Flugverkehr
Das Wichtigste in Kürze...
Für Menschen, die in der Nähe einer Flugschneise wohnen, kann Fluglärm sehr störend sein. Nicht nur der Lärm, sondern auch die Angst vor Abstürzen, Erschrecken bei tiefen Überflügen und Vibrationen verursachen die Belästigung.
Die einen fliegen, die anderen unterbrechen ihr Gespräch
Zum Flugverkehr gehören Helikopter, Propellerflugzeuge und Strahlflugzeuge. Der heutige Flugverkehr wird primär mit Strahlflugzeugen abgewickelt.
Was alles fliegt...
Der Lärm von Strahlflugzeugen wird hauptsächlich durch das Mischen des heissen Gasstrahls mit der kalten Umgebungsluft verursacht. Durch das Mantelstromprinzip kann der Lärm sehr wirkungsvoll vermindert werden.
Der laute Luftstrahl eines Jets
Die Hauptlärmquellen von Propellerflugzeugen sind der Motor und der Propeller. Je schneller ein Propeller dreht, desto lauter ist das Flugzeug.
Propellerflugzeuge müssen billig sein
Der Helikopter ist eine sehr komplizierte Lärmquelle. Sie setzt sich zusammen aus dem Breitbandgeräusch des Triebwerks und dem hackenden Geräusch der Rotoren.
Der Helikopter – eine komplizierte Lärmquelle
Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) legt Lärmgrenzwerte für Verkehrsflugzeuge fest. Diese Grenzwerte hängen von Antriebsart, Motorenanzahl und Gewicht des jeweiligen Flugzeugs ab.
Lärm-Zertifizierung
Die Belastung durch Fluglärm wird in der Schweiz mit dem Mittelungspegel Leq angegeben. Sie wird normalerweise nicht gemessen, sondern berechnet.
Leq - ein Mass für Lästigkeit?
Die einen fliegen, die anderen unterbrechen ihr Gespräch
Fluglärm belästigt auf verschiedene Weise. Er stört die sprachliche Kommunikation - z.B. am Telefon. Er behindert die Wahrnehmung vielfältiger akustischer Signale wie Musikdarbietungen, Radiohören und Fernsehen. Fluglärm erschwert die Konzentration, beeinträchtigt Ruhe und Erholung, weckt auf.
Zu den eigentlichen akustischen Wirkungen kommen Schreckempfindungen bei tiefen Überflügen und Wahrnehmungen von Scheibenklirren und Gebäudevibrationen. Diese sind nicht selten mit der Angst vor Abstürzen oder Gebäudeschäden verbunden. Es ist daher nicht erstaunlich, dass die subjektive Störung nur teilweise durch ein rein akustisches Mass erklärt werden kann.
Was alles fliegt...
Der Hauptlärm der Motorflugzeuge wird vom Antrieb erzeugt. Grob lassen sich Strahlflugzeuge, Propellerflugzeuge und Helikopter unterscheiden. Der grösste Teil des kommerziellen Luftverkehrs wird mit Strahlflugzeugen abgewickelt.
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| Quelle: nau.ch |
Der laute Luftstrahl eines Jets
Ein Jet ist ein sogenanntes Strahlflugzeug. Die Bezeichnung „Strahl“ findet ihren Ursprung in der Funktionsweise des Triebwerks: Ein Strahltriebwerk saugt vorne Luft an und komprimiert sie in einem Verdichter. In den Brennkammern wird der Treibstoff eingespritzt und das Gemisch entzündet.
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| Quelle: http://wings.avkids.com |
Der heisse Gasstrahl (Jet) wird dadurch mit hoher Geschwindigkeit nach hinten ausgestossen, wodurch die Schubkraft entsteht. Dieser Gasstrahl verursacht den grössten Teil der Lärmemissionen eines Flugzeuges. Am Ausgang der Brennkammer befindet sich die Turbine, welche den Verdichter antreibt.
Der Kern des Strahls strömt mit Überschallgeschwindigkeit aus und mischt sich rasch mit der stehenden kalten Luft. Daraus entstehen Wirbel, welche im Bereich unter 1000 Hz die primären Schallquellen darstellen.
Es zeigt sich, dass die Schalleistung des Jets etwa mit der 8. Potenz der Strahlgeschwindigkeit ansteigt. Das bedeutet, dass die Schallemission um das 256-fache zunimmt, wenn die Strahlgeschwindigkeit verdoppelt wird!
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| Quelle: wings.avkids.com |
Der Lärm von Strahlflugzeugen wird sehr wirkungsvoll vermindert, indem man die Austrittsgeschwindigkeit des Gases reduziert. Mit einem Gebläse wird ein Luftstrom erzeugt und um das Triebwerk herumgeleitet. Der kalte Luftstrom und der heisse Gasstrahl aus den Brennkammern werden im Triebwerk gemischt und verlassen die Düse ungefähr mit der Geschwindigkeit des Flugzeuges. Ein solches Mantelstromtriebwerk erzeugt bis zu 20 dB weniger Lärm als ein Typ der ersten Generation.
Das Mantelstromprinzip ist aber nur im Unterschallbereich anwendbar. Kampfflugzeuge und Überschalltransporter (Concorde!) benötigen Triebwerke mit hoher Strahlgeschwindigkeit und sind daher entsprechend laut.
