Luftföroreningar från flygplan - Aircraft noise pollution

Bullerkarta över Berlin Tegel flygplats

Flygplanets bullerförorening avser buller som produceras av flygplan under flygning som har förknippats med flera negativa stressmedierade hälsoeffekter, från sömnstörningar till kardiovaskulära. Regeringar har antagit omfattande kontroller som gäller för flygplanskonstruktörer, tillverkare och operatörer, vilket resulterar i förbättrade förfaranden och minskade föroreningar.

Ljudproduktion är indelad i tre kategorier:

  • Mekaniskt ljud - rotation av motordelarna, mest märkbart när fläktblad når supersoniska hastigheter.
  • Aerodynamiskt ljud - från luftflödet runt flygplanets ytor, särskilt när man flyger lågt i höga hastigheter.
  • Buller från flygplanssystem - cockpit- och kabintrycks- och konditioneringssystem och hjälpkrafter.

Mekanismer för ljudproduktion

Bullergenererande flygplanspropeller

Luftfartygsbuller är bullerföroreningar som produceras av ett flygplan eller dess komponenter, oavsett om de är parkerade på marken, till exempel hjälpenheter, medan de taxar, vid uppkörning från propeller och jetavgaser, vid start, under och i sidled till avgångs- och ankomstvägar överflygning under resan eller under landning. Ett rörligt flygplan inklusive jetmotorn eller propellern orsakar kompression och sällsamhet i luften, vilket ger rörelse av luftmolekyler. Denna rörelse förökar sig genom luften som tryckvågor. Om dessa tryckvågor är tillräckligt starka och inom det hörbara frekvensspektrumet uppstår en känsla av hörsel. Olika flygplanstyper har olika ljudnivåer och frekvenser. Bullret kommer från tre huvudkällor:

  • Motor och annat mekaniskt ljud
  • Aerodynamiskt ljud
  • Buller från flygsystem

Motor och annat mekaniskt ljud

NASA -forskare vid Glenn Research Center utförde tester på jetmotorbrus 1967

Mycket av bullret i propellerflygplan kommer lika mycket från propellrarna och aerodynamiken. Helikopterbrus är aerodynamiskt inducerat buller från huvud- och svansrotorerna och mekaniskt inducerat buller från huvudväxellådan och olika transmissionskedjor. De mekaniska källorna producerar smala band med hög intensitetstoppar relaterade till rotationshastigheten och rörelsen hos de rörliga delarna. I datormodelleringstermer kan brus från ett flygplan i rörelse behandlas som en linjekälla .

Flyggasturbinmotorer ( jetmotorer ) är ansvariga för mycket av flygplanets buller under start och klättring, till exempel buzzsaw -ljudet som genereras när fläktbladens spetsar når supersonisk hastighet. Men med framsteg inom brusreduceringstekniker är flygplanet vanligtvis mer bullrigt under landning.

Majoriteten av motorljudet beror på jetbrus-även om turbofan med höga förbikopplingsförhållanden har betydande fläktljud. Höghastighetsstrålen som lämnar motorns baksida har en inneboende skjuvskiktinstabilitet (om den inte är tillräckligt tjock) och rullar ihop till ringvirvlar. Detta bryts senare ner i turbulens. SPL i samband med motorbrus är proportionell mot jethastigheten (mot hög effekt). Därför kommer även blygsamma minskningar av avgashastigheten att ge en stor minskning av jetbrus.

Motorer är den främsta källan till flygplanets buller. Det utrustade Pratt & Whitney PW1000G hjälpte till att minska bullernivåerna i Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ och Embraer E-Jet E2 crossover- smalkroppsflygplan : växellådan låter fläkten snurra med en optimal hastighet, vilket är en tredjedel av LP-turbins hastighet , för lägre fläktspetshastigheter. Den har ett 75% mindre brusavtryck än nuvarande ekvivalenter. Den PowerJet SaM146 i Sukhoi Superjet 100 har 3D aerodynamiska fläktblad och ett maskinhus med en lång blandad kanalflödesmunstycke för att minska buller.

