CH713630B1 - Computer-implemented noise level simulation method and computer-readable medium and computer system therefor. - Google Patents

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CH713630B1
CH713630B1 CH00411/17A CH4112017A CH713630B1 CH 713630 B1 CH713630 B1 CH 713630B1 CH 00411/17 A CH00411/17 A CH 00411/17A CH 4112017 A CH4112017 A CH 4112017A CH 713630 B1 CH713630 B1 CH 713630B1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Errechnen eines Lärmpegels, der einem Luftfahrzeug als Schallquelle (S), insbesondere einem Flugzeug, das sich bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt (R) entlang einer definierten Bahnkurve (116) bewegt, erzeugt wird, für wenigstens einen Empfangspunkt (R), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Schallausbreitungsmodells für einen Luftraum, der sich zwischen dem wenigstens einen Empfangspunkt und wenigstens einer erwarteten Bahnkurve (115), entlang welcher die Schallquelle sich bezogen auf den Empfangspunkt voraussichtlich bewegt, erstreckt; Errechnen des Lärmpegels durch Eingeben der definierten Bahnkurve (116) in das Schallausbreitungsmodell und Berechnen einer Schallausbreitung zwischen der Schallquelle (S) und dem wenigstens einen Empfangspunkt (R) für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten (114), die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind, wobei die Schallausbreitung basierend auf wenigstens einem Schallemissionswert der Schallquelle berechnet wird und der wenigstens eine Schallemissionswert in Abhängigkeit von einem Schallabstrahlungsmuster, das einem Typ der Schallquelle für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten, die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind, zugeordnet ist, berechnet wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, das computerlesbare Anweisungen enthält, um einem Computer zu ermöglichen, ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Abschliessend betrifft die vorliegende Erfindung ein Computersystem, das Mittel mit Auweisungen um ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchzuführen.The present invention relates to a method for calculating a noise level that is generated in an aircraft as a sound source (S), in particular an aircraft that moves along a defined trajectory (116) based on the at least one receiving point (R), for at least one Reception point (R), the method comprising the following steps: providing a sound propagation model for an air space which extends between the at least one reception point and at least one expected trajectory (115) along which the sound source is expected to move relative to the reception point; Calculating the noise level by entering the defined trajectory (116) into the sound propagation model and calculating a sound propagation between the sound source (S) and the at least one receiving point (R) for each of a number of different sound source locations (114) which are arranged along the defined trajectory , wherein the sound propagation is calculated based on at least one sound emission value of the sound source and the at least one sound emission value is calculated as a function of a sound radiation pattern which is assigned to a type of sound source for each of a number of different sound source locations which are arranged along the defined trajectory . The present invention also relates to a computer-readable medium containing computer-readable instructions to enable a computer to carry out a method according to the present invention. Finally, the present invention relates to a computer system, the means with instructions to carry out a method according to the present invention.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerinplementiertes Verfahren zum Errechnen eines Lärmpegels, der von einer Schallquelle, insbesondere einem Flugzeug, das sich bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt entlang einer definierten Bahnkurve bewegt, erzeugt wird, für wenigstens einen Empfangspunkt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, das computerlesbare Anweisungen enthält. Abschliessend betrifft die vorliegende Erfindung ein Computersystem. The present invention relates to a computer-implemented method for calculating a noise level that is generated by a sound source, in particular an aircraft, which is moving with respect to the at least one receiving point along a defined trajectory, for at least one receiving point. The present invention also relates to a computer-readable medium that contains computer-readable instructions. Finally, the present invention relates to a computer system.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Unter den gegenwärtig bestehenden Umständen in dicht besiedelten Gebieten wie beispielsweise Europa unterliegen Verkehrssteuerung und -planung zahlreichen sie beeinflussenden Faktoren. Einer dieser Einflussfaktoren, der eine grosse Bedeutung besitzt und mit zunehmender Sensibilität behandelt wird, sind vom Verkehr verursachte Lärmpegel, wie diese von der Öffentlichkeit in Wohn- und Gewerbegebieten wahrgenommen werden. Insbesondere beim Luftverkehr bestimmen von Flugzeugen als Schallquelle erzeugte Lärmpegel, die in Gebieten in Flughafennähe wahrgenommen werden, die öffentliche Akzeptanz von bereits existierenden oder geplanten Start- oder Landerouten, d. h. Bahnen der Flugzeuge während Starts und Landungen. In the current circumstances in densely populated areas such as Europe, traffic control and planning are subject to numerous factors influencing them. One of these influencing factors, which is of great importance and is being treated with increasing sensitivity, are the noise levels caused by traffic, as they are perceived by the public in residential and commercial areas. Particularly in the case of air traffic, noise levels generated by aircraft as a source of noise and perceived in areas near the airport determine the public acceptance of existing or planned take-off or landing routes, i. H. Aircraft trajectories during take-offs and landings.

