VOLARE - Lärmoptimierte Auslegung von eVTOL Fluggeräten

Abstract

Das Verbundvorhaben VOLARE (Lärmoptimierte Auslegung von elektrischen Senkrechtstartern) stellt einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung zukunftsfähiger urbaner Luftmobilitätskonzepte dar. Im Mittelpunkt des Projekts stand die systematische Untersuchung und Reduktion der Lärmemission von eVTOL-Fluggeräten, insbesondere des Volocopter-Modells, das mit 18 verteilten elektrischen Rotoren ausgestattet ist. Die Notwendigkeit einer solchen Forschung ergibt sich aus den wachsenden Anforderungen an nachhaltige und geräuscharme Luftfahrttechnologien im urbanen Raum, wo die Lärmbelastung für Anwohner eine zentrale Herausforderung für die Akzeptanz und Integration dieser neuen Verkehrsmittel darstellt. Die Hauptlärmquelle wurde an den Rotoren identifiziert, die sowohl tonale Komponenten bei der Blattfolgefrequenz (BPF) und deren Harmonischen als auch breitbandige Turbulenzgeräusche erzeugen. Durch ein systematisches Zusammenspiel von hochauflösen den numerischen Simulationen (CFD/CAA) und experimentellen Validierungen konnten die komplexen physikalischen Mechanismen der Lärmentstehung und-abstrahlung entschlüsselt werden. Besonders die Interaktionen zwischen den Rotoren selbst, zwischen Rotoren und Airframe sowie zwischen Rotoren und dem umgebenden Nachlauf erwiesen sich als entscheidende Faktoren für die Lärmgeneration. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für konstruktive Optimierungen des Fluggeräts. Auf operationeller Ebene wurde untersucht, wie durch intelligente Flugführung und Bahnplanung die Lärmbelastung am Boden weiter reduziert werden kann. Dabei zeigte sich, dass klassische Regleransätze nur begrenzt Einfluss auf die psychoakustische Belastung nehmen können, während Trajektorienoptimierungsansätze, die Schallschatteneffekte und Richtcharakteristiken der Schallquellen gezielt nutzen, deutlich effektiver sind. Die entwickelten Algorithmen zur Minimierung des Lärmexpositionspegels bieten eine solide Basis für zukünftige operationelle Verfahren im urbanen Luftverkehr. Trotz der unerwarteten Insolvenz des industriellen Projektpartners Volocopter GmbH im Januar 2025, die zum vorzeitigen Abbruch geplanter Flugversuche führte, konnten alle geplanten wissenschaftlichen Arbeitspakete der Universität Stuttgart erfolgreich abgeschlossen werden. Das entwickelte numerische Framework wurde validiert, erweitert und steht nun für zukünftige Forschungsprojekte zur Verfügung. Die erzielten Ergebnisse wurden auf internationalen Konferenzen präsentiert und in einer renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht. Mit einer abgeschlossenen und einer in Bearbeitung befindlichen Dissertation sowie mehreren Bachelor- und Masterarbeiten wurde der wissenschaftliche Nachwuchs in diesem zukunftsweisenden Forschungsfeld gefördert.