Forschung


Eine Folge des Flugzeugleichtbaus ist die starke Lärmbelastung im Inneren von Flugzeugkabinen, die Passagiere und Personal beeinträchtigen. Eine große Herausforderung im Bereich der angewandten Forschung besteht darin, dieser Entwicklung mit lärmmindernden Methoden entgegenzuwirken. Dafür müssen allerdings zuerst einmal Lärmquellen identifiziert werden. Für Menschen ist die Lärmquellenidentifikation in geschlossen Räumen durch die vielen auftretenden Reflexionen keine einfache Aufgabe. An der Professur für Mechatronik wird deshalb an Methoden geforscht, die diesen Prozess automatisieren sollen. Das menschliche Gehör wird dabei durch Mikrofone und die intuitive Berechnung der Lärmrichtung durch Algorithmen ersetzt. Durch die inverse Berechnung vom Empfangsort an Mikrofonen zurück auf die schallstrahlende Flugzeugaußenhaut, lassen sich „Fotos“ vom Ort des Lärmeintrags in ein Schallfeld generieren, die Grundlage für die Anwendung von Methoden zur Lärmreduktion bilden.

 

Darstellung Lärmquellen im A400M-Rumpf
Abbildung: Darstellung Lärmquellen im A400M-Rumpf

Kontakt:

M.Sc. Steffen Ungnad

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur für Mechatronik

u.d.L. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Delf Sachau

Raum: 1215
Telefon: (040) 6541-3723
Fax: (040) 6541-2996
E-Mail: ungnads@hsu-hh.de

Es soll gezeigt werden, dass die Minimierung der gesamten abgestrahlten Schallleistung einer Leichtbaustruktur (z.B. eine Platte) mit einem adaptiven Steuerungssystem, lokal angeordneten Beschleunigungsaufnehmern, Mikrofonen und Lautsprechern möglich ist, ohne dabei eine Rückwirkung auf die Struktur selber auszuüben. Die systematische Erarbeitung einer lokal wirksamen, schallleistungsbasierten adaptiven Steuerung ist hierbei die zielführende Maßnahme für die Entwicklung eines aktiven Gegenschallsystems, welches im akustischen Nahfeld der schwingenden Struktur wirksamen ist. Vorteile gegenüber anderer Methoden aus dem Gebiet der aktiven Lärmminderung sollen im angestrebten Frequenzbereich von 80 Hz bis 300 Hz aufgezeigt werden.

Die Frage nach der Übertragbarkeit auf schallabstrahlende Schwingungsformen einer ebenen Platte bleibt ungeklärt. Bei den vorherigen Experimenten zur Minimierung der abgestrahlten Gesamtschallleistung von Platten im Stand der Forschung erfolgt die Einstellung der Amplitudenverstärkung und der Phasenwinkel für die Gegenschallerzeugung manuell. Es gibt keine Versuche an Platten mit einer adaptiven Steuerung, mit Gegenschalllautsprechern und mit unbekannter Schallstrahlungsimpedanz der Störschallquelle. Diese offenen Fragenstellungen bilden die Grundlage dieses Projekts.

 

Schema des geplanten Versuchsaufbaus
Abbildung: Schema des geplanten Versuchsaufbaus

Kontakt:

M.Sc. Mehran Hajilou

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur für Mechatronik

u.d.L. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Delf Sachau

Raum: 1218
Telefon: (040) 6541-2313
Fax: (040) 6541-2996
E-Mail: hajiloum@hsu-hh.de

Lärm stellt für den Menschen eine hohe Belastung dar. Dabei geht der Einfluss von Lärm über eine Verschlechterung der Lebensqualität hinaus. Beispielsweise bewirkt ständiger Lärm ein erhöhtes Risiko für Krankheiten des Herz-Kreislauf-Systems.

Anwendungsfälle für passive Schallreduktionsmaßnahmen sind Ohrstöpsel und Schallschutzfenster. Eine bekannte Verwendung für aktiven Schallschutz sind Kopfhörer mit Active-Noise-Cancelling.

Schallschutzfenster sind in geschlossenen Zustand sehr wirkungsvoll.  Werden sie allerdings geöffnet, um zu lüften, geht der erwünschte Effekt verloren. Um dennoch einen Schallschutz an einem geöffneten Fenster gewährleisten zu können, sind andere Maßnahmen notwendig. Eine Möglichkeit zur Schallreduzierung an geöffneten Fenstern stellt der Aktive Schallblocker dar. Dabei wird durch am Fensterspalt verbaute Lautsprecher eine Barriere erzeugt, die die Schallemissionen daran hindert, in den Raum einzudringen.