[0003] Die Steuerung und Planung solcher Bahnen wird darüber hinaus insbesondere für den Verkehr dadurch verkompliziert, dass die Passaglerzahlen pro Jahr stetig zunehmen. Im Jahr 2016 benutzten weltweit ungefähr 3,5 Milliarden Passagiere ein Flugzeug. Schätzungen besagen, dass innerhalb von 20 Jahren, das heisst bis zum Jahr 2036, die Anzahl an Passagieren im Luftverkehr auf etwa 7 Millionen Passagiere pro Jahr ansteigen wird. Damit wird höchstwahrscheinlich auch die Anzahl an Starts und Landungen steigen, da die Passagierzahlen mehr oder weniger proportional zunehmen. [0003] The control and planning of such railways is moreover complicated, especially for traffic, in that the number of passengers is steadily increasing each year. In 2016, around 3.5 billion passengers worldwide used an aircraft. It is estimated that within 20 years, i.e. by 2036, the number of passengers in air traffic will increase to around 7 million passengers per year. This will most likely also increase the number of take-offs and landings, as the number of passengers increases more or less proportionally.

[0004] Aus technischer Sicht sind die Bahnen von Flugzeugen während Starts und Landungen im Allgemeinen statisch abhängig von gewissen individuellen Bedingungen eines jeweiligen Flughafens und seines Umfelds, beispielsweise der Ausrichtung und Länge von Landebahnen, oder geologischen Bedingungen wie Bergen, Hügeln etc. Weiterhin ergibt sich aus technischer Sicht eine dynamische Abhängigkeit der Bahnen aus gewissen zeitlichen Bedingungen wie Witterungsbedingungen und Verkehrslast. Neben diesen technischen Bedingungen müssen die Bahnen gesetzliche Bedingungen einhalten, die durch geographische Parameter wie internationale Grenzen und weitere Begrenzungen, beispielsweise Militärgebiete, sowie zeitliche Parameter wie Nachtflugverbote vorgegeben sind. From a technical point of view, the trajectories of aircraft during takeoffs and landings are generally statically dependent on certain individual conditions of a particular airport and its surroundings, for example the orientation and length of runways, or geological conditions such as mountains, hills, etc. Furthermore, it results From a technical point of view, a dynamic dependence of the railways on certain temporal conditions such as weather conditions and traffic load. In addition to these technical conditions, the railways must comply with legal requirements that are specified by geographical parameters such as international borders and other restrictions, for example military areas, as well as time parameters such as night flight bans.

[0005] Insbesondere letztere werden hauptsächlich durch zulässige Lärmpegel in der Nähe von Flughäfen auferlegt. Die Diskussion um Flugbahnen, Insbesondere Start- und Landungsrouten, erfolgt bereits heute zwischen Flughafenbetreibem und Fluglinien auf der einen Seite und der Öffentlichkeit auf der Gegenseite sehr emotional, wobei Politiker als Drittpartei irgendwo dazwischen stehen. Da der Kurs von Flugzeugen und damit ihre Bahnen mehr oder weniger durch vordefinierte Start- und Landerouten vorgegeben sind und Routen Grenzen zwischen National- und Bundesstaaten überqueren, finden die jeweiligen Diskussionen auf einer internationalen Ebene statt. The latter in particular are mainly imposed by permissible noise levels in the vicinity of airports. The discussion about flight paths, especially take-off and landing routes, is already very emotional today between airport operators and airlines on the one hand and the public on the other, with politicians as a third party somewhere in between. Since the course of aircraft and thus their paths are more or less predetermined by predefined take-off and landing routes and routes cross borders between national and federal states, the respective discussions take place on an international level.