Aerodynamiskt ljud

Utplacerade landningsställ och vingflikar av en 747

Aerodynamiska bullret uppstår från luftflödet runt flygplansflygkroppen och styrytor. Denna typ av buller ökar med flygplanets hastighet och även på låga höjder på grund av luftens densitet. Jetdrivna flygplan skapar intensivt ljud från aerodynamik . Lågflygande, höghastighets militära flygplan producerar särskilt högt aerodynamiskt buller.

Formen på näsan, vindrutan eller taket på ett flygplan påverkar ljudet som produceras. Mycket av bullret från ett propellerflygplan är av aerodynamiskt ursprung på grund av luftflödet runt bladen. De helikopter huvud- och stjärtrotorer ger också upphov till aerodynamiskt buller. Denna typ av aerodynamiskt brus är mestadels lågfrekvent bestämd av rotorhastigheten.

Normalt genereras buller när flöde passerar ett föremål på flygplanet, till exempel vingarna eller landningsstället. Det finns i stort sett två huvudtyper av flygbrus:

  • Bluff Body Noise-den alternerande virveln som skjuter från vardera sidan av en bluffkropp , skapar lågtrycksregioner (i kärnan i de skjulda virvlarna) som manifesterar sig som tryckvågor (eller ljud). Det separerade flödet runt bluffkroppen är ganska instabilt, och flödet "rullar ihop" till ringvirvlar - som senare bryts ner till turbulens.
  • Kantbrus - när turbulent flöde passerar änden av ett föremål eller luckor i en struktur (luckor med hög lyftanordning) hörs de tillhörande fluktuationerna i trycket när ljudet sprider sig från objektets kant (radiellt nedåt).

Buller från flygsystem

Den APU avgas på en Boeing 787 svans, med intag panel öppen

Cockpit och kabintrycksättning och konditionering är ofta en viktig bidragsgivare inom hytter både civila och militära flygplan. En av de viktigaste källorna till kabinbuller från kommersiella jetflygplan, förutom motorerna, är dock Auxiliary Power Unit (APU), en inbyggd generator som används i flygplan för att starta huvudmotorerna, vanligtvis med tryckluft , och att tillhandahålla elektrisk kraft medan flygplanet är på marken. Andra interna flygplan kan också bidra, till exempel specialiserad elektronisk utrustning i vissa militära flygplan.

Hälsoeffekter

Flygplan marshallare bär hörselskydd
Ytterligare information: Hälsoeffekter av buller

Flygmotorer är den största bullerkällan och kan överstiga 140 decibel (dB) under start. Medan de är i luften är de främsta bullerkällorna motorerna och höghastighetsturbulensen över flygkroppen.

Det finns hälsokonsekvenser av förhöjda ljudnivåer . Förhöjd arbetsplats eller annat buller kan orsaka hörselnedsättning , högt blodtryck , ischemisk hjärtsjukdom , irritation , sömnstörningar och minskade skolprestationer. Även om viss hörselnedsättning uppstår naturligt med åldern, är effekterna av buller i många utvecklade länder tillräckliga för att försämra hörseln under en livstid. Förhöjda ljudnivåer kan skapa stress, öka antalet olyckor på arbetsplatsen och stimulera aggression och andra asociala beteenden. Flygplatsbuller har kopplats till högt blodtryck. Flygplanets buller ökar risken för hjärtinfarkt .

Tysk miljöstudie

En storskalig statistisk analys av hälsoeffekterna av flygbuller utfördes i slutet av 2000-talet av Bernhard Greiser för Umweltbundesamt , Tysklands centrala miljökontor. Hälsodata från över en miljon invånare runt Köln flygplats analyserades för hälsoeffekter som korrelerar med flygbuller. Resultaten korrigerades sedan för andra bullerpåverkan i bostadsområdena och för socioekonomiska faktorer för att minska eventuell snedvridning av data.

Den tyska studien drog slutsatsen att flygplanets buller tydligt och avsevärt försämrar hälsan. Till exempel, en genomsnittlig ljudtrycksnivå på 60 decibel över dagen, vilket ökar kranskärlssjukdomen med 61% hos män och 80% hos kvinnor. Som en annan indikator ökade en genomsnittlig ljudtrycksnivå på 55 decibel natten risken för hjärtinfarkt med 66% hos män och 139% hos kvinnor. Statistiskt signifikanta hälsoeffekter började dock redan från en genomsnittlig ljudtrycksnivå på 40 decibel .