Propellerflugzeuge müssen billig sein
Kleine Propellerflugzeuge werden vorwiegend von Kolbenmotoren angetrieben. Ihr Lärm kommt vom Motor (Auspuff!) und vom Propeller. Der langsamer drehende Vierblattpropeller ist deutlich lärmarmer als der zweiblättrige. Leider zeigen die grossen amerikanischen Hersteller von Kleinflugzeugen wenig Interesse an einer effizienten Lärmverminderung, da der Lärm in den USA eine weit geringere Rolle spielt als in Europa. Wenn Massnahmen ein Flugzeug verteuern, haben sie auf dem hart umkämpften Markt wenig Chancen, es sei denn, sie werden vom Gesetz ausdrücklich verlangt. Bezüglich Lärmbekämpfung sind deshalb bei der Kleinfliegerei durchaus noch nicht alle Entwicklungsmöglichkeiten ausgeschöpft.
Der Helikopter - eine komplizierte Lärmquelle
Der Helikopter ist eine komplizierte Lärmquelle mit charakteristischer Schallemission. Vom Triebwerk, meist einer Gasturbine, kommt ein rundum abgestrahltes Breitbandgeräusch mit starken zusätzlichen Reintonanteilen. Ihm ist ein hackendes Geräusch überlagert, das von den Rotorflügeln stammt. Es kommt einerseits durch die Wechselwirkung von Wirbeln mit dem Rotorblatt zustande, anderseits aber auch durch Stosswellen an den Blattspitzen.
Die Lärmbelastung um einen Helikopterlandeplatz ist stark von Art und Anzahl der Flugmanövern abhängig. Helikopterlärm wird von der LSV speziell behandelt.
Messung der Lärmemissionen von Flugzeugen
Die zu den vereinten Nationen gehörende Organisation für internationale Zivilluftfahrt ICAO stellt Zertifizierungsbedingungen auf, welche neue Jet-Flugzeugtype mit mehr als 5700 kg Abfluggewicht einhalten müssen. Die maximal zulässigen Grenzwerte der Lärmession sind in der Schweiz in der "Verordnung über die Emission von Luftfahrzeugen (VEL)" geregelt. Diese verweisen auf ein weltweit standardisiertes Messverfahren und einheitliche Grenzwerte, welche im Übereinkommen über die Internationale Zivilluftfahrt (Chicago-Übereinkommen) festgelegt sind. Für im schweizerischen Luftfahrzeugregister eingetragene Luftfahrzeuge gelten einige wenige in der VEL festgehaltene, vom Chicago-Übereinkommen abweichende Ausnahmen.
Die Lärmemission von Flugzeugen wird an drei Messpunkten erfasst: Der "lateral noise measurement point" befindet sich auf Höhe der Startbahn und beschreibt den Lärm beim Startvorgang. Hier beschleunigt das Flugzeug mit maximalem Schub und hebt am Ende der Startbahn ab. Gemessen wird während voller Beschleunigung in einem seitlichen Abstand von 450 Metern auf einer zur Mitte der Startpiste parallelen Linie, dort ist Lärmpegel am grössten.
Der "flyover noise measurement point" misst die Lautstärke beim Überflug. Hierbei startet das Flugzeug, erreicht eine vorgegebene Höhe und nimmt dann Schub weg. Der Messpunkt befindet sich 6500 Meter nach dem Wegrollpunkt des Flugzeugs, direkt unterhalb des Überflugpunkts.
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| Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Dr. -Ing. Ulf Michel, CFD group, TU Berlin. |
Schematische Darstellung der Messpunkte der Lärmemissionen von Flugzeugen. |
Zuletzt wird der Anfluglärmpegel am "approach noise measurement point" gemessen. Der Messpunkt liegt 2000 Meter vor dem Beginn der Landepiste. Das Flugzeug muss sich am Messpunkt in einer Höhe von 120 Metern befinden, was einem Anflugwinkel von drei Grad entspricht, wenn angenommen wird, dass es 300 Meter nach Beginn der Landepiste aufsetzt. Die Bedingungen werden von Zeit zu Zeit der technischen Entwicklung angepasst.
Leq - ein Mass für die Lästigkeit?
Fluglärm tritt sehr inkonstant auf. Deshalb ist es schwierig die mittlere Belastung mit einer Zahl auszudrücken. Für die Beurteilung der Auswirkungen über längere Zeit ist aber ein solches Mass notwendig.
In der Schweiz hat sich als Fluglärmmass der Mittelungspegel Leq durchgesetzt. Es hat sich aber gezeigt, dass der Leq relativ gut mit der Störwirkung auf den Menschen korreliert.
Der Leq kann mittels Messungen an lärmbelasteten Standorten erfasst werden. Repräsentative Fluglärmmessungen sind jedoch sehr aufwändig. Um das Messresultat auf die langfristige Lärmbelastung umzurechnen, sind Werte der einzelnen Flugzeugtypen nötig. Zudem muss die Wettersituation berücksichtigt werden. Verlässliche Messungen erstrecken sich daher über Wochen bis Monate.
Aufgrund der hohen Pegel breitet sich Fluglärm im Flachland über grosse Distanzen aus, oft sind dutzende bis hunderte Quadratkilometer betroffen. Eine flächendeckende Erfassung durch Langzeitmessungen ist nicht praktikabel. Deshalb haben sich auf Messungen basierende Fluglärmmodelle als Prognoseverfahren bewährt. Anhand von detaillierten Grundlagedaten (u.a. Anzahl der Flugbewegungen, eingesetzte Flugzeugtypen und gewählte Flugbahnen) erlauben sie, die Fluglärmbelastung auf der Basis von Referenzmessungen grossflächig zu modellieren und Fluglärmkarten zu erstellen.