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Drohnen oder künftig auch Lufttaxis erzeugen beim Starten und Landen erhebliche Lärmpegel, die insbesondere in städtischen Gebieten als störend empfunden werden. Eine aktuelle Studie zeigt, dass poröse Bodenbeläge wie Gras oder Moos den Lärmpegel um bis zu 30 Dezibel reduzieren können. Gleichzeitig verbessern solche Oberflächen die Effizienz der Propeller. Diese Erkenntnisse könnten den Weg für leisere und nachhaltigere städtische Luftmobilität ebnen.
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Poröse Oberflächen für leisere Drohnen?
Drohnen haben sich in den letzten Jahren in den verschiedensten Bereichen etabliert. Ob bei der Paketzustellung, der landwirtschaftlichen Überwachung oder der technischen Inspektion – Drohnen sind vielseitig einsetzbar. Ihr Einsatz bringt aber auch Herausforderungen mit sich. Insbesondere der Lärm, den Drohnen bei Start und Landung erzeugen, stellt ein Problem dar.
Im städtischen Umfeld mit hoher Bebauungsdichte und geringen Abstandsflächen verstärken sich diese Effekte. Forscherinnen und Forscher der Universität Bristol haben nun eine möglicherweise zukunftsweisende Lösung untersucht: die Nutzung poröser Oberflächen wie Gras als Landeflächen.
Experimente zur Lärmreduzierung
Unter der Leitung von Professor Mahdi Azarpeyvand hat ein Forschungsteam um Dr. Hasan Kamliya Jawahar aus der Fakultät für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen der Universität Bristol Experimente durchgeführt, um die Effekte unterschiedlicher Bodenbeläge auf Drohnenlärm und Propellereffizienz zu analysieren. In einer speziellen schalltoten Kammer montierten sie einen Druckpropeller über einer Grundplatte. Diese Platte wurde abwechselnd mit festen und porösen Materialien unterschiedlicher Porosität und Dicke bedeckt.
Das Setup war darauf ausgelegt, eine realistische Umgebung für Start- und Landemanöver zu simulieren. Mikrofone im Nah- und Fernfeld erfassten detaillierte akustische Daten. Eine hochsensible sechsachsige Wägezelle registrierte die aerodynamischen Kräfte, die bei den verschiedenen Bodenbelägen auftraten. Die Ergebnisse waren bemerkenswert: Poröse Materialien reduzierten die Lärmemissionen, insbesondere im mittleren Frequenzbereich, um bis zu 30 Dezibel. Gleichzeitig verbesserten sie die Schub- und Leistungskoeffizienten der Propeller im Vergleich zu festen Bodenoberflächen.
Wie poröse Oberflächen den Lärm beeinflussen
Poröse Materialien wirken laut Forschungsteam gleich in mehrfacher Hinsicht auf die Geräuschentwicklung von Drohnen ein. Ihre Struktur absorbiert die Energie des Luftstroms, der von den Propellern erzeugt wird. Dadurch wird die Geschwindigkeit des tangentialen Wandstrahls – eines schnellen Luftstroms entlang des Bodens – signifikant reduziert. Dieser Effekt minimiert die aerodynamischen Wechselwirkungen, die hauptsächlich für die Entstehung von Lärm verantwortlich sind.
Darüber hinaus fangen poröse Oberflächen Teile des Luftstroms ein und verhindern, dass dieser ungebremst zurück zu den Propellern reflektiert wird. Diese Reflexionen sind eine der Hauptquellen für tonale und breitbandige Geräusche. Die porösen Materialien reduzieren die Intensität dieser gestörten Luftströme und tragen so zu einem leiseren Betrieb bei. Zudem stabilisieren sie das hydrodynamische Druckfeld in Bodennähe, was die Geräuschentwicklung weiter reduziert.
„Vegetation fungiert als natürliches poröses Medium. Ihre Struktur und Materialeigenschaften, wie Blattdichte und Feuchtigkeitsgehalt, tragen zur Schallabsorption bei“, erklärte Dr. Jawahar. Diese Eigenschaften wurden in der Vergangenheit bereits erfolgreich bei der Gestaltung von Lärmschutzwänden oder in städtischen Grünanlagen genutzt.
Anwendungen und Potenzial in der Praxis
Die Ergebnisse der Studie bieten vielversprechende Ansätze für die Praxis. Spezielle Landeplätze für Drohnen, sogenannte Vertiports, könnten in Zukunft mit porösen Materialien ausgestattet werden, um die Lärmbelastung für Anwohnerinnen und Anwohner zu minimieren. Auch Gebäudedächer, die als Start- und Landeplattformen genutzt werden, könnten durch poröse Beläge optimiert werden.
Ein weiterer Vorteil: Leisere Drohnen erhöhen nicht nur die Akzeptanz in der Bevölkerung, sondern erleichtern auch die Einhaltung städtischer Lärmvorschriften. Besonders in Metropolen, wo Flächen knapp sind und der Verkehr zunehmend in die dritte Dimension verlagert wird, bieten solche Lösungen eine nachhaltige Perspektive.
„Unsere Forschung zeigt, dass innovative poröse Landeoberflächen den Lärm von Drohnen und Flugtaxis drastisch reduzieren können und so den Weg für einen leiseren und nachhaltigeren städtischen Luftraum ebnen“, fasste Dr. Jawahar die Bedeutung der Ergebnisse zusammen.
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