FAA -råd

Federal Aviation Administration ( FAA ) reglerar den maximala ljudnivån som enskilda civila flygplan kan släppa ut genom att kräva att flygplan uppfyller vissa bullercertifieringsstandarder. Dessa standarder betecknar förändringar i maximala ljudnivåkrav med "scen" -beteckning. De amerikanska bullernormerna definieras i Code of Federal Regulations (CFR) Avdelning 14 Del 36 - Bullerstandarder: Luftfartygstyp och luftvärdighetscertifiering (14 CFR Del 36). FAA säger att en maximal genomsnittlig ljudnivå på dag och natt på 65 dB är oförenlig med bostadsområden. Samhällen i drabbade områden kan vara berättigade till lindring som ljudisolering.

Kabinsljud

Typisk passagerarflygplanskabinen

Flygplanets buller påverkar också personer i flygplanet: besättning och passagerare. Kabinljud kan studeras för att hantera yrkesmässig exponering och hälsa och säkerhet för piloter och flygvärdinnor. År 1998 undersöktes 64 kommersiella flygpiloter angående hörselnedsättning och tinnitus . År 1999 genomförde NIOSH flera bullerundersökningar och hälsoriskutvärderingar och fann att bullernivåerna översteg den rekommenderade exponeringsgränsen på 85 A-viktade decibel som en 8-timmars TWA . 2006 har bullernivåerna inne i en Airbus A321 under kryssning rapporterats till cirka 78 dB (A) och under taxi när flygplanets motorer ger minimal dragkraft har bullernivåerna i kabinen registrerats vid 65 dB (A). År 2008 fann en studie av svenska flygbolags kabinpersonal genomsnittliga ljudnivåer mellan 78–84 dB (A) med maximal A-vägd exponering på 114 dB men fann inga större hörselgränser. År 2018 fann en studie av ljudnivåer uppmätta på 200 flygningar som representerar sex flyggrupper medieljudnivå på 83,5 db (A) med nivåer som når 110 dB (A) på vissa flygningar, men endast 4,5% överskred NIOSH rekommenderade 8-timmars TWA 85 dB (A).

Kognitiva effekter

Simulerat flygbuller vid 65 dB (A) har visat sig negativt påverka individers minne och återkallande av hörselinformation. I en studie som jämförde effekten av flygplanets buller med alkoholens effekt på kognitiv prestanda, fann man att simulerat flygbuller vid 65 dB (A) hade samma effekt på individers förmåga att återkalla hörselinformation som berusad med en blodalkohol. Koncentrationsnivå (BAC) på 0,10. En BAC på 0,10 är dubbelt den lagliga gränsen som krävs för att driva ett motorfordon i många utvecklade länder som Australien.

Begränsningsprogram

Se även: Bullerdämpning
Isolerad inglasning ger ljudreducering

I USA, sedan flygbuller blev en offentlig fråga i slutet av 1960 -talet, har regeringar antagit lagstiftningskontroller. Flygplanskonstruktörer, tillverkare och operatörer har utvecklat tystare flygplan och bättre driftsförfaranden. Moderna high-bypass- turbofanmotorer är till exempel tystare än turbojets och low-bypass-turbofan på 1960-talet. För det första uppnådde FAA Aircraft Certification bullerminskningar som klassificerades som "Steg 3" -flygplan; som har uppgraderats till "Stage 4" bullercertifiering vilket resulterar i tystare flygplan. Detta har resulterat i lägre bullerexponeringar trots ökad trafiktillväxt och popularitet.

På 1980 -talet bemyndigade den amerikanska kongressen FAA att utarbeta program för att isolera hem nära flygplatser. Även om detta inte tar upp det externa bullret, har programmet varit effektivt för bostadsinredning. Några av de första flygplatserna där tekniken tillämpades var San Francisco International Airport och San Jose International Airport i Kalifornien. En datormodell används som simulerar effekterna av flygbuller på byggnadsstrukturer. Variationer av flygplanstyp, flygmönster och lokal meteorologi kan studeras. Sedan kan fördelarna med att bygga om eftermonteringsstrategier som uppgradering av tak, förbättring av fönsterrutor, förvirring av eldstäder, tätning av konstruktionssömmar.

