Bir uçağın hangi kısımları gürültü üretir ve bu ne tür bir gürültüdür? Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nden (DLR) ve Münih’teki GE Aviation’dan bilim adamları, ilk kez bir uçağın yerde ve uçakta yaydığı gürültüyü eşzamanlı olarak ölçmeyi başardılar. Edinilen bilgi ile geleceğin uçakları daha sessiz hale gelebilir.
Havacılık sektörü, emisyon ve gürültü kirliliği açısından hava yolculuğunun çevre ve insanlar üzerindeki etkisini azaltmak için yoğun bir şekilde çalışmaktadır. Uçak gürültüsü, hava yolculuğunun çevre üzerindeki en belirgin etkilerinden biri değilse de biridir. Ayrıca uçak gürültüsünün azaltılması ihtiyacı hiçbir zaman bugünkü kadar ilgi odağı olmamıştır. Turboprop uçaklar, hava yoluyla seyahat etmenin en verimli yolu olmaya devam ederken, sakinler ve yolcular onları hala gürültülü buluyor.
GE Aviation’ın Münih merkezli Advanced Technologies ekibinin Kıdemli Mühendisi Davide Giacché, “Bu nedenle, gürültünün nasıl üretildiği ve yeni teknolojilerin turboprop uçaklardan gelen gürültüyü nasıl azaltabileceği konusundaki anlayışı geliştirmek önemlidir.” FusionProp projesi kapsamındaki Alman ekibinin
FusionProp, Alman Devlet Havacılık Araştırma Programı’nın (LuFo) bir parçası olarak Nisan 2018’de başlayan ve Federal Ekonomi ve Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen üç buçuk yıllık bir araştırma projesidir. Münih’teki GE Aviation ile uçuş testi ve gürültü ölçümünde kapsamlı deneyime ve benzersiz yeteneklere sahip birkaç DLR enstitüsü arasındaki işbirliği sayesinde, bu teknoloji projesi turboprop akustiğinde en son teknolojiyi ilerletmek için eşsiz bir fırsatı temsil ediyor.
Pervaneyle çalışan hava taşıtlarında birincil gürültü kaynağı pervanedir, ardından gövde ve motorlar tarafından üretilen gürültü gelir. Pervane gürültüsünün nedeni, bu sürücülerin aerodinamiğinin özelliklerinde yatmaktadır ve pervane kanatları ile ortam havası arasındaki göreli hareketten kaynaklanmaktadır. Özellikle pervane gürültüsü, hem bir ton hem de bir geniş bant bileşeninden oluşur. İnsan kulağının oldukça rahatsız edici bulduğu tonal bileşen şunlardan kaynaklanır: yaprakların hareketinden kaynaklanan havanın yer değiştirmesi (kalınlık gürültüsü); havadaki kanatların etrafındaki basınç alanı (gerilme gürültüsü); ve örneğin çevredeki yapılarla aerodinamik etkileşim nedeniyle kanatlar üzerindeki yükün kararsız periyodik değişimi. Geniş bant gürültüsü, kanadın sınır tabakasındaki türbülansın ve kanadın havadaki türbülansla etkileşiminin bir sonucu olarak oluşur.
FusionProp projesi iki ana araştırma yaklaşımını takip ediyor: iki uçuş testi kampanyasının uygulandığı deneysel bir yaklaşım ve turboprop gürültüsünü tahmin etmeye yönelik yöntemlerin doğrulandığı sayısal bir yaklaşım. Lorenz Drack, “Bir pervane tarafından üretilen gürültüyü etkileyen parametreler, dönüş hızı (kanatlar ne kadar hızlı dönerse, o kadar fazla gürültü üretilir), hava hızı, gereken itme miktarı ve ayrıntılı olarak aerodinamik kanat tasarımıdır” dedi. Münih’teki GE Aviation’dan mühendis. “Gerçek uçuş koşullarında, üretilen pervane gürültüsü, uçak tutumu, türbülans, şiddetli rüzgarlar ve uçakla motor entegrasyonunun etkileri nedeniyle daha da karmaşık hale gelir. Uçuş testleri, modellerimizi optimize etmek için kurulu pervanelerden gelen gürültünün karmaşıklığını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor.”
