Einfluss lärmarmer An- und Abflugverfahren auf NO_X- und CO₂-Emissionen im Flughafennahbereich

Abstract

Das Erreichen der ACARE Vision 2020, die eine Halbierung des CO2-Eintrages in die Atmosphäre, eine Reduzierung der NOX-Emissionen um 80% sowie eine Halbierung des Außenlärms vorsieht, stellt eine wichtige Herausforderung für die Luftfahrtindustrie dar. Einen entscheidenden Anteil an der geforderten Reduktion der Emissionen wird der Antrieb haben. Um den Treibstoffverbrauch und die Lärmemissionen von Fluggasturbinen zu reduzieren, ist das Nebenstromverhältnis in der Vergangenheit kontinuierlich erhöht worden. Mittelfristig wird sich dieser Trend fortsetzen. Dazu wird auch die Einführung neuer Konzepte wie Triebwerke mit Getriebefan oder gegenläufigem Fan beitragen. Die Reduktion des Außenlärms eines Flugzeuges hängt von Maßnahmen an Triebwerk und Flugzeugzelle, aber auch von lärmarmen An- und Abflugverfahren ab. Veränderte Flugprofile während des Starts und der Landung können den wahrgenommenen Fluglärm direkt reduzieren. Konstruktive Maßnahmen zur Lärmminderung dagegen können erst mittel- bis langfristig flächendeckend zur Lärmreduzierung beitragen, da entsprechende Technologien und Konzepte erst in einigen Jahrzehnten die weltweite Luftflotte vollständig durchdrungen haben werden. In diesem Zusammenhang ist die Wechselwirkung zwischen gasförmigen Emissionen und Lärmreduzierung bei unterschiedlichen lärmarmen An- und Abflugverfahren von besonderem Interesse. Außer CO2-Emissionen, die proportional zum Treibstoffverbrauch sind, stehen hier NOX-Emissionen im Fokus. Neben ihrem Einfluss auf die Chemie der Atmosphäre sind diese durch ihren negativen Einfluss auf die lokale Luftqualität und damit verbundene Gesundheitsaspekte von besonderer Bedeutung im Flughafennahbereich. In dieser Studie soll der Einfluss unterschiedlicher lärmarmer An- und Abflugverfahren auf bodennahe Schadstoff-Emissionen von Flugtriebwerken untersucht werden. Die vorliegende Arbeit ergänzt damit die Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt Lärmoptimierte An- und Abflugverfahren (LAnAb) um Untersuchungen zu CO2- und NOX-Emissionen. Hierzu wird zunächst ein Überblick über entsprechende Flugverfahren wie z.B. Varianten des Continuous Descend Approach (CDA) und von Steilabflügen gegeben und ihr Einfluss auf die Lärmemissionen präsentiert. Anschließend werden aktuelle und zukünftige Triebwerksarchitekturen vorgestellt, die bei der Untersuchung berücksichtigt werden. Hierbei handelt es sich neben herkömmlichen Fluggasturbinen und evolutionär weiterentwickelten Varianten auch um neue Ultra High Bypass (UHB) Konfigurationen. Diese werden zum Beispiel durch den Einsatz von Getriebefans ermöglicht. Die CO2- und NOX-Emissionen dieser Triebwerke im Flughafennahbereich werden mit Hilfe eines Flugleistungsprogramms berechnet. Dieses Programm kann detaillierte Flugbahnen für unterschiedliche An- und Abflugverfahren simulieren und ist an ein thermodynamisches Triebwerkssyntheseprogramm gekoppelt, um die Verbrauchs- und Emissionscharakteristik bei unterschiedlichen Flugzuständen zu berücksichtigen.