Geavanceerd propellerontwerp maakt elektrische luchtvaart minder lawaaierig

De elektrische luchtvaart staat voor een dilemma: hoe energiezuiniger een elektrisch vliegtuig is, hoe luidruchtiger het wordt. Nu hebben onderzoekers van Chalmers University of Technology, Zweden, een optimalisatiemethode voor het ontwerp van propellers ontwikkeld die de weg vrijmaakt voor stille, efficiënte elektrische luchtvaart.

Voor de elektrificatie van de luchtvaart, wordt vooralsnog vooral gekeken naar elektrische propellervliegtuigen die kortere afstanden afleggen. Zij worden beschouwd als het meest efficiënte voortstuwingssysteem voor korte vluchten. Deze vliegtuigen zullen echter op lage hoogte moeten vliegen, met geluidsoverlast meer dan alleen de inzittenden tot gevolg.

Dilemma

De ambitie om elektrische vliegtuigen te ontwikkelen die zowel stil als energiezuinig zijn, wordt enigszins gedwarsboomd door een afwegingsprobleem.

“We zien dat hoe meer bladen een schroef heeft, hoe lager de geluidsemissie. Maar met minder bladen wordt de voortstuwing efficiënter en kan het elektrische vliegtuig langer vliegen. In die zin is er een afweging tussen energie-efficiëntie en geluid. Dit vormt een soort obstakel voor elektrische vliegtuigen die zowel stil als efficiënt zijn”, zegt universitair hoofddocent Hua-Dong Yao.

Nu zijn Hua-Dong Yao en zijn onderzoekscollega’s erin geslaagd om het geluid te isoleren dat optreedt aan de punt van de propellerbladen (tip vortices), een bekende maar minder goed onderzochte geluidsbron. Zo konden ze de rol ervan begrijpen ten opzichte van andere geluidsbronnen die door propellerbladen worden gegenereerd.

Door een reeks propellerparameters aan te passen, zoals de spoedhoek, de lengte van de koorden en het aantal bladen, vond het team een manier om het ontwerp van de propeller te optimaliseren en de wisselwerking tussen efficiëntie en geluid te compenseren. De methode, beschreven in de studie gepubliceerd in het tijdschrift Aerospace, kan nu worden gebruikt in het ontwerpproces van stillere propellers voor toekomstige elektrische vliegtuigen.

6 bladen

“Moderne vliegtuigpropellers hebben meestal twee tot vier bladen, maar we hebben ontdekt dat je door zes bladen te gebruiken die zijn ontworpen met behulp van ons optimalisatieraamwerk, een propeller kunt ontwikkelen die zowel relatief efficiënt als stil is. De propeller bereikt een geluidsreductie van maximaal 5-8 dBA* met slechts 3,5 procent stuwkrachtverlies, in vergelijking met een propeller met drie bladen. Dat is vergelijkbaar met de ruisonderdrukking van iemand die overgaat van spreken met een normale gespreksstem naar het geluid dat je zou horen in een stille kamer”, zegt Hua-Dong Yao.

* A-gewogen decibel (dBA of dB(A)) is een uitdrukking van de relatieve luidheid van geluiden zoals waargenomen door het menselijk oor. A-weging geeft meer waarde aan frequenties in het middenbereik van het menselijk gehoor en minder waarde aan frequenties aan de randen in vergelijking met een vlakke audio-decibelmeting. A-weging is de norm voor het vaststellen van gehoorschade en geluidsoverlast.