Berechnung des Knallteppichs von Überschall-Flugtrajektorien

Calculation of Sonic-Boom Carpets of Super-Sonic Flight-Routing

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Dokumentart: Diplomarbeit, Magisterarbeit, Master Thesis
Institut: Department Maschinenbau und Produktion
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum:
SWD-Schlagwörter: Überschallflug , Fliegen , Überschallknall , Druckwelle , Schall
Freie Schlagwörter (Deutsch): Fernfeldpropagation von Schall
Freie Schlagwörter (Englisch): Super Sonic Flight, Sonic Boom, Far-Field Propagation of Sound
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Kurzfassung auf Deutsch:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbindung von der Berechnung von Schallpropagation im Fernfeld mit der Überschall-Flugtrajektorienplanung. Dazu wird der Überschallknall eines Flugzeugs als Geräusch zur Propagation betrachtet. Im Programm MATLAB® wird ein Algorithmus programmiert, der aus reellen Atmosphären-Daten und Flugtrajektorien-Daten das Areal unter der Flugtrajektorie bestimmt, indem der Schall hörbar ist. Dies wird als Knallteppich bezeichnet. Hierfür wird mittels der Schallspurentheorie der optischen Akustik die Ausbreitung des Schalls berechnet, um die Grenzen des Knallteppichs zu ermitteln. Der Vergleich der Berechnungsergebnisse mit Resultaten von Arbeiten wissenschaftlicher Institute bestätigt die Korrektheit der Umsetzung des mathematischen Modells in der Programmierung. Eine exemplarische Berechnung eines Knallteppichs, unter dem Einfluss von Atmosphären aus unterschiedlichen Jahreszeiten, zeigt den Einfluss der atmosphärischen Bedingungen auf. Mittels dieser Ergebnisse wird die Überschall-Flugtrajektorie bewertet. Im Rahmen der Bewertung kann eine Anpassung der Trajektorienplanung vorgenommen werden. Es treten Singularitäten in der Knallteppichberechnung auf, die eine Komplikation des Algorithmus in Bodennähe andeuten. Die Ergebnisse des Programms können dennoch gut verwendet werden, da die Singularitäten eindeutig sind und in der Auswertung analysiert und bewertet werden können.

Kurzfassung auf Englisch:

Topic of the Thesis is the connection of calculating the sound propagation in the far field with super-sonic flight trajectory planning. The sonic boom of a plane is regarded as the sound. A program is created in MATLAB® which calculates the area under the flight trajectory in which the sound can be heard. This is the super sonic boom carpet. For that data about real atmospheric conditions and flight trajectory data is used. The Borders of the super sonic boom carpet are calculated with sonic ray theory of optical acoustics. The comparison of results from the program with calculations of research institutes gives a validation of the programmed algorithm. A calculation of the super sonic boom carpet shows the influences of atmospheric conditions. With these results the trajectory can be analyzed and assessed which leads to corrections and optimization of the trajectory. Singularities are appearing in the calculation of the carpet that indicate complications in the computation of the sonic rays close to the ground. Nevertheless, the results of the computations can be used. The distinct singularities can be analyzed in the assessment of the super-sonic flight trajectories.

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