Wie Hubschrauberlärm entsteht

Forscher haben erstmals die Hauptursache für den Lärm eines fliegenden Hubschraubers sichtbar gemacht. In aufwendigen Flugexperimenten vor ausgewählten Hintergründen konnten sie zeigen, dass die typischen Geräusche durch Kollision von Blattspitzenwirbeln mit anderen Rotorblättern entstehen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen eröffnen sich Möglichkeiten, Hubschrauber künftig deutlich leiser zu machen.

Dass ein Hubschrauber senkrecht starten und landen kann, verdankt er seinem Rotor. Dieser ist allerdings auch für den Lärm im Flug verantwortlich. „Fast alles, was man von einem Hubschrauber hört, ist aerodynamischer Lärm. Ein großer Teil davon entsteht durch die sogenannten Blattspitzenwirbel“, sagt Markus Raffel vom Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen. Blattspitzenwirbel entstehen am äußeren Ende eines Rotorblattes. Auf der Oberseite bildet sich ein Unterdruck, auf der Unterseite ein Überdruck. Die Luft wird hierdurch beschleunigt, wodurch sich hinter der Rotorblattspitze ein konzentrierter Wirbel bildet.

Ein Hubschrauber vor felsigem, feinkörnigen Hintergrund. Die Wirbel an den Rotorblattspitzen und am Heckrotor sind als dunkle, spiralförmige Linien sichtbar. Die Abgasstrahlen erscheinen als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber.
Wirbel an den Rotorblattspitzen

„Der Lärm entsteht dadurch, dass der Wirbel eines Rotorblattes mit einem anderen Rotorblatt kollidiert“, erklärt Versuchsleiter André Bauknecht vom DLR in Göttingen. Diese Wirbel verursachen nicht nur das typische „Teppichklopfer-Geräusch“, sondern führen auch zu Vibrationen im Hubschrauber und verringern den Komfort der Passagiere. Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher ein bekanntes Phänomen: An einem heißen Sommertag fängt die Luft über manchen Straßenstellen an zu flimmern. Grund dafür sind Schwankungen in der Luftdichte. Dadurch wird das Licht gebrochen und vor einem passenden Hintergrund als Schliere sichtbar. Aus dieser Erkenntnis entwickelte Raffel mit seinen Kollegen die sogenannte Hintergrund-Schlierenmethode.

Im vergangenen Jahr führten die Wissenschaftler eine Reihe von Flugexperimenten durch, um die neue Messmethode zu testen. Dabei nutzten sie in der Natur vorhandene Hintergrundflächen, um die Rotorwirbel als Schlieren sichtbar zu machen. „Ein passender Hintergrund muss möglichst fein strukturiert und gleichmäßig sein – und wir haben geschaut, wo in der Natur solche Flächen vorhanden sind“, sagt Bauknecht. So fand das neueste Experiment kürzlich in einem Steinbruch im Harz statt – für einen Hubschrauber eine gefährliche Umgebung. Der Aufwand lohnte sich: Zehn Kameras an verschiedensten Positionen lieferten so gute Aufnahmen, dass erstmals ein Großteil der Rotorwirbel eines fliegenden Hubschraubers dreidimensional sichtbar wurde.

In einem nächsten Schritt wollen die Forscher Flugversuche mit zusätzlicher Messtechnik durchführen. Dann könnten die aufgenommenen Wirbel direkt mit den Steuereingaben des Piloten abgeglichen werden. Die Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Industrie, künftige Hubschrauber leiser und komfortabler zu machen.