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Assistenzsystem für Landeanflug: Ein Drittel weniger Lärm

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Mit mehr als 90 Anflügen auf den Flughafen Zürich testeten Forscher ein Assistenzsystem, das Piloten via Display bei leisen und zugleich sparsamen Anflügen unterstützt. Konservativ hochgerechnet könnten damit 9.000 Tonnen Kerosin pro Jahr und je Fluggesellschaft eingespart werden. Nun soll das System zur Serienreife gebracht werden.

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Das Pilotenassistenzsystem LNAS ermöglicht leisere und treibstoffsparende Anflüge.
Das Pilotenassistenzsystem LNAS ermöglicht leisere und treibstoffsparende Anflüge.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Der Anflug auf einen Flughafen ist in der Regel die arbeitsintensivste Phase eines Fluges. Die Piloten müssen Geschwindigkeit, Höhe, Triebwerksschub, Lande- und Bremsklappen kontrollieren und gleichzeitig auf wechselnde Winde, den Verkehr und die Anweisungen der Fluglotsen reagieren. Dabei gilt ein ähnliches Prinzip wie für Autofahrer am Boden: Vorausschauendes Manöver erlauben es, Treibstoff zu sparen. Vorausschauendes Fliegen senkt zusätzlich noch die Lärmemission.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat ein Assistenzsystem für den kontinuierlichen Sinkflug entwickelt, das den Piloten via Display im Cockpit empfiehlt, was für einen umweltfreundlichen Landeanflug nötig und zu beachten ist. Das System mit dem Namen LNAS (Low Noise Augmentation System) berechnet die optimale Höhe, Sinkrate, die ideale Geschwindigkeit und Konfiguration des Flugzeugs und korrigiert die Empfehlungen dynamisch während des Anflugs.

Im September 2019 erfolgten mehr als 90 Test-Anflüge auf Piste 14 des Flughafens Zürich mit dem Assistenzsystem LNAS an Bord des Forschungsflugzeugs A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft). 70 untereinander vergleichbare Anflüge flossen in die Auswertung ein. Die Empa überprüfte die Wirksamkeit mit einer Reihe von Lärmmessungen entlang der Anflugroute. Nun liegen die Ergebnisse vor und wurden an das Schweizer Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL) übermittelt.

Höchste Präzision beim Anflug – ein Wettstreit zwischen Pilot und Computer

Für die Flugversuche wurden 23 Piloten der Swiss, der Edelweiss und der Lufthansa in zwei Gruppen aufgeteilt. 14 nutzten das Assistenzsystems LNAS und bekamen damit den optimalen Zeitpunkt für das Ausfahren von Klappen und Fahrwerk angezeigt. Die anderen neun versuchten ohne LNAS-Unterstützung, so geräuscharm und kraftstoffsparend wie möglich zu fliegen. Das Flugzeug steuerte jeweils einer der teilnehmenden Linienpiloten, als Copilot fungierte ein Testpilot des DLR. Jeder der 70 berücksichtigten Anflüge begann in 7.000 Fuß (2.100 Metern über dem Meeresspiegel) mit 220 Knoten (rund 400 km/h). 43 Anflüge wurden mit Hilfe von LNAS geflogen, 27 ohne LNAS.

In den nun ausgewerteten Flugdaten zeigte sich, dass die Piloten mit LNAS die Sinkflüge viel einheitlicher und exakter flogen als ihre jeweiligen Kolleginnen und Kollegen, die ohne Assistenzsystem unterwegs waren. Auch der Verlauf der Fluggeschwindigkeit war mit LNAS deutlich gleichmäßiger. Auf den Einsatz von geräuschintensiven Bremsklappen konnte bei den Anflügen mit LNAS vollständig verzichtet werden.

Fluglärm: Wahrgenommene Reduktion um ein Drittel

Der zentrale Fokus des LNAS-Assistenzsystems liegt in der Reduktion der akustischen Ausreißer, welche überproportional zur Lärmbelastung beitragen. Denn einzelne besonders laute Anflüge sind für Anwohner besonders störend. Mit Hilfe von LNAS gelang es, diese Ausreißer zu vermeiden und damit auch die lautesten Anflüge um bis zu 3 Dezibel leiser zu machen, was einer wahrnehmbaren Verringerung der Lautstärke um etwa ein Drittel entspricht.

Die Lärmemissionen der Flugversuche wurden mit sechs Messstationen rund 6,3 bis 18 Kilometer vor dem Aufsetzpunkt erfasst. Dazu wurden auch Messstellen auf deutschem Gebiet im Landkreis Waldshut aufgestellt. An den am weitesten entfernten Messpunkten Hasle und Steinrütte, rund 18 bzw. 16,5 Kilometer vom Aufsetzen entfernt, konnte eine mittlere Reduktion von rund 1 Dezibel beobachtet werden. Zwischen Kaiserstuhl und Weiach, rund 10 bis 13 Kilometer vor dem Aufsetzpunkt, lag der mittlere Unterschied der Lärmpegel bei bis zu 1,8 Dezibel.

Nachträglich wurden die Anflüge mit dem Empa Fluglärmmodell sonAIR unter Verwendung der Flugparameter und meteorologischer Parameter simuliert, um auch in den Bereichen Aussagen treffen zu können, wo keine Messstellen aufgestellt werden konnten. Die mit Hilfe von sonAIR berechneten Lärmkarten bestätigen die Messergebnisse und zeigen ein zusätzliches Reduktionspotential im Südschwarzwald, etwa 24 Kilometer vor der Pistenschwelle mit einer deutlichen mittleren Schallpegelreduktion von bis zu 3 Dezibel.

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Von der Testphase zur Serienreife

Über den Vergleich der Anflüge der beiden Pilotengruppen ermittelten die Forscher auch die mittlere Treibstoffeinsparung, die sich durch LNAS erzielen lässt. Auf den letzten knapp 50 Kilometern vor der Landebahn brauchten die Pilotinnen und Piloten mit LNAS im Mittel 8,9 Kilogramm weniger Kerosin als ohne LNAS. Hochgerechnet auf alle A320 Flüge der Swiss (Flugbewegungen 2017) könnte LNAS also rund 500 Tonnen Kerosin pro Jahr einsparen. Da das Assistenzsystem bereits ab der Reiseflughöhe, also ab rund 200 Kilometern vor der Piste eingesetzt werden kann, ist das Sparpotential noch deutlich größer. Konservativ gerechnet ergibt sich eine jährliche Einsparung von 3000 Tonnen Kerosin, was rund 9000 Tonnen CO2 entspricht, wenn lediglich die A320-Flotte der Swiss mit LNAS ausgerüstet werden würde.

Mit dem Abschlussbericht zu Händen des Schweizer Bundesamts für Zivilluftfahrt (BAZL) findet ein dreijähriges Forschungsprojekt seinen Abschluss. Ab Juli 2020 startet nun das weiterführende Forschungsprojekt DYNCAT (Dynamic Configuration Adjustment in the TMA). Ziel ist es, zukünftig die Fähigkeiten des vom DLR entwickelten LNAS-Assistenzsystems in die zentralen Navigationsrechner von Verkehrsflugzeugen zu integrieren. So könnten lärm- und verbrauchsoptimierte Landeanflüge an Bord vieler schon existierender Airliner Einzug halten.

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