Geçen yılın yazında FusionProp kapsamında iki uçuş testi gerçekleştirildi. Bu tür bir test, dahil olan tüm ekiplerin dikkatli bir şekilde hazırlanmasını ve koordinasyonunu gerektirir ve ayrıca akustik ölçümler için uygun hava koşulları gerektirir. Giacché, “GE ve DLR ekipleri arasındaki işbirliği düzeyi, iki test öncesinde, sırasında ve sonrasında olağanüstüydü ve öyle olmaya devam ediyor ve toplanan veri miktarı bunun bir kanıtıdır,” diyor Giacché, benzersiz bilgi birikimi ve deneyimine övgüde bulunarak. DLR, çok yüksek derecede yenilik ve karmaşıklık içeren bu kadar yoğun bir test kampanyasında değerli bir ortak olarak.
Her iki test de kalkış, tırmanış, seyir ve yaklaşma dahil olmak üzere tipik uçuş koşullarının tam bir yelpazesini temsil ediyordu. Tüm uçuş testlerinin yapıldığı Saksonya-Anhalt’taki Magdeburg-Cochstedt Havalimanı’nda yerde bulunan DLR’nin DO 228 ve Kanada Dash 8-400 De Havilland Uçağı olmak üzere iki uçak üzerindeki ve içindeki cihazlara ek olarak, 200’den fazla mikrofonlar yerleştirildi. Yerdeki gürültü ölçümleri, DLR’nin geniş mikrofon dizilimi kullanılarak, havalimanı ortamındaki gürültü tahmin yöntemlerinin iyileştirilmesi ve gürültü kaynaklarının yerelleştirilmesinin sağlanması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çok sayıda uçuş sırasında 50’den fazla test noktası incelendi. Uçuş koşullarına bağlı olarak bu, mikrofonların üzerinden farklı yüksekliklerde uçarak yapılıyordu.
İlk kez, DLR araştırma uçağı DO 228’in gövdesine monte edilmiş bir mikrofon dizisi ve yerde iki mikrofon dizisi kullanılarak senkron uçuş gürültü ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Gövde dizisi ve yer dizisi, gürültü kaynaklarının yerini belirlemek amacıyla DLR’de geliştirildi. Göttingen’deki Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü’nden Carsten Spehr, “Bu, yere gelen gürültüyü uçaktaki gürültü kaynaklarıyla ilk kez ilişkilendirebildiğimiz zaman” diyor.
Çeşitli kurulumlar için gürültü seviyelerini doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, geleceğin yeni nesil turboprop platformları için de önemlidir. “Endüstride hibrit ve tamamen elektrikli tahrik çözümlerinin benimsenmesiyle, ana gürültü kaynağı olarak pervaneye olan ilgi artacaktır. Dowty Propellers Ürün Stratejisi ve Yeni Teknoloji Lideri Jimmy Barnard, “Belirli bir uygulamada gürültünün en aza indirilmesini sağlamak için yeni teknolojiler geliştirmek, birkaç yıldır Dowty Propellers’ın araştırmalarının odak noktası olmuştur” dedi.
Barnard, “FusionProp programı, gelişmiş pervane gürültüsü tahmin yöntemlerini doğrulamak için bir platform sağlamak üzere teknoloji ve enstrümantasyonu uçuş testi değerlendirmesine tabi tutacak bir dizi projenin doruk noktasıdır” dedi.
DLR’de proje yöneticisi olan Arne Stürmer, “Belirli uçuş koşullarında ve modern pervane konfigürasyonlarında, kurulum etkileri pervanelerin gürültü gelişiminde önemli bir rol oynayabilir” diyor. Ölçüm verilerinin değerlendirilmesi ve kullanılması, gelecekteki uçakların daha sessiz olmasına yardımcı olabilir. Stürmer, “Örneğin bilgisayar simülasyonlarında, pervanenin kanada göre konumunun gürültüyü ne ölçüde etkilediğini kontrol edebiliyoruz” diyor. DLR ve GE şu anda testlerin bir parçası olarak elde edilen büyük miktardaki veriyi değerlendirmek için çalışıyor.
DLR enstitülerinden dördü ve üç bölgeden tesis, FusionProp’un bir parçası olarak incelemelere dahil edildi: Braunschweig ve Göttingen’deki Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü, Braunschweig’deki Uçuş Deneyleri tesisi ve Berlin’deki Tahrik Teknolojisi Enstitüsü.
Havacılık sektörü, emisyon ve gürültü kirliliği açısından hava yolculuğunun çevre ve insanlar üzerindeki etkisini azaltmak için yoğun bir şekilde çalışmaktadır. Uçak gürültüsü, hava yolculuğunun çevre üzerindeki en belirgin etkilerinden biri değilse de biridir. Ayrıca uçak gürültüsünün azaltılması ihtiyacı hiçbir zaman bugünkü kadar ilgi odağı olmamıştır. Turboprop uçaklar, hava yoluyla seyahat etmenin en verimli yolu olmaya devam ederken, sakinler ve yolcular onları hala gürültülü buluyor.
GE Aviation’ın Münih merkezli Advanced Technologies ekibinin Kıdemli Mühendisi Davide Giacché, “Bu nedenle, gürültünün nasıl üretildiği ve yeni teknolojilerin turboprop uçaklardan gelen gürültüyü nasıl azaltabileceği konusundaki anlayışı geliştirmek önemlidir.” FusionProp projesi kapsamındaki Alman ekibinin
FusionProp, Alman Devlet Havacılık Araştırma Programı’nın (LuFo) bir parçası olarak Nisan 2018’de başlayan ve Federal Ekonomi ve Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen üç buçuk yıllık bir araştırma projesidir. Münih’teki GE Aviation ile uçuş testi ve gürültü ölçümünde kapsamlı deneyime ve benzersiz yeteneklere sahip birkaç DLR enstitüsü arasındaki işbirliği sayesinde, bu teknoloji projesi turboprop akustiğinde en son teknolojiyi ilerletmek için eşsiz bir fırsatı temsil ediyor.
Pervaneyle çalışan hava taşıtlarında birincil gürültü kaynağı pervanedir, ardından gövde ve motorlar tarafından üretilen gürültü gelir. Pervane gürültüsünün nedeni, bu sürücülerin aerodinamiğinin özelliklerinde yatmaktadır ve pervane kanatları ile ortam havası arasındaki göreli hareketten kaynaklanmaktadır. Özellikle pervane gürültüsü, hem bir ton hem de bir geniş bant bileşeninden oluşur. İnsan kulağının oldukça rahatsız edici bulduğu tonal bileşen şunlardan kaynaklanır: yaprakların hareketinden kaynaklanan havanın yer değiştirmesi (kalınlık gürültüsü); havadaki kanatların etrafındaki basınç alanı (gerilme gürültüsü); ve örneğin çevredeki yapılarla aerodinamik etkileşim nedeniyle kanatlar üzerindeki yükün kararsız periyodik değişimi. Geniş bant gürültüsü, kanadın sınır tabakasındaki türbülansın ve kanadın havadaki türbülansla etkileşiminin bir sonucu olarak oluşur.
FusionProp projesi iki ana araştırma yaklaşımını takip ediyor: iki uçuş testi kampanyasının uygulandığı deneysel bir yaklaşım ve turboprop gürültüsünü tahmin etmeye yönelik yöntemlerin doğrulandığı sayısal bir yaklaşım. Lorenz Drack, “Bir pervane tarafından üretilen gürültüyü etkileyen parametreler, dönüş hızı (kanatlar ne kadar hızlı dönerse, o kadar fazla gürültü üretilir), hava hızı, gereken itme miktarı ve ayrıntılı olarak aerodinamik kanat tasarımıdır” dedi. Münih’teki GE Aviation’dan mühendis. “Gerçek uçuş koşullarında, üretilen pervane gürültüsü, uçak tutumu, türbülans, şiddetli rüzgarlar ve uçakla motor entegrasyonunun etkileri nedeniyle daha da karmaşık hale gelir. Uçuş testleri, modellerimizi optimize etmek için kurulu pervanelerden gelen gürültünün karmaşıklığını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor.”
Geçen yılın yazında FusionProp kapsamında iki uçuş testi gerçekleştirildi. Bu tür bir test, dahil olan tüm ekiplerin dikkatli bir şekilde hazırlanmasını ve koordinasyonunu gerektirir ve ayrıca akustik ölçümler için uygun hava koşulları gerektirir. Giacché, “GE ve DLR ekipleri arasındaki işbirliği düzeyi, iki test öncesinde, sırasında ve sonrasında olağanüstüydü ve öyle olmaya devam ediyor ve toplanan veri miktarı bunun bir kanıtıdır,” diyor Giacché, benzersiz bilgi birikimi ve deneyimine övgüde bulunarak. DLR, çok yüksek derecede yenilik ve karmaşıklık içeren bu kadar yoğun bir test kampanyasında değerli bir ortak olarak.
Her iki test de kalkış, tırmanış, seyir ve yaklaşma dahil olmak üzere tipik uçuş koşullarının tam bir yelpazesini temsil ediyordu. Tüm uçuş testlerinin yapıldığı Saksonya-Anhalt’taki Magdeburg-Cochstedt Havalimanı’nda yerde bulunan DLR’nin DO 228 ve Kanada Dash 8-400 De Havilland Uçağı olmak üzere iki uçak üzerindeki ve içindeki cihazlara ek olarak, 200’den fazla mikrofonlar yerleştirildi. Yerdeki gürültü ölçümleri, DLR’nin geniş mikrofon dizilimi kullanılarak, havalimanı ortamındaki gürültü tahmin yöntemlerinin iyileştirilmesi ve gürültü kaynaklarının yerelleştirilmesinin sağlanması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çok sayıda uçuş sırasında 50’den fazla test noktası incelendi. Uçuş koşullarına bağlı olarak bu, mikrofonların üzerinden farklı yüksekliklerde uçarak yapılıyordu.
İlk kez, DLR araştırma uçağı DO 228’in gövdesine monte edilmiş bir mikrofon dizisi ve yerde iki mikrofon dizisi kullanılarak senkron uçuş gürültü ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Gövde dizisi ve yer dizisi, gürültü kaynaklarının yerini belirlemek amacıyla DLR’de geliştirildi. Göttingen’deki Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü’nden Carsten Spehr, “Bu, yere gelen gürültüyü uçaktaki gürültü kaynaklarıyla ilk kez ilişkilendirebildiğimiz zaman” diyor.
Çeşitli kurulumlar için gürültü seviyelerini doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, geleceğin yeni nesil turboprop platformları için de önemlidir. “Endüstride hibrit ve tamamen elektrikli tahrik çözümlerinin benimsenmesiyle, ana gürültü kaynağı olarak pervaneye olan ilgi artacaktır. Dowty Propellers Ürün Stratejisi ve Yeni Teknoloji Lideri Jimmy Barnard, “Belirli bir uygulamada gürültünün en aza indirilmesini sağlamak için yeni teknolojiler geliştirmek, birkaç yıldır Dowty Propellers’ın araştırmalarının odak noktası olmuştur” dedi.
Barnard, “FusionProp programı, gelişmiş pervane gürültüsü tahmin yöntemlerini doğrulamak için bir platform sağlamak üzere teknoloji ve enstrümantasyonu uçuş testi değerlendirmesine tabi tutacak bir dizi projenin doruk noktasıdır” dedi.
DLR’de proje yöneticisi olan Arne Stürmer, “Belirli uçuş koşullarında ve modern pervane konfigürasyonlarında, kurulum etkileri pervanelerin gürültü gelişiminde önemli bir rol oynayabilir” diyor. Ölçüm verilerinin değerlendirilmesi ve kullanılması, gelecekteki uçakların daha sessiz olmasına yardımcı olabilir. Stürmer, “Örneğin bilgisayar simülasyonlarında, pervanenin kanada göre konumunun gürültüyü ne ölçüde etkilediğini kontrol edebiliyoruz” diyor. DLR ve GE şu anda testlerin bir parçası olarak elde edilen büyük miktardaki veriyi değerlendirmek için çalışıyor.
DLR enstitülerinden dördü ve üç bölgeden tesis, FusionProp’un bir parçası olarak incelemelere dahil edildi: Braunschweig ve Göttingen’deki Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü, Braunschweig’deki Uçuş Deneyleri tesisi ve Berlin’deki Tahrik Teknolojisi Enstitüsü.