Hierbei handelt es sich um ein mehrdimensionales Regelungssystem. Um dieses in Echtzeit betreiben zu können, werden die erforderlichen Berechnungen parallel auf mehrere Prozessoren verteilt. Die Umsetzung mit FPGAs kann dabei die Berechnungsgeschwindigkeit deutlich verbessern.

 

Sekundärlautsprecher und Fehlermikrofone im verbauten Zustand
Abbildung: Sekundärlautsprecher und Fehlermikrofone im verbauten Zustand

Verlinkung:

dSPACE Newsroom: Aktive Schallreduktion in Wohn- und Schlafräumen

 

Kontakt:

M.Sc. Hendrik Brüggemann

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur für Mechatronik

u.d.L. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Delf Sachau

Raum: 1217
Telefon: (040) 6541-2311
Fax: (040) 6541-2996
E-Mail: hendrik.brueggemann@hsu-hh.de

Sowohl im Privaten als auch im Arbeitsumfeld sind Menschen verschiedenen Lärmquellen ausgesetzt, was zu einer Belastung führt. Aktive Gegenschallmaßnahmen (engl. Active Noise Control, ANC) zur lokalen Schallreduktion im Kopfbereich (aktive Kopfstütze) können den Schalldruckpegel an beiden Ohren für breitbandige Störsignale um mehr als 10 dB reduzieren.

Fehlermikrofone können in vielen Anwendungen nicht direkt am Ohr platziert werden. Es wurden daher in verschiedenen Arbeitsgruppen Methoden entwickelt, um die Ruhezone, welche eine Schallreduktion > 10 dB aufweist, in den Bereich der Ohren zu verschieben. Für die Umsetzung der adaptiven Regelung wurden sowohl Eingrößenregelungen (engl. single-input single-output, SISO), Mehrgrößenregelungen (engl. multiple-input multiple-output, MIMO) und sogenannte CICO-Regelungen (engl. combined-input combined-output, CICO) untersucht.

Die drei genannten Regelungskonzepte werden experimentell miteinander verglichen. Betrachtet wird die erzielte Schallreduktion am Ohr, die Größe der Ruhezone und die Anzahl benötigter Berechnungsoperationen pro Abtastschritt der Algorithmen. Für das Experiment werden zwei Gegenschalllautsprecher, zwei Fehlermikrofone, zwei virtuelle Fehlermikrofone und ein Kunstkopf verwendet. Die Ausführung der Algorithmen erfolgt auf einem Echtzeitsystem.

 

DAGA Posterpreis 2017
DAGA Posterpreis 2017

Kontakt:

M.Sc. Jan Buck (ext. Doktorand)

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur für Mechatronik

u.d.L. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Delf Sachau

Fax: (040) 6541-2996
E-Mail: buckj@hsu-hh.de


  • Nutzfläche : 160 m²
  • Schwingtisch und Spannplatte fest installiert
  • Arbeitsplätze für studentische Arbeiten

  • Nutzfläche: 400 m²
  • ANR-Versuchsstand mit einem original A400-Rumpf

 

Einzigartige Forschungshalle für Vibro-Akustik eingeweiht

 

