Ziel des Forschungsprojekt EMPreSs der RWTH Aachen und der TU Darmstadt ist die Lärmreduktion bei wasserstoffbetriebenen Propellerflugzeugen. Durch die Entwicklung und Einführung von mit Wasserstoff betriebenen Flugzeugen gewinnt der Einsatz von Propellertriebwerken - vor allem in Verbindung mit Elektromotoren und Brennstoffzellen als Antriebskonzept - für Passagierflugzeuge wieder an Bedeutung.
Damit einher geht eine steigende Lärmbelastung für Umwelt und Passagiere, insbesondere im Frequenzbereich der sogenannten ersten Blattfolgefrequenz, die von Menschen als sehr unangenehm empfunden wird. Im Verbundprojekt EMPreSs führen Forschende des Instituts für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA) der RWTH Aachen und des Fachgebiets Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik (SAM) der TU Darmstadt nun ihre Forschungsexpertise zusammen, um neuartige, disruptive Technologien zu schaffen. Ziel des Vorhabens ist die Reduktion von Lärmemissionen in wasserstoffbetriebenen Propellerflugzeugen durch den Einsatz vibroakustischer Metamaterialien (VAMM).
VAMM sind künstlich hergestellte Strukturen, die das Schwingungsverhalten eines Systems gezielt beeinflussen. Im Gegensatz zu konventionellen Schwingungstilgern sind VAMM in der Lage, Schwingungen in einem breiteren Frequenzbereich zu mindern. Dies wird durch die periodische Anordnung von lokalen Resonatoren erreicht, also von Systemen, deren Komponenten auf eine oder mehrere bestimmte Frequenzen abgestimmt sind.
Der durch die Propeller erzeugte Körperschall soll mit geringerer zusätzlicher Masse als bei herkömmlichen Methoden gemindert werden. Durch den Einsatz von Ferroelektreten als Teil der VAMM soll zudem synergetisch elektrische Leistung lokal generiert und so eine dezentrale Versorgung von Sensorik ermöglicht werden. Ferroelektrete sind polymerbasierte Materialien, die sich insbesondere durch ihre hohe mechanische Flexibilität und geringe Dichte auszeichnen. Damit eignen sich die Materialien als Feder-Dämpfer-Element von VAMM, wobei durch eine Stapelung extrem geringe Ersatzfedersteifigkeiten erreicht werden können. Dies ermöglicht es, mit VAMM in den Bereich der ersten Blattfolgefreqeunz vorzudringen. Die mechanische Energie wird teils durch die dämpfenden Eigenschaften der Ferroelektrete abgebaut, teilweise aber auch in elektrische Energie umgewandelt. Diese Energie kann dann sogar genutzt werden, womit zugleich der schwingungsmindernde Effekt verstärkt wird.
Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projektes werden Modellierungsmethoden zur Auslegung der Resonatoren entwickelt und experimentell validiert. Die finale experimentelle Erprobung findet an der realitätsgetreuen Geometrie eines Flugzeugrumpfes im ZAL Acoustics Lab in Hamburg statt. Partner des Projekts sind Partner AIRBUS, Steiner GmbH & CO. KG sowie das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.