Fly kommer til at larme mindre
I takt med at der kommer flere og flere fly i luften, er det nødvendigt at udvikle løsninger, så flyene støjer mindre. Udviklingen er på rette spor.

Det 'effektivt opfattede støjniveau' (EPNL) er faldet markant siden den moderne turbojet og turbofanmotorer først blev introduceret.
(Foto: <a href="http://www.shutterstock.com/da/pic-145707539/stock-photo-jet-above-the-c... target="_Blank">Christian Lagerek/shutterstock.com</a>)

 

Uden noget tegn på at vores lyst til at flyve falder, bliver vi nødt til at skabe et mere støjsvagt fly, der er lettere at leve med. Faktisk, selvom dem der bor nær lufthavnen måske vil erklære sig uenige, viser data fra lufthavskommissionens rapport for en ny landingsbane i London en signifikant reduktion i flystøj over flere årtier.

Støjen fra et individuelt fly ved afrejse og indflyvning er beskrevet ved dens 'effektivt opfattede støjniveau' (Effective Percieved Noise Level, EPNL). Dette bliver målt når flyet kommer i brug og bruges til at spore støjforbedringer mellem succesfulde flygenerationer.

Som grafen (se nedenfor) fra lufthavnskommisionens rapport viser, er EPNL faldet siden den moderne turbojet og turbofanmotorer først blev introduceret – rundt regnet er der sket en halvering af den udstrålede akustiske energi per årti.

Det er en bemærkelsesværdig teknisk bedrift – en 95 procent reduktion i lydstyrke genereret af flyenes jetmotorer siden de først blev introduceret.

Men i samme periode har der været en eksplosion i luftfart og antallet af fly og passagerer er steget eksponentielt. Spørgsmålet er derfor, om udviklingen af mindre støjende fly går tilstrækkelig hurtigt til at kompensere for, at der er så mange flere af dem.

Lydniveauet er, på trods af hvad nogle tror, faldet.
(Graf: Airports Commission/Crown Copyright)

Svaret afhænger også af, hvor hurtigt gamle, støjende fly bliver pensioneret. I Storbritannien har slutresultatet været positivt – fly bliver mere støjsvage med en hastighed, der opvejer stigningen i flytrafik, og luftfartskommissionen forventer at denne tendens fortsætter.

 

Når lyd larmer for meget

Flystøj er genereret ved turbulente luftstrømme over og omkring overflader. Det inkluderer luft, der kommer ind og ud af motoren og luft omkring flyets skrog – kroppen, vingerne og andre aerodynamiske overflader som flaps, slats og landingsstel.

Hvad har bragt de fortsatte reduktioner i flystøj siden 1970'erne? Den største faktor har været en bevægelse mod højere og højere 'bypass ratioer' – noget der oprindeligt blev udviklet for at opnå højere ydeevne i motoren, men som heldigvis også genererer mindre støj.

Bypass ratioen er den del af luften, der kommer ind i motoråbningen, men som omgår turbojetten, og som defor forlader den ved lav hastighed, sammenlignet med den varme højhastigheds-jetstrøm, der kommer fra motorkernen.

Denne ratio er steget – al luften, der kommer ind i de tidlige turbojets motorer, kom igennem motoren. I turbofandesigns fra 1960'erne og de tidlige 1970'ere faldt dette til omkring en tredjedel, mens motorerne på store moderne fly som Airbus A380, Boeing 787 og Airbus A350 kun trak en tiendedel af luften ind i motoren.

Lockheed Tristar er et klassisk fly fra 1970'erne
(Foto: Jon Proctor)

Disse motorer har større, langsommere roterende fanblade med færre antal blade – alle disse detaljer reducerer flyets støjprofil.

 

Stille motorer

Denne proces har stadig lidt vej endnu. Turbofanmotorer i mindre fly har en lavere bypass ratio end dem i større, bredskrogede fly, men udviklingen af nye motorer er på vej til de ærværdige Airbus A320- og Boeing 737-familier, og de nyere jetfly så som Bombardier CSeries og Mitsubishi MRJ.

Sådanne smalskrogede jets udgør 70 procent af den kommercielle flåde, så det vil have en omfattende påvirkning på støjniveauet, som de ældre fly bliver udskiftet.

Bedre motorer for større fly er også på vej - baseret på den samme turbofanteknologi. Ved at bruge en gearkasse til frakoble fanbladene og lavtryksturbinen, vil præstationsevnen blive forbedret og støjen reduceret. En markedsførende virksomhed er Pratt and Whitneys PW1000G gearede turbofanmotor, der er udviklet over det seneste årti og er ved at komme i brug.

Den forventes at lede til større, mindre støjende og mere brændstofbesparende motorer med bypass ratioer, der nærmer sig 15:1.

Computersimulation af akustisk energi, der strømmer ud af en turbofanmotor ved forskellige hastigheder.
(Illustration: Z Rarata/University of Southampton, Author provided)

Andre teknikker til at mindske motorstøjen inkluderer et akustisk dæklag på indervæggen af indtag- og bypasskanalen, der absorberer akustisk energi, samt forbedret aerodynamisk fanbladdesign og udstødningsdyse. Begge disse er blevet mulige, fordi moderne computere kan simulere luftstrømme meget nøjagtigt.

 

Mere stille flyskrog

At reducere støjen fra flyskroget er en større udfordring. Brugen af flaps og slats, og udrulningen af landingsstellet ved ankomst, er nødvendige for at sinke flyet, mens man opretholder opdriften, men de skaber alle sammen yderligere støj.

Det er svært at have en af dem uden de andre. Måske de mest effektive måder at sikre begge vil komme fra nye, forbedrede aerodynamiske flydesigns, der kan give en bedre lavhastighedspræstation uden at ofre brændstofeffektiviteten.

På længere sigt, efter 2050, kan helt ny flygeometri, der bruger blandet vingedesign og endda morphing geometri – fly, der kan skifte form – potentielt lede til store reduktioner i støjen fra flyskroget, større effektivitet og forbedret påvirkning af miljøet. Det er godt, da der til den tid vil være mange flere, der stadig ønsker at flyve.

Jeremy Astley er medlem af Rolls-Royce University Technology Center i Gas Turbine Noise. Han modtager støtte fra selskabet Rolls-Royce, UK Technology stategibestyrelse og Europa-Kommissionen. Denne artikel er oprindeligt publiceret i The Conversation.

Oversat af Josephine Søgaard Andersen

The Conversation