Fluglärmforschung

Bis zum Jahr 2050 soll die Lautstärke neuer Flugzeuge um 65 Prozent sinken. Dies entspricht einer Reduzierung um 15 Dezibel im Vergleich zu neuen Flugzeugen im Jahr 2000. Dieses Ziel hat der europäische Luftfahrtforschungsbeirat (ACARE) ausgegeben. Das Gremium besteht aus Vertretern der Europäischen Kommission, den relevanten europäischen Hochschul- und Großforschungseinrichtungen sowie der europäischen Luftfahrtindustrie. Die von ACARE definierte Forschungsagenda ist richtungsweisend für die Förderung der Luftfahrtforschung sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene. Neben der Reduzierung des Fluglärms verfolgt der europäische Forschungsbeirat auch das Ziel, die Kohlendioxid- und Stickoxidemissionen im Luftverkehr zu verringern.

Die Zielvorgaben des Forschungsbeirats haben Auswirkungen auf die Fluglärmforschung in ganz Europa. Denn um öffentliche Fördergelder zu erhalten, müssen Forschungsprojekte nachweisen, ob und wie sie dazu beitragen können, das Minus-15-Dezibel-Ziel zu erreichen. Einige der Projekte, an denen Luftfahrt, Wissenschaft und Politik im Schulterschluss arbeiten, werden im Folgenden vorgestellt.

Die deutsche Bundesregierung fördert Luftfahrttechnologien seit 1995 mit einem eigenen Luftfahrtforschungsprogramm. Dabei verfolgt sie seit jeher auch umweltpolitische Ziele. Denn auch in Deutschland müssen alle Forschungsprojekte dazu beitragen, die Ziele des europäischen Forschungsbeirates zu erreichen. Ein Teil der Forschungsmittel fließt in die Fluglärmforschung. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) prüft dabei die Projektbewerbungen von Unternehmen, Universitäten und Forschungszentren und betreut die Forschungsprojekte im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums. An der Finanzierung der Projekte beteiligen sich auch Unternehmen aus der Luftfahrt.

Die Luftfahrtindustrie leistet insbesondere mit ihren Innovationen im Bereich der Triebwerke erhebliche Beiträge zur Reduktion des von Flugzeugen ausgehenden Lärms. So wollen die Triebwerkshersteller Rolls-Royce und MTU Aero Engines den Lärm von Flugzeugtriebwerken durch verschiedene Dämpfungsmaßnahmen um 4 Dezibel verringern. Durch den umfassenden Einsatz der neuen, leiseren Modelle sowie weiterer Technologien, die derzeit noch getestet werden, können die Hersteller die ACARE-Vorgaben erreichen.

Die Forschung richtet sich ebenso auf grundsätzlich neue Antriebskonzepte, welche unter anderem stark verminderte Geräuschemissionen des Flugzeuges mit sich bringen. Mit der Perspektive eines mittel- bis langfristigen Einsatzes ermöglichen hybride- oder rein elektrische Antriebe die Entwicklung und Umsetzung neuer lärmgeminderter Flugzeugkonfigurationen. Bei diesen ist der Antrieb in den Gesamtflugzeugentwurf integriert und beeinflusst positiv die Umströmung des Flugzeuges.

Durch die Initiierung und Mitfinanzierung von Forschungsvorhaben leistet die Luftverkehrswirtschaft einen entscheidenden Beitrag dafür, dass Flugzeuge in Zukunft leiser und noch energieeffizienter fliegen. Noch stärker fallen die Investitionen für die Modernisierung der Flugzeugflotten ins Gewicht, für die deutsche Fluggesellschaften heute und in Zukunft viel Geld in die Hand nehmen: Zurzeit haben sie moderne Maschinen zu einem Listenpreis von mehr als 74 Milliarden Euro bei den Flugzeugherstellern bestellt.

Eines der wichtigsten Forschungsvorhaben auf europäischer Ebene ist Clean Aviation. Die Initiative wurde 2008 noch unter dem Namen Clean Sky als Öffentlich-Private Partnerschaft zwischen der Europäischen Kommission und europäischen Luftfahrtunternehmen gegründet. Entsprechend den ACARE-Zielen soll die Forschung im Rahmen von Clean Aviation dazu beitragen, die Lärmemissionen bis 2050 um 15 Dezibel zu senken. Im Rahmen dieses Programmes entwickelten zum Beispiel die Flugzeughersteller Airbus und Saab eine komplett neue, zehn Meter lange Flügelspitze. Gegenüber herkömmlichen Flügelspitzen soll der Luftwiderstand deutlich geringer sein, was auch die Lärmemissionen senkt. Ein erster Prototyp wird seit 2017 an einem Airbus A340-300 getestet.

Neben Clean Sky gibt es auf europäischer Ebene ein weiteres Forschungsprogramm, das unter anderem Technologien für weniger Fluglärm entwickelt. Es heißt Single European Sky Air Traffic Management Research (SESAR) und an ihm sind die Europäische Union, die europäische Flugsicherungsbehörde Eurocontrol sowie Unternehmen der Luftfahrt beteiligt. Dem Technologieprogramm stehen insgesamt 1,6 Milliarden Euro zur Verfügung, die zu gleichen Teilen von den Beteiligten finanziert werden. Ziel ist es vor allem, die europäischen Flugsicherungssysteme zu modernisieren und besser aufeinander abzustimmen, aber auch dazu beizutragen, dass zukünftig bei Starts und Landungen deutlich häufiger lärmmindernde An- und Abflugverfahren eingesetzt werden können.

Weltweit arbeiten Forscher daran, das Fliegen in Zukunft noch energieeffizienter und leiser zu machen. Langfristig werden Flugzeuge dabei nicht nur weiterentwickelt, sondern vollkommen neue Flugzeugkonfigurationen entwickelt, die es so heute noch nicht gibt. Neben den Flugzeugherstellern betätigen sich auf diesem Feld auch universitäre Einrichtungen und interdisziplinäre Think Tanks, wie zum Beispiel das Bauhaus Luftfahrt in München. Diese Forschungseinrichtung wird von der Luftfahrtindustrie getragen und vom Bayerischen Wirtschaftsministerium gefördert.

Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen beschäftigen sich dort mit der Zukunft von Mobilität und Luftverkehr. Dabei berücksichtigen sie nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche, gesellschaftliche und ökologische Aspekte. Der Think Tank entwickelt unter anderem visionäre Lösungen dafür, Luftfahrzeuge in Zukunft energieeffizienter und lärmarmer zu machen.

Am Bauhaus Luftfahrt verfolgen Forscher zum Beispiel die Vision eines vollelektrischen Flugzeugs, das komplett emissionsfrei und deutlich leiser fliegen könnte. Bei einer anderen Konzeptskizze des Think Tanks, dem sogenannten Claire Liner, sind die vier Schuberzeuger (Fans) auf der Oberseite des Rumpfes zwischen den Leitwerken platziert und zusätzlich ummantelt, was einen Großteil des Lärms von der Umwelt abschirmt. Zudem befinden sich die Turbinen, die die Fans antreiben, beim Claire Liner im Inneren des Rumpfes, wodurch ihre Lärmabstrahlung nach außen minimiert wird. 

Auch ein geschlossener Flügel könnte den Lärm reduzieren. Bei einem herkömmlichen Flügel entstehen an den Flügelspitzen lärmverursachende Verwirbelungen. Bei einem in sich geschlossenen Flügel entstehen keine Verwirbelungen am Rand der Tragflächen, das reduziert Lärm und spart Treibstoff, weil der Widerstand geringer ist.

Ein Flugzeug, das seine Energie selbst erzeugt: das ist die Vision von Bertrand Piccard und seinem Team. Nach 15 Jahren Vorbereitung war es 2016 soweit: das solargetriebene Propellerflugzeug Solar Impulse hob zu seiner Weltreise ab. Die Solar Impulse ist mit mehr als 17.000 Solarzellen ausgerüstet, die sich auf der Oberseite der Tragflächen, des Rumpfes und des Höhenleitwerks befinden. Die vier Propellertriebwerke ermöglichten eine Geschwindigkeit von 90 Kilometer pro Stunde und eine maximale Reisehöhe von 8.500 Metern.

Einige der Ansätze, die von anderen Forschungsinstitutionen verfolgt werden, zeigt die folgende Bildstrecke. Dabei handelt es sich nicht um konkrete Flugzeugtypen, die gerade von den Herstellern entwickelt werden, sondern um Konzeptskizzen, die allgemeine Trends und Visionen in der Luftfahrtforschung veranschaulichen. Die Umsetzung solcher Konzepte in der Praxis ist kompliziert und dauert in der Regel Jahrzehnte. Entwicklungs- und Investitionszyklen in der Luftfahrt sind dementsprechend lang.