Anwohner in der Nähe von Flughäfen können ein Lied davon singen. Ohrenbetäubender Lärm, wenn die Maschinen starten oder landen, sodass man im Freien kaum noch sein eigenes Wort versteht. Zwar sind die neuen Flugzeuge in den vergangenen Jahren schon etwas leiser geworden, sind bei Start und Landung aber immer noch laut genug, um auf Dauer Gesundheitsschäden zu verursachen: rund 120 Dezibel. Zum Vergleich: ein schreiendes Baby wird mit 80 Dezibel gemessen, ein Presslufthammer mit 100, ein Raketenstart mit 140.
Abgesehen vom Lärm gehören Anflug und Landung eines Flugzeugs für die Piloten zu den arbeitsintensivsten Phasen eines Flugs. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat das Pilotenassistenzsystem LNAS (Low Noise Augmentation System) entwickelt, um die Piloten „bei den komplexen Handlungsabläufen für einen möglichst lärmarmen Anflug zu unterstützen.“ Sie können auf einem Display im Cockpit genau sehen, wann sie welche Handlung durchführen müssen, um den Lärm so gering wie möglich zu halten.
Für die Piloten ist es oft schwierig, den optimalen Zeitpunkt zum Ausfahren der Klappen und des Fahrwerks zu wählen, so dass ein Teil der Landephase im besonders leisen und treibstoffsparenden Leerlauf stattfinden kann. LNAS unterstützt ihn dabei. Es zeigt exakt an, wann sie beispielsweise die Landeklappen oder das ausfahren müssen, um den Lärm zu reduzieren und Kerosin zu sparen.
Gemeinsame Forschung mit Swiss Sky Lab Foundation
In Zusammenarbeit mit der Swiss SkyLab Foundation und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa erprobt das DLR das neue System vom 9. bis 13. September 2019 an Bord des DLR-Forschungsflugzeugs A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) im Anflug auf den Flughafen Zürich. Um beim Anflug noch weniger Lärm zu verursachen und auch möglichst energiesparend zu fliegen, wurde der A320 ATRA für die Testflüge mit einem neuen hochpräzisen Algorithmus ausgestattet und hat noch ein weiteres, innovatives System für optimierte kontinuierliche Sinkflüge (Continuous Descent Approach) an Bord.
Insgesamt werden rund 70 Anflüge stattfinden. „Wir benötigen diese Anzahl ähnlicher Anflüge, um eine breite Datenbasis zur Funktion von LNAS zu erhalten”, sagt Dr. Fethi Abdelmoula vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik. Mitfliegen wird neben einer Gruppe Wissenschaftler, die Funktionsweise des Systems überwachen, auch ein DLR-Test-Pilot als Sicherheitspilot im Cockpit. Laut DLR werden die Flüge flugmechanisch und aus Sicht von 25 teilnehmenden Airline-Piloten auf ihre Praxistauglichkeit untersucht.
Erste Flugversuche schon 2016
Bereits 2016 hatte das DLR mit insgesamt 74 Anflügen auf den Flughafen Frankfurt erste Flugversuche unternommen. Am Steuer saßen damals Linienpiloten von vier Fluggesellschaften, die ihre Anflüge zum Vergleich mit und ohne Unterstützungssystem absolvierten. „Bereits jetzt zeigt sich, dass das Prinzip Lärmminderung durch präzisere Handlungsabläufe beim Einsatz von Klappen und Fahrwerk während der Anflüge funktioniert”, sagte der Leiter der Abteilung Flugdynamik und Simulation des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik Prof. Klaus-Uwe Hahn damals. “Die Rückmeldungen der Piloten, die das System geflogen sind, waren durchweg positiv. Sie beurteilten das Assistenzsystem als äußerst hilfreich, insbesondere in schwierigen Situationen, wie beispielsweise bei starkem Rückenwind oder hohen Geschwindigkeitsvorgaben durch die Luftverkehrskontrolle.” Selbst unter den schwierigen Bedingungen im Hochbetrieb am Flughafen Frankfurt seien die Anflüge um bis zu über ein Dezibel im Maximalpegel leiser gewesen. Auch der Kerosinverbrauch sei gegenüber einem Anflug ohne System auf den letzten 25 Meilen um zehn Prozent gesunken.
Für die neuen Testflüge werden sieben Lärmmessstationen entlang der Anflugachse aufgebaut, mit denen Forscher der Empa-Abteilung Akustik/Lärmminderung die Überflüge aufzeichnen. Außerdem werden die Leistung der Triebwerke, Stellung der Landeklappen, der Bremsklappen und des Fahrwerks während des Anflugs aufgezeichnet. Alle gesammelten Daten werden anschließend mit dem an der Empa entwickelten Lärmsimulationsprogramm sonAIR analysiert. Dabei wird die Lärmbelastung, die der Flug verursacht, am Computer für einzelne Standorte am Boden dargestellt.
Aus diesen Daten lassen sich dann detaillierte Lärmkarten erstellen, die die Unterschiede zu herkömmlichen Anflügen genau aufzeigen. „sonAIR wurde gezielt für die Lärmoptimierung von An- und Abflugverfahren entwickelt”, sagt Jean-Marc Wunderli, Abteilungsleiter Akustik/Lärmminderung an der Empa. „Das gemeinsame Projekt mit dem DLR und SkyLab gibt uns die Möglichkeit, die Lärmbelastungen aus unserer Simulation mit den realen Daten der sieben Messstationen zu vergleichen und die Qualität unserer Berechnung zu überprüfen.”
Wechselnde Bedingungen
Bedingungen wie Wind und Fluggewicht, die sich ständig ändern, machen einen Anflug zu einer sehr komplexen Aufgabe für die Piloten. Laut DLR-Testpilot Jens Heider, der bei den Flugversuchen im Cockpit des A320 ATRA sitzt, sei ein optimaler Energiehaushalt während des Anfluges essentiell. „Handelt der Pilot nach diesen Vorgaben [von LNAS], kann der Anflug von der Reiseflughöhe bis hinunter auf die Stabilisierungshöhe von 1000 Fuß über Grund mit minimaler Geräuschentwicklung und möglichst geringem Treibstoffverbrauch durchgeführt werden”, fasst Abdelmoula die Vorteile zusammen.
„Optimal wäre ein Sinkflug im Leerlauf, wie bei einem Segelflugzeug”, erklärt Martin Gerber, Projektleiter und Initiator der Weiterentwicklung von LNAS. „Mithilfe des Assistenzsystems wollen wir die Anzahl der energetisch suboptimalen Anflüge reduzieren und Piloten die dafür nötigen Informationen auf intuitiv fassbare Weise vermitteln.” Physikalische Grundprinzipien könne man nicht ändern, die Zahl der akustisch ungünstigen Anflüge lasse sich jedoch mit Sicherheit reduzieren.
Die Ergebnisse der Flugversuche in Zürich werden für das Frühjahr 2020 erwartet. LNAS soll mittelfristig in reguläre Linienflugzeugen implementiert werden.
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