HSU Pressemitteilung 6/2012

Airbus stellt der Helmut-Schmidt-Universität einen A400M-Rumpf für Forschungszwecke zur Verfügung. Ein ausgedienter A400M-Vorserien-Rumpf kommt künftig als Forschungsplattform zum Einsatz. Airbus stellt das 32 Meter lange, 6 Meter breite und etwa 12 Tonnen schwere Bauteil als Versuchsträger zur Verfügung. Mit der Möglichkeit, künftig in einem Original-Flugzeugrumpf als Testlabor unter anderem aktive und passive Konzepten zur Lärmreduzierung weiterzuentwickeln, erfährt der Luftfahrt- und Wissenschaftsstandort Hamburg eine deutliche Stärkung in der Zusammenarbeit verschiedener Forschungsbereiche. Mit Prof. Dr.-Ing. Delf Sachau, Inhaber der Professur für Mechatronik an der HSU, arbeitet Airbus seit Jahren im A400M-Programm erfolgreich zusammen. Von der künftigen Nutzung als Forschungs-Plattform profitieren beide Partner. Airbus stellt den Rumpf zur Verfügung, die HSU ist für Betrieb, Ausbau und Instandhaltung verantwortlich. Beide haben die Möglichkeit, gemeinsam oder mit externen Partner an dem Rumpf zu forschen. „Die Möglichkeit, die Wechselwirkung zwischen Akustik und Struktur am gesamten System untersuchen zu können, ist wohl bislang weltweit einmalig“, freut sich Professor Delf Sachau über die unbefristete Leihgabe von Airbus. “Kooperationen mit Hochschulen sind ein wichtiges Element der Forschungs- und Entwicklungsstrategie von Airbus. Der A400M-Vorserienrumpf wird als wissenschaftlicher Versuchsträger dienen und sowohl Airbus als auch der HSU bedeutende Fortschritte in vielfältigen Projekten ermöglichen. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der HSU“, Jose-Luis Lopez-Diez, Chefingenieur des A400M-Programms bei Airbus. Der Transport des Bauteils vom Airbus-Werk in Bremen zum Campus der HSU war eine logistische Meisterleistung – zu Wasser, zu Lande und in der Luft. Zunächst reiste der Rumpf an Bord eines Beluga-Transportflugzeuges von Bremen nach Hamburg. Dann wurde er mit einer Transportschute vom Airbus-Werksgelände in Hamburg-Finkenwerder nach Billbrook verschifft. Schließlich rollte das Flugzeugbauteil in der Nacht zum 9. Mai auf einem Tieflader an sein Ziel. Dieser Zeitpunkt wurde gewählt, um den Straßenverkehr auf dem Weg von Billbrook zum Universitätsgelände in Jenfeld so wenig wie möglich zu stören. BU: Maßarbeit zwischen Bäumen und Ampelmasten: Der 30 Meter lange Airbus-Rumpf rangiert auf der Kreuzung Rodigallee/Schiffbeker Weg kurz vor dem Ziel in Hamburg-Jenfeld.

A400M Transport(Foto: Reinhard Scheiblich)

Versuchsstand Ende 2013

A400M-Halle(Foto: Reinhard Scheiblich)

  • Nutzfläche: 12 m²
  • Über flexible Öffnung mit schallhartem Raum (10 m²) als Transmissionsprüfstand nutzbar
  • Zertifizierter Schallmessraum nach DIN EN ISO 3745 – Genauigkeitsklasse 1 , fu ≤ 100 Hz

 

Zertifizierter Schallmessraum nach DIN EN ISO 3745 – Genauigkeitsklasse 1 , fu ≤ 100 Hz

  • Nutzfläche: 190 m²
  • ANR-Versuchsstand mit einem Nachbau des Rumpfes eines Mittelstreckenflugzeugs in Originalgröße

Die technische Ausstattung der Professur umfasst u.a.

  • Modulares 174-Kanal Aufzeichnungs-, Analyse- und Messstation (Brüel&Kjaer PULSE)
  • 2 4-Kanal Messtationen (Ono Sokki DS-2000)
  • Kalibratoren für Messmikrofone, Intensitätssonden und Beschleunigungsaufnehmer
  • Schallortungssystem mit akustischer Holographie (Brüel&Kjaer)
  • Diverse Rapid Control Prototyping Systeme für Echtzeitsignalverarbeitung (dSPACE)
  • Software zur System-, Struktur- und Mehrkörperdynamik (MSC NASTRAN/PATRAN, MATLAB/SIMULINK, COMSOL MULTI-PHYSICS, SIMPACK)
  • Kunstkopf für realitätsnahes Hörempfinden (HEAD acoustics)
  • Scanning-Laser-Vibrometer (Polytec)
  • Volumenschall- und Volumenschnellequelle (Brüel&Kjaer)
  • Beschallungssysteme
  • Adamson: 16 B118-Tieftöner
  • Klein+Hummel: je 2 PRO X SUB L und X12/80
  • d&b audiotechnik: je 2 E15-XSub und E12
  • Piezoverstärkertechnik (PI)
  • Diverse Mess- und Spezialmikrofone
  • 1D- und 3D-Sonden zur Messung der akustischen Partikelschnelle (Microflown)
  • Intensitätsmesssonde (Brüel&Kjaer)
  • Diverse Beschleunigungs- und Kraftaufnehmer für Strukturdynamikmessungen
  • Elektrodynamische Shaker verschiedener Größen
  • geräuschgedämmter Behälter nach DIN EN 60268-4
  • Impedanzmessrohr nach EN ISO 10534-2 zur Bestimmung akustischer Werkstoffkennwerte
  • Robotik zur Schallfeldkartierung
  • Rotorversuchsstände
  • ZWICK Zugprüfmaschine ± 10kN
  • Klasse-1-Handschallpegelmesser (NTi audio XL2)

 

Kontakt: Dipl.-Ing. Kai Simanowski, simanowski@hsu-hh.de

HSU

Letzte Änderung: 27. März 2019