[0006] Aufgrund der hohen Emotionalität sind solche Diskussionen und damit auch die Planung und Steuerung der Bahnen mühselig und zeitaufwendig. Die an der Diskussion beteiligten Parteien sind oft nicht in der Lage, Lösungen oder Kompromisse zu finden, da objektive Daten zu Lärmpegeln in betroffenen Wohn- und Gewerbegebieten fehlen. Stattdessen erfolgen die Diskussionen auf Grundlage blosser Annahmen und subjektiver Interpretationen möglicher Lärmpegel in Bezug auf Empfangspunkte. Because of the high level of emotionality, such discussions and thus also the planning and control of the railways are laborious and time-consuming. The parties involved in the discussion are often unable to find solutions or compromises because there is a lack of objective data on noise levels in affected residential and commercial areas. Instead, the discussions are based on mere assumptions and subjective interpretations of possible noise levels in relation to reception points.

[0007] Eine Versachlichung der Diskussionen ist wünschenswert, um den Entscheidungsfindungsprozess zu verschlanken und ihn transparenter zu machen, um gerechte Entscheidungen, bei denen sich keine Partei übergangen fühlt, treffen zu können und somit die Planungssicherheit zu erhöhen und Kosten und Aufwand zu sparen. An objectification of the discussions is desirable in order to streamline the decision-making process and make it more transparent, in order to be able to make fair decisions in which neither party feels ignored, and thus to increase planning security and to save costs and effort.

[0008] Eine Möglichkeit zum Bereitstellen einer Grundlage für objektive Entscheidungen ist die Berechnung von durch Flugzeuge verursachten Lärmpegeln an bestimmten Empfangspunkten. Fluglärmberechnungen nach dem Stand der Technik werden weltweit bereits als essentielle Werkzeuge für Landnutzungsplanung und -steuerung eingesetzt. Sie ermöglichen das Beurteilen und Optimieren von Lärmminderungsverfahren für eine ruhigere Umgebung. Beide Themen stellen wichtige Elemente des „Ausgewogenen Ansatzes zur Verminderung von Fluglärm“ (Balanced Approach to Aircraft Noise) der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO dar. Das erste Element ist durch herkömmliche Immissionsmodelle, die entwickelt werden, um den Schallpegel am Empfänger zu errechnen, bereits gut etabliert. Zu diesem Zweck werden international harmonisierte Verfahren wie die Publikationen ICAO Doc. 9911 bzw. ECAC Doc. 29 verwendet, es finden jedoch auch nationale Richtlinien wie AZB in Deutschland und nationale Programme wie FLULA2 In der Schweiz Anwendung. Beim letztgenannten Element sind differenziertere Modelle, die die Schallquelle und Ausbreitung separat beschreiben, notwendig, um einzelne Flüge genau zu berechnen. ANOPP, SIMUL und PANAM sind momentan verfügbare Programme, die diese Bedingung erfüllen. Sie alle nutzen ähnliche halbempirische Emissionsmodelle in ihrem Rahmenwerk, um die Hauptquellen eines Flugzeugs zu beschreiben. One way of providing a basis for objective decisions is the calculation of noise levels caused by aircraft at certain reception points. State-of-the-art aircraft noise calculations are already being used worldwide as essential tools for land use planning and control. They enable the assessment and optimization of noise abatement procedures for a quieter environment. Both topics represent important elements of the “Balanced Approach to Aircraft Noise” of the International Civil Aviation Organization ICAO. The first element is already well established through conventional immission models that are developed to calculate the noise level at the receiver . For this purpose, internationally harmonized procedures such as the publications ICAO Doc. 9911 or ECAC Doc. 29 is used, but national guidelines such as AZB in Germany and national programs such as FLULA2 in Switzerland also apply. With the latter element, more differentiated models, which describe the sound source and propagation separately, are necessary in order to precisely calculate individual flights. ANOPP, SIMUL and PANAM are currently available programs that meet this requirement. They all use similar semi-empirical emission models in their framework to describe the main sources of an aircraft.

