Die heute veröffentlichten Ergebnisse in Wissenschaftliche Berichtezeigen zum ersten Mal, wie poröse Bodenbehandlungen den Lärm mindern und die Propellerleistung optimieren können.
Der Hauptautor Dr. Hasan Kamliya Jawahar von der Aeroakustikgruppe der Universität Bristol unter der Leitung von Professor Mahdi Azarpeyvand konnte nachweisen, dass poröse Bodenbehandlungen den Lärm bei niedrigen bis mittleren Frequenzen deutlich um bis zu 30 dB reduzieren und die Schub- und Leistungskoeffizienten im Vergleich zu festen Böden verbessern können Bodenflächen. Dies deutet darauf hin, dass die Behandlung von Gebäudedächern, Landeplätzen und Vertiports mit porösen Oberflächen wie Gras oder Moos den Lärm bei der Landung der Drohne reduziert.
Dr. Kamliya Jawahar von der Fakultät für Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften in Bristol erklärte: „Es war bekannt, dass Bodeneffekte die Propellerleistung und den Lärm beeinflussen, insbesondere bei Start und Landung.“
„Während Lärmprobleme gut dokumentiert sind, gibt es nur begrenzte Lösungen, die auf städtische Umgebungen zugeschnitten sind.
„Ich ließ mich von natürlichen porösen Materialien wie Vegetation inspirieren, die für ihre geräuschdämpfenden Eigenschaften bekannt sind. Dies führte dazu, dass ich technische poröse Oberflächen als mögliche Lösung zur Geräuschreduzierung und Verbesserung der Aerodynamik erforschte.“
Das Team führte Experimente in einer schalltoten Kammer mit einem Schubpropeller durch, der über einer Bodenebene montiert war. Der Boden wurde abwechselnd mit festen und porösen Behandlungen mit unterschiedlicher Porosität und Dicke behandelt. Sowohl im Nahfeld- als auch im Fernfeldbereich platzierte Mikrofone erfassten akustische Daten, während eine sechsachsige Kraftmesszelle die aerodynamischen Kräfte maß. Durch den Vergleich der Ergebnisse verschiedener Konfigurationen konnten sie berechnen, wie poröse Oberflächen den Lärm und die Leistung unter Bodeneffektbedingungen beeinflussen.
Dr. Kamliya Jawahar sagte: „Vegetation fungiert bekanntermaßen als natürliches poröses Medium, dessen strukturelle Komplexität und Materialeigenschaften wie Laubdichte und Feuchtigkeitsgehalt zu seinen Schallabsorptionsfähigkeiten beitragen.“
„Es wurde häufig in Strategien zur Reduzierung von Umgebungslärm eingesetzt, etwa bei Straßenbarrieren und städtischen Grünflächen, aber dies ist das erste Mal, dass es für die zukünftige urbane Luftmobilität untersucht wird.“
Der Lärmminderungseffekt poröser Bodenbehandlungen beruht auf ihrer Fähigkeit, die Strömungsdynamik in Bodennähe zu modifizieren und zu steuern. Wenn ein Propeller in der Nähe einer porösen Oberfläche arbeitet, absorbiert das poröse Material einen Teil der Energie des Strömungsaufpralls, wodurch die Geschwindigkeit des tangentialen Wandstrahls – ein Hochgeschwindigkeitsausstoß von Luft entlang des Bodens – verringert wird, wodurch die aerodynamischen Wechselwirkungen gemildert werden zum Lärm beitragen.
Darüber hinaus fängt die poröse Struktur Teile der auftreffenden Strömung ein und reduziert so deren Reflexion zurück zum Propeller. Dies minimiert die erneute Aufnahme gestörter Luftströme in den Propeller, die eine erhebliche Quelle von Ton- und Breitbandgeräuschen darstellen. Die Reduzierung der reflektierten Turbulenzen und das stabilisierte hydrodynamische Druckfeld tragen dazu bei, sowohl tonale als auch breitbandige Lärmemissionen zu verringern, was zu einem leiseren Betrieb führt. Diese Effekte sind unter Bodeneffektbedingungen besonders ausgeprägt.
Diese Erkenntnisse können auf den UAM-Betrieb angewendet werden, indem sie leisere und effizientere Fahrzeugkonstruktionen ermöglichen. Sie unterstützen auch die Entwicklung lärmmindernder Vertiport-Oberflächen und fördern so eine größere Akzeptanz in der Gemeinschaft und die Einhaltung städtischer Lärmvorschriften.
„Unsere Forschung zeigt, dass innovative poröse Landeflächen den Lärm von Drohnen und Flugtaxis drastisch reduzieren und so den Weg für einen ruhigeren und nachhaltigeren städtischen Himmel ebnen können“, fügte Dr. Kamliya Jawahar hinzu.
