim nötr ve sessizce uçmak, bu nedenle havacılık için karayolu trafiğinden çok daha büyük bir zorluktur.” DLR Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsündeki bilim adamlarının her gün karşılaştığı bir zorluk. Ayrıca birkaç yıldır elektrikli uçak konseptlerini araştırıyorlar. Geleceğin elektrikli uçağı nasıl görünebilir? Kirlilik olmadan, sessizce, güvenli ve verimli bir şekilde uçmak için nasıl tasarlanmalıdır? Brodersen, “Belirli uçak boyutları için elektrikli uçuş potansiyeli olabilir ve DLR’de bunun için çok sayıda yeni teknoloji geliştiriliyor” diyor. Sadece performansları açısından değil, uçak gürültüsü söz konusu olduğunda da toplumun beklentileri yüksektir. Ancak uçuş sırasındaki gürültü gelişimi esas olarak aerodinamik ise, gürültü hakkında nasıl bir şey yapılabilir?
Daha az gürültü için yavaş dönen fan kanatları ve dar kanatlar
Brodersen’in meslektaşı Profesör Jan Delfs burada devreye giriyor. Enstitüde Teknik Akustik Bölümünün başkanlığını yapmaktadır. “Ses üç ana noktadan gelir” diye açıklıyor. “Bir yandan pervaneler veya çelik motorlarla uçuş tahrikinde, diğer yandan uçak gövdesi etrafındaki akışta ve son olarak tahrik ve uçak gövdesinin aerodinamik etkileşiminde. Delfs’e göre “gürültü azaltma potansiyeli”, “bu nedenle esas olarak tasarımdadır”. genellikle dar, uzun ve hafiftir. Genellikle birkaç dağıtılmış sürücüye sahiptirler. Bu, ağırlık ve kontrol açısından faydalıdır. Ancak çok sayıda rotor gürültülü olabilir. Öte yandan, birçok küçük pervane, iki büyük pervaneden farklı bir ses üretir. Delfs, Brodersen’e danışır. Akustik uzmanı, “Pek çok yeni konsept üzerinde çalışıyoruz. Uçaktaki motorların kökten farklı yerleşimi, yalnızca radyasyonu yere doğru korumakla kalmaz, aynı zamanda daha büyük çaplı daha sessiz motorların entegrasyonunu da kolaylaştırır” diye açıklıyor akustik uzmanı.
Belirleyici faktör, havaalanlarının yakınında kalkış ve iniş sırasında ortaya çıkan uçak gürültüsüdür. On kilometre yükseklikte artık yerdeki kimseyi rahatsız etmiyor. Kalkış sırasında, motor tam yükte çalışırken en fazla gürültüyü çıkarır. İniş sırasında, bir uçağı gürültülü yapan kanatlardaki, iniş kanatlarındaki, gövdedeki ve iniş takımlarındaki hava akışıdır.
Sadece birkaç tıklama ile Jan Delfs bir görüntülü arama başlatır ve ekranda Berlin’den bir meslektaşı belirir: DLR Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nden Prof. Lars Enghardt kamerayı iyi bir ruh halinde karşılar. Tahrik gürültüsü araştırmacısı, Braunschweig’deki meslektaşlarıyla düzenli olarak yapılacak görüşmeyi sabırsızlıkla bekliyor ve şunu doğruluyor: Uçak gürültüsünü saf elektrifikasyon yoluyla azaltmak için çok az şey yapılabilir – yani mevcut motorlardaki yanma bileşenlerini radikal bir şekilde elektrik motorlarıyla değiştirmeye yönelik düşünce deneyi, çünkü: Modern turbofan motorlarının itişinin büyük bir kısmı, yani yüzde 90’ı, büyük fan tarafından, doğrudan girişte önde yer alan kasalı pervane tarafından üretilir. Nispeten yavaş olan itme jeti, yanma olmadan kaybolacak olan ancak şu anda tahrik gücünün yalnızca yüzde 10’undan sorumlu olan sıcak çekirdekli jeti çevreliyor. Sonuç olarak, mevcut motorların gürültü kaynakları, özellikle kalkış sırasında ve ayrıca iniş sırasında, tamamen elektrikli tahriklerde bir itme jeneratörü olarak da kalacak olan fan tarafından karakterize edilir. “Ne yazık ki, o kadar kolay değil!” Lars Enghardt, iki meslektaşın düşüncelerini onaylıyor. O da hem gövde tasarımının hem de tahrik ünitelerinin kurulumunun radikal bir şekilde yeniden düşünülmesinde yarının hava trafiği için büyük bir fırsat görüyor.
İniş için, özellikle yüksek kaldırma cihazları ve iniş takımları ve bunların düzeni, olumsuz aerodinamik etkilerden kaçınmak için farklı şekilde tasarlanmalıdır. Jan Delfs ve Olaf Brodersen, “Elektrikle çalışan uçaklarla, uçaktaki motorların düzeni ve dağılımı tamamen yeniden düşünülebilir. Tüm uçak tasarımı, birçok küçük ve dağıtılmış elektrikli sürücüyle bağlantılı olarak çok daha özgürce yapılabilir,” diye açıklıyor Jan Delfs ve Olaf Brodersen. Ve bu, Lars Enghardt, Braunschweig bilim adamlarının açıklamalarını doğruluyor, “birçok ünite arasında yeni tip gürültü engellemenin kullanılmasına ve daha da büyük, destekleyici tahrik ünitelerinin becerikli entegrasyonuna bir alternatif olarak – veya bununla birlikte – yol açabilir. daha yavaş dönen fan kanatlarıyla önemli ölçüde daha az gürültü sağlar.”
Akustikte bir dolambaçlı yol
Uçak gürültüsü, Almanya’daki trafik gürültüsünün iki numaralı kaynağıdır – Federal Çevre Ajansı tarafından yapılan bir ankete göre, buradaki insanların yüzde 40’ından fazlası son yıllarda uçaklardan kaynaklanan gürültü emisyonlarından rahatsız olmuştur. Ancak bilindiği üzere gürültü sadece fiziksel bir nicelik değil, aynı zamanda her zaman bir algı sorunudur. Ya da yazar Kurt Tucholsky’nin dediği gibi: “Kendi köpeğiniz ses çıkarmaz, sadece havlar.”
Ses, daha doğrusu ses basıncı, bir seviye olarak tanımlanır, logaritmik bir ölçekte ölçülür ve desibel (dB) birimleriyle ifade edilir. İşitme eşiğimiz 0 dB’dir. Ancak evdeki buzdolabı yaklaşık 40 dB’de neredeyse hiç fark edilmezken, geceleri damlayan bir musluk sadece 20 dB’de çok rahatsız edici bir gürültü kaynağı olabilir. Örneğin, üzerinden bir uçak geçerken ses seviyesi ölçer, bir tren geçerken aynı değeri gösterebilir ve yine de birçok “dinleyici” gürültüyü farklı şekilde değerlendirecektir; sadece burada “gürültü” terimi ve onun rahatsızlığından bahsediliyor. Alman havaalanlarında, sürekli gürültü seviyesi olarak adlandırılan, yani daha uzun bir süre boyunca ortalama gürültüye maruz kalma seviyesi kaydedilir. Logaritmik ölçek nedeniyle, 10 dB’lik bir azalma, ses gücünün onda biri anlamına gelir. Yarıya indirme, 3 dB’lik bir azalmaya karşılık gelir.
Uçak gürültüsüne karşı korunmak için, Dünya Sağlık Örgütü ve Federal Çevre Ajansı, 24 saat boyunca sürekli olarak 45 dB’lik bir gürültü seviyesinin korunmasını tavsiye etmektedir. Ve AB Komisyonu da “Flightpath 2050”de kendisine büyük bir hedef belirledi: uçak gürültüsü 2050 yılına kadar yüzde 65 oranında azaltılacak.
Jan Delfs, “Bütün bunlarda, son on yıllarda birçok teknik ilerlemenin kaydedildiğini ve günümüz uçaklarının çoğunun geçerli gürültü sınırlarının çok altında olduğunu unutmamak gerekir” diye açıklıyor. “Sonuçta, en yeni nesil uçaklar, 60 yıl öncesine göre yaklaşık yüzde 80 daha sessiz.”
Kârlı e-uçak için kurumlar arası araştırma
Verimliliği artırmanın ve gürültüyü azaltmanın ve AB Komisyonu’nun çok iddialı hedeflerine mümkün olduğunca yaklaşmanın yollarını arayan Jan Delfs, Olaf Brodersen ve Lars Enghardt, birkaç projenin parçası olarak yeni tahrik ve uçak konseptleri üzerinde çalışıyor. birçok DLR enstitüsü.
Elektrikli veya hibrit-elektrik tahrikli kısa ve orta mesafeli uçaklar ve yeni uçak şekilleri bu nedenle uçuş maliyetleri üzerinde mümkün olan en az etkiyle mobilite gereksinimlerini ve artan yolcu sayılarını karşılayabilir. Çünkü gece uçuşlarının yasaklanması üzerindeki kısıtlamalar veya havalimanlarındaki gürültü koruma önlemlerinin veya gürültü ücretlerinin inşası önemli ölçüde azaltılabilirse, şu anda hala önemli ölçüde daha pahalı olan elektrikli uçaklar ek çalışma saatleri ile muhtemelen karşılığını alacaktır.
DLR bilim adamları emin: Gelecekte var olabilecek elektrikli uçaklar, geleneksel uçaklardan farklı görünecek. Muhtemelen daha fazla ve daha sessiz sürüşlere sahip olacaklar, ancak aynı zamanda daha küçük kanatlara, flap sistemlerine ve kuyruk ünitelerine sahip olacaklar. Enerji arzı ile ilgili uygun sınır koşulları altında, daha çevre dostu bir şekilde uçacaklar. Yeni tasarım özgürlüğü, bunu daha sessiz yapma olasılığını açacak – ama sessizce değil.