[0009] Immissionsmodelle für die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben und differenzierte halbempirische Modelle zu wissenschaftlichen Zwecken weisen jedoch bei der Bewertung von Lärmminderungsverfahren Einschränkungen auf. Beispielsweise wird der Einfluss der Geschwindigkeit des Flugzeugs oder seiner Konfiguration auf Schallemission bei der Lärmprognose durch Emissionsmodelle nicht berücksichtigt und fehlt somit bei der Berechnung der jeweiligen Immissionen, was eine erhebliche Einschränkung darstellt. Darüber hinaus wird die Akustikbeschreibung auf verallgemeinerte Spektralklassen vereinfacht (Doc. 9911/ Doc. 29) oder an einer Standardatmosphäre festgemacht (FLULA2), was in beiden Fällen die Modellunsicherheit erhöht. Diese Unzulänglichkeiten spielen bei Emissionsmodellen, die Spektren und Richtwirkung jeder Quelle in grosser Detailtiefe prognostizieren, keine Rolle. Diese erfordern jedoch eine sehr detaillierte Eingabe von Geometriedaten sowie physikalischen Flugparametern (z. B. primäre Strahlgeschwindigkeit oder Luftstrommasse) für genaue Prognosen. Ein weiterer Nachteil von Lärmberechnungsprogrammen nach dem Stand der Technik ist die eingeschränkte Zugänglichkeit dieser Programme für andere Nutzer sowie eine sehr eingeschränkte Datenbasis. [0009] Immission models for compliance with legal requirements and differentiated semi-empirical models for scientific purposes, however, have limitations in the evaluation of noise reduction methods. For example, the influence of the speed of the aircraft or its configuration on noise emissions is not taken into account in the noise forecast by means of emission models and is therefore not included in the calculation of the respective immissions, which is a considerable limitation. In addition, the acoustics description is simplified to generalized spectral classes (Doc. 9911 / Doc. 29) or attached to a standard atmosphere (FLULA2), which increases the model uncertainty in both cases. These inadequacies play no role in emission models that predict the spectra and directivity of each source in great detail. However, these require very detailed input of geometry data and physical flight parameters (e.g. primary jet speed or air flow mass) for accurate forecasts. Another disadvantage of noise calculation programs according to the prior art is the limited accessibility of these programs for other users and a very limited database.

KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION

[0010] Es ist ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, wenigstens einige dieser Nachteile und Unzulänglichkeiten von oben beschriebenen Lärmberechnungsprogrammen nach dem Stand der Technik zu beheben. It is a concern of the present invention to remedy at least some of these disadvantages and shortcomings of the prior art noise calculation programs described above.

[0011] Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch die Bereitstellung eines Verfahrens nach Hauptanspruch 1, ein computerlesbares Medium nach Anspruch 6 und ein Computersystem nach Anspruch 7 erreicht. According to the present invention this object is achieved by providing a method according to main claim 1, a computer readable medium according to claim 6 and a computer system according to claim 7.

