Flüsterleise zu hoher Reichweite

Ganzheitliches Simulationsmodell für Kabinenakustik

Die Ansprüche an VIP-Flugzeuge sind in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Während das Hauptaugenmerk vieler privater Flugzeugbesitzer früher vornehmlich auf optischen Aspekten des Interieurs und der Raumaufteilung lag, spielen heute vor allem auch weitere Faktoren wie der Geräuschpegel im Innenraum, das Gewicht, der Verbrauch und damit die Reichweite des Flugzeugs eine entscheidende Rolle. Das Problem besteht grundsätzlich darin, dass durch die Verwendung zusätzlicher Dämmmaterialien das Gewicht eines Flugzeugs steigt und sich folglich die Reichweite verringert. Diese sich einander beeinflussenden Faktoren bei der Auslegung der Flugzeugkonfiguration in Einklang zu bringen, ist die Aufgabe der verantwortlichen Ingenieure des Bereichs VIP & Executive Jet Solutions der Lufthansa Technik am Standort Hamburg.

Im Rahmen des seit April 2009 und noch bis einschließlich März 2013 laufenden Forschungs- und Entwicklungsprojekts „AkuKon" werden neue Akustikkonzepte für ökonomisch und ökologisch verbesserte Flugzeugkonfigurationen entwickelt. Eine grundlegende Voraussetzung für die Schaffung zugeschnittener Akustikkonzepte liegt sowohl in der Analyse bestehender Schwachstellen in der akustischen Isolierung als auch in der umfassenden Bewertung neuer Ansätze zur Lärmminderung. Grundlage für diese Überlegung ist die nachhaltige Entwicklung eines ganzheitlichen Simulationsmodells für die Kabinenakustik in VIP-Flugzeugen. Mit Hilfe computergestützter Simulationen lassen sich zukünftig nicht nur Dämmmaterialien optimal verwenden, sondern auch Entwicklungsprozesse verbessern und verkürzen, Installationskosten minimieren sowie die Reichweiten der Flugzeuge durch gezielte Gewichtsverteilung und -reduktion erhöhen.  

Als Berechnungsgrundlage dienen der Lufthansa Technik zum einen Messergebnisse vom Einbau der VIP-Kabinen der letzten Jahre. Andererseits auch Messungen an einer Testmaschine vom Typ Boeing 737, so wie die Vermessung von Materialparametern der Schalldämmmaterialien im Testlabor. Die Simulation der Schallausbreitung im Innern der Kabine erfolgt mittels eines Raytracing-Verfahrens (Strahlverfolgung), das die Berechnung von Schalldruckpegeln an ausgewählten Orten, beispielsweise an den Sitzplätzen, erlaubt. Mit der EADS Deutschland GmbH, der Novicos GmbH, der TU-Hamburg-Harburg, der Helmut-Schmidt Universität und der HAW Hamburg stehen der Lufthansa Technik kompetente Innovationspartner zur Seite. Darüber hinaus wird das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „AkuKon" maßgeblich vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt.

Aufbauend auf den Ergebnissen früherer Forschungsprojekte (AkuKab) wird im Rahmen von AkuKon ein Berechnungsmodell zur genauen Bestimmung des Schalldrucks in der Kabine entwickelt. So lässt sich der Schalldruck unter Einfluss aller verfügbaren Eingangsparameter an jeder Position der Kabine genau vorausberechnen. Ein Schwerpunkt der Berechnungen liegt nun auf den Hauptschallquellen und der Modellierung des Wandaufbaus. Zu diesem Zweck werden alle verwendbaren Materialien und deren Kombinationen akustisch vermessen und miteinander verglichen. Anschließend werden die Ergebnisse mit In-Flight-Messungen von Bord umgebauter VIP-Flugzeuge abgeglichen. So lassen sich Abweichungen zwischen der Simulation und der Originalkabine erkennen.

Viele Parameter für bessere Akustikkonzepte bei VIP-Kabinen sind den Ingenieuren bereits bekannt. Das gilt sowohl für die Raumgestaltung als auch für die Verwendung ganz bestimmter Materialien und Oberflächen. Darüber hinaus erhalten VIP-Flugzeuge eine zusätzliche Schallisolierung durch den Einsatz von akustisch optimierten Verkleidungselementen (Lining) und Möbeln, sowie weiterer Schalldämmkits zur akustischen Optimierung der Primärisolierung. So benötigt man heute für den Ausbau der VIP-Kabine eines Mittelstreckenflugzeugs zwischen 0,6 und 1,8 Tonnen zusätzliches Schalldämmmaterial. Und für die VIP-Kabine eines Großraumflugzeugs beläuft sich das Mehrgewicht sogar auf zwei bis vier Tonnen. Da das deutlich höhere Gewicht den Kraftstoffverbrauch erhöht und damit zu Lasten der Reichweite geht, werden heute in viele VIP-Flugzeuge Zusatztanks eingebaut, um die gewichtsbedingten Leistungsdefizite auszugleichen.

Die Entwicklung eines computergestützten Simulationsmodells zur Optimierung der Kabinenakustik wird wesentlich dazu beitragen, den Entwicklungsprozess zu verbessern und zu verkürzen. Dadurch werden nicht nur die Kosten für Installationen weiter reduziert, sondern vor allem die Effizienz aller akustischen Maßnahmen in Relation zum Gewicht und zur Reichweite der VIP-Flugzeuge gesteigert. Mit den Ergebnissen des Forschungs- und Entwicklungsprojekts „AkuKon" wird Lufthansa Technik ihren Vorsprung im Bereich der VIP-Kabinenausstattung für Mittelstrecken- und Großraumflugzeuge weiter ausbauen können.