Berechnung der Schallabstrahlung eines elektrischen Flugzeugantriebs

Abstract

Der Übergang zu elektrischen oder hybridelektrischen Triebwerken ist ein zentraler Ansatz zur Reduktion von Treibhausgasemissionen in der Luftfahrt. Viele dieser neuartigen Antriebskonzepte verwenden Propeller, die von elektrischen Motoren angetrieben werden. Die Schallabstrahlung dieser neuartigen elektrischen Antriebsarchitekturen ist unter anderem für die Zertifizierung eine relevante Forschungsfrage.Diese Arbeit bewertet die Geräuschentwicklung eines optimierten Radialfluss-Permanentmagnetmotors und seines zugehörigen Sechs-Blatt-Propellers, die beide in einer verteilten Antriebsarchitektur auf Basis eines ATR 42 Flugzeugs mit acht identischen Antriebseinheiten integriert sind. Für die Berechnung des erzeugten Lärms werden analytische und numerische Methoden verwendet, die sowohl den aerodynamischen Beitrag des Propellers als auch die Schallabstrahlung des elektrischen Motors beinhalten. Der Beitrag des Motors zum Gesamtlärm wird numerisch mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert. Dafür werden als erstes die elektromagnetischen Kräfte im Luftspalt zwischen Rotor und Stator berechnet. In Kombination mit einer Modalanalyse wird das resultierende Vibrationsfeld auf der Statorstruktur berechnet. Diese Oberflächenschwingungen werden dann in einem letzten Schritt als Randbedingung für die Schallabstrahlung in das umgebene Medium verwendet. Der Propellerschall wird mit Hilfe eines analytischen Models, das den Dicken und Kraftlärm berücksichtigt, berechnet. Als Ergebnis dieser Analyse wird der Beitrag der beiden Komponenten zur Gesamtschallleistung diskutiert und bewertet.