[0012] Nach der vorliegenden Erfindung werden die oben aufgeführten Ziele dadurch erreicht, dass ein Verfahren zum Errechnen für wenigstens einen Empfangspunkt eines Lärmpegels, der von einer Schallquelle, insbesondere einem Flugzeug, das sich bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt entlang einer definierten Bahnkurve bewegt, erzeugt wird, die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Schallausbreitungsmodells für einen Luftraum, der sich zwischen dem wenigstens einen Empfangspunkt und wenigstens einer erwarteten Bahnkurve, entlang welcher die Schallquelle sich bezogen auf den Empfangspunkt voraussichtlich bewegt, erstreckt; Errechnen des Lärmpegels durch Eingeben der definierten Bahnkurve in das Schallausbreitungsmodell und Berechnen einer Schallausbreitung zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten, die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind,wobei die Schallausbreitung basierend auf wenigstens einem Schallemissionswert der Schallquelle berechnet wird und der wenigstens eine Schallemissionswert in Abhängigkeit von einem Schallabstrahlungsmuster, das einem Typ der Schallquelle für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten, die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind, zugeordnet ist, berechnet wird. According to the present invention, the objectives listed above are achieved in that a method for calculating for at least one receiving point of a noise level that is generated by a sound source, in particular an aircraft, which is moving with respect to the at least one receiving point along a defined trajectory, consists of the following steps: Providing a sound propagation model for an air space which extends between the at least one receiving point and at least one expected trajectory along which the sound source is expected to move in relation to the receiving point; Calculating the noise level by entering the defined trajectory into the sound propagation model and calculating a sound propagation between the sound source and the at least one receiving point for each of a number of different sound source locations that are arranged along the defined trajectory, the sound propagation being calculated based on at least one sound emission value of the sound source and the at least one sound emission value is calculated as a function of a sound radiation pattern which is assigned to a type of sound source for each of a number of different sound source locations which are arranged along the defined trajectory.

[0013] Bei einem computerlesbaren Medium werden die oben aufgeführten Ziele dadurch, dass das computerlesbare Medium computerlesbare Anweisungen enthält, die es einem Computer ermöglichen, ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchzuführen, erreicht. In a computer-readable medium, the objects set forth above are achieved in that the computer-readable medium contains computer-readable instructions that enable a computer to carry out a method according to the present invention.

[0014] Bei einem Computersystem werden die oben aufgeführten Ziele dadurch, dass das Computersystem Mittel mit Auweisungen, um ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchzuführen, umfasst, erreicht. In a computer system, the objects set out above are achieved in that the computer system comprises means with instructions to carry out a method according to the present invention.

[0015] Diese Lösung bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in einem ersten Schritt für die erwartete Bahnkurve allgemeine Parameter eines Immissionsmodells für die Berechnung eines Lärmpegels an dem wenigstens einen Empfangspunkt mit gewünschten Details eines Emissionsmodells berechnet werden können und Spektren und Richtwirkung der Schallquelle an jedem Punkt der vordefinierten Bahnkurve mit hoher Detailtiefe prognostiziert werden. Weiterhin kann eine Simulation der Schallausbreitung zwischen der Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten entlang der definierten Bahnkurve und dem wenigstens einen Empfangspunkt eine detaillierte akustische Beschreibung der Atmosphäre und geologischer Bedingungen in einer Detailgenauigkeit nutzen, die eine Menge an Rechenleistung erfordert, die ein spontanes Anpassen von Modellparametern aufgrund von relativ langen Berechnungsdauern von z. B. mehreren Stunden oder Tagen nicht ermöglicht. This solution offers the advantage over the prior art that in a first step general parameters of an immission model for the calculation of a noise level at the at least one reception point with the desired details of an emission model can be calculated for the expected trajectory and the spectra and directivity of the Sound source can be predicted at every point of the predefined trajectory with a high level of detail. Furthermore, a simulation of the sound propagation between the number of different sound source locations along the defined trajectory and the at least one receiving point can use a detailed acoustic description of the atmosphere and geological conditions with a level of detail that requires a lot of computing power that requires a spontaneous adjustment of model parameters based on relatively long calculation times of z. B. not possible for several hours or days.

[0016] Liegt das Schallausbreitungsmodell für den sich zwischen der definierten Bahnkurve und dem wenigstens einen Empfangspunkt erstreckenden Luftraum vor, kann in einem zweiten Schritt eine tatsächliche Schallausbreitung zwischen einer definierten Bahnkurve und dem wenigstens einen Empfangspunkt basierend auf besagtem Schallausbreitungsmodell berechnet werden. Die definierte Bahnkurve kann wenigstens geringfügig von der erwarteten Bahnkurve abweichen. Das Schallausbreitungsmodell für den Luftraum wird jedoch auf die definierte Bahnkurve angewendet, die problemlos verändert und modifiziert werden kann, um gleichzeitig von der gewünschten Detailtiefe der Berechnungen von Schallemission und -immission zu profitieren. Dies ermöglicht eine schnelle Simulation von Lärmpegeln an wenigstens einem Empfangspunkt, der verändert und nahezu unverzüglich oder maximal innerhalb von Minuten und Stunden neu berechnet werden kann. If the sound propagation model is available for the air space extending between the defined trajectory and the at least one receiving point, an actual sound propagation between a defined trajectory and the at least one receiving point can be calculated based on said sound propagation model in a second step. The defined trajectory can deviate at least slightly from the expected trajectory. However, the sound propagation model for the airspace is applied to the defined trajectory, which can be easily changed and modified in order to simultaneously benefit from the desired depth of detail in the calculations of sound emissions and immissions. This enables a quick simulation of noise levels at at least one receiving point, which can be changed and recalculated almost immediately or at most within minutes and hours.