Förordning

Helikoptrar steg 2 Brusstandard: tillvägagångssätt

Etapper definieras i US Code of Federal Regulations (CFR) Avdelning 14 Del 36. För civila jetflygplan är USA: s FAA Steg 1 det högsta och Steg 4 är tystare. Steg 3 krävdes för alla stora jet- och turbopropflygplan på amerikanska civila flygplatser från år 2000, och minst steg 2 för under 75 000 lb (34 t) MTOW -jetflygningar fram till den 31 december 2015. Det föregående var etapp 4 för stora flygplan, motsvarande ICAO bilaga 16, volym 1 kapitel 4 -standarder, medan det strängare kapitel 14 trädde i kraft den 14 juli 2014 och antogs av FAA som steg 5 från den 14 januari 2016, gällande för nya typcertifikat från och med den 31 december, 2017 eller 31 december 2020 beroende på vikt.

USA tillåter både de högre steg 1 och tysta steg 2 -helikoptrarna . Den tystaste helikopterbrusstandarden i steg 3 trädde i kraft den 5 maj 2014 och överensstämmer med ICAO kapitel 8 och kapitel 11.

ICAO bullerstandarder
Kapitel År Ch. 3 Marginal Typer
ingen innan ingen Boeing 707 , Douglas DC-8
2 1972 ~+16 dB B727 , DC-9
3 1978 baslinje 737 Classic
4 (steg 4) 2006 -10 dB B737NG , A320 , B767 , B747-400
14 (steg 5) 2017/2020 -17 dB A320 , B757 , A330 , B777 , A320neo , B737 MAX , A380 , A350 , B787

Nattflygningsrestriktioner

På flygplatserna Heathrow , Gatwick och Stansted i London , Storbritannien och Frankfurt flygplats i Tyskland gäller nattflygningsrestriktioner för att minska bullerexponeringen på natten.

Satellitbaserade navigationssystem

En rad försök genomfördes på Londons flygplats Heathrow, mellan december 2013 och november 2014, som en del av Storbritanniens "Future Airspace Strategy" och det europeiska " Single European Sky " -moderniseringsprojektet. Försöken visade att det med satellitbaserade navigationssystem var möjligt att erbjuda bullerdämpning till fler omgivande samhällen, även om detta ledde till en betydande oväntad ökning av bullerklagomål (61 650) på grund av de koncentrerade flygvägarna. Studien visade att brantare vinklar för start och landning ledde till att färre människor upplevde flygbuller och att ljudavlastning kunde delas genom att använda mer exakta flygvägar, vilket möjliggör kontroll av bulleravtrycket från avgående flygplan. Bullerdämpning kan förbättras genom att byta flygväg, till exempel genom att använda en flygväg på morgonen och en annan på eftermiddagen.

Teknologiska framsteg

Motordesign

Moderna High-bypass- turbofan är inte bara mer bränsleeffektiva , utan också mycket tystare än äldre turbojet- och low-bypass-turbofanmotorer. På nyare motorer reducerar bullerreducerande chevrons ytterligare motorns buller, medan på äldre motorer används användning av tysta kit för att minska deras alltför höga buller.

Motorplats

Turbofans monterade ovanför vingen på en modell Boeing X-48

Möjligheten att minska buller kan vara begränsad om motorer förblir under flygplanets vingar. NASA förväntar sig en kumulativ 20–30 dB under steg 4 -gränserna 2026–2031, men att hålla flygbuller inom flygplatsens gränser kräver minst 40–50 dB minskning. Landningsredskap , vinglameller och vingflikar ger också buller och kan behöva skyddas från marken med nya konfigurationer. NASA hittade övervingar och mellanfuselage-naceller kan minska buller med 30–40 dB, till och med 40–50 dB för hybridvingekropp, vilket kan vara avgörande för öppna rotorer.

Fram till 2020 kan helikopterteknik som nu utvecklas, plus nya förfaranden minska bullernivåerna med 10 dB och bulleravtryck med 50%, men fler framsteg behövs för att bevara eller utöka helikopterplatser . Paketleverans UAS kommer att behöva karakterisera deras buller, fastställa gränser och minska deras påverkan.

Se även

Allmän:

Referenser

externa länkar