[0017] Mit anderen Worten wird in einem ersten Schritt basierend auf für die erwartete Bahnkurve geltenden allgemeinen Parametern das Rahmenwerk für Schallausbreitung in einer hinreichend detaillierten Weise berechnet. In einem zweiten Schritt werden zusätzliche Modellparameter wie Feinanpassungen der Bahnkurve eines Fahrzeugs und der Fahrzeugtyp definiert, und die tatsächliche Schallausbreitung zwischen dem entlang der definierten Bahnkurve laufenden Fahrzeug und dem wenigstens einen Empfangspunkt wird innerhalb eines sehr kurzen Zeitrahmens basierend auf dem definierten Rahmenwerk simuliert. Verschiedene Szenarien für Lufträume können für erwartete Bahnen in Reichweite als Vorbereitung für die Simulation eines Lärmpegels, der von verschiedenen Arten von Schallquellen und erwarteten Bahnen erzeugt wird, berechnet werden. In other words, in a first step based on general parameters applicable to the expected trajectory, the framework for sound propagation is calculated in a sufficiently detailed manner. In a second step, additional model parameters such as fine adjustments to the trajectory of a vehicle and the vehicle type are defined, and the actual sound propagation between the vehicle running along the defined trajectory and the at least one receiving point is simulated within a very short time frame based on the defined framework. Various airspace scenarios can be calculated for expected orbits in range in preparation for simulating a noise level generated by different types of sound sources and expected orbits.

[0018] Somit können einerseits beliebige Planungs- und Steuerungseinrichtungen Lärmpegel für gewisse Empfangspunkte unter verschiedenen Bedingungen, insbesondere unter Verwendung verschiedener definierter Bahnen, schnell simulieren, um eine Route eines Fahrzeugs, z. B. eines Flugzeugs, im Sinn von Lärmimmission zu optimieren. Andererseits können jeweilige Simulationen der Öffentlichkeit schnell zur Verfügung gestellt und entsprechend Befürchtungen der Öffentlichkeit in Bezug auf das Ausgesetztsein gegenüber Lärm geändert werden. Dies unterstützt insbesondere die Versachlichung der Diskussionen zwischen Betreibern, Fluglinien, Politikern und der Öffentlichkeit in Bezug auf Flugzeugrouten und erleichtert somit Planung und Steuerung von Luftverkehr. Thus, on the one hand, any planning and control devices can quickly simulate noise levels for certain reception points under different conditions, in particular using different defined paths, in order to map a route of a vehicle, e.g. B. an aircraft, to optimize in terms of noise pollution. On the other hand, respective simulations can be made available to the public quickly and changed according to public concerns about exposure to noise. In particular, this supports the objectification of discussions between operators, airlines, politicians and the public with regard to aircraft routes and thus facilitates the planning and control of air traffic.

[0019] Die erfindungsgemässe Lösung kann durch die nachstehenden weiteren Ausführungsformen, die jeweils für sich vorteilhaft sind, kombiniert und verbessert werden. The solution according to the invention can be combined and improved by the following further embodiments, each of which is advantageous in itself.

[0020] Die Schallausbreitung wird basierend auf wenigstens einem Schallemissionswert der Schallquelle berechnet. Die Schallemissionswerte können Gesamtschallpegel, Frequenzspektrum und Richtwirkungscharakteristiken einer Schallquelle umfassen. Schallemissionswerte von gewissen Schallquellen können basierend auf backprobagierten Überflugmessungen, die mittels eines neuartigen Trennverfahrens, das während der Modellentwicklung angewendet wird, in Lärm von Flugzeugzelle und Triebwerke getrennt werden, modelliert werden. Somit sind keine komplexen Messungen mit Mikrofonanordnungen notwendig, und das Modell kann auf jeden per Turbofan angetriebenen Flugzeugtyp angewendet werden. The sound propagation is calculated based on at least one sound emission value of the sound source. The sound emission values can include the total sound level, frequency spectrum and directivity characteristics of a sound source. Sound emission values of certain sound sources can be modeled based on backprobagized overflight measurements, which are separated into noise from the airframe and engines by means of a new separation method that is used during model development. Complex measurements with microphone arrangements are therefore not necessary, and the model can be applied to any type of aircraft powered by a turbofan.

[0021] Der wenigstens eine Schallemissionswert wird in Abhängigkeit von einem Schallabstrahlungsmuster, das einem Typ der Schallquelle für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten, die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind, zugeordnet ist, berechnet. Wenn die Schallquelle entlang der definierten Bahnkurve läuft, kann sich ihr Schallabstrahlungsmuster ändern. Solche Änderungen können aufgrund von Änderungen von Betriebsmodi und Anordnungen innerhalb der Schallquelle sowie aufgrund von Änderungen einer Ausrichtung und eines Standorts der Schallquelle innerhalb des Luftraums auftreten. In Bezug auf Flugzeuge können sich Betriebsmodi, Parameter und Anordnungen entlang der definierten Bahnkurve ändern, sowie die Tatsache, dass Drossel- und Klappeneinstellungen sowie der Status des Fahrwerks geändert werden, was jeweilige Schallemissionen verändert. Weiterhin werden durch unterschiedliche Ausrichtungen und Standorte des Flugzeugs entlang der definierten Bahnkurve die Strahlrichtung der Triebwerke und die Ausrichtung von Vorflügeln als Schallquellen verändert. The at least one sound emission value is calculated as a function of a sound radiation pattern which is assigned to a type of sound source for each of a number of different sound source locations which are arranged along the defined trajectory. If the sound source runs along the defined trajectory, its sound radiation pattern can change. Such changes can occur due to changes in operating modes and arrangements within the sound source as well as due to changes in an orientation and a location of the sound source within the airspace. With regard to aircraft, operating modes, parameters and arrangements can change along the defined trajectory, as well as the fact that throttle and flap settings as well as the status of the landing gear are changed, which changes the respective noise emissions. Furthermore, by different orientations and locations of the aircraft along the defined trajectory, the jet direction of the engines and the orientation of slats as sound sources are changed.

[0022] Bei einigen Ausführungsformen basiert das Schallabstrahlungsmuster auf einem dem Typ der Schallquelle zugeordneten Schallleistungspegel. Verschiedene Typen von Schallquellen können bestimmten Schallleistungspegeln zugeordnet werden. Die Schallleistungspegel können sich entlang der definierten Bahnkurve ändern. In some embodiments, the sound radiation pattern is based on a sound power level associated with the type of sound source. Different types of sound sources can be assigned to specific sound power levels. The sound power level can change along the defined trajectory.

[0023] Bei einigen Ausführungsformen wird der Schallleistungspegel basierend auf Verlaufsparametern der Schallquelle, die von der definierten Bahnkurve abgeleitet werden, geschätzt. Solche Verlaufsparameter können z. B. Steigwinkel, Sinkgeschwindigkeiten, oberster Punkt des Landeanflugs, Geschwindigkeiten und Ähnliches eines Flugzeugs sein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Diese Verlaufsparameter ermöglichen das Schätzen von Betriebsmodi, Parametern und Anordnungen wie Gewicht, Drossel-, Klappen- und Fahrwerkseinstellungen. In some embodiments, the sound power level is estimated based on course parameters of the sound source, which are derived from the defined trajectory. Such course parameters can be, for. B. climb angle, sink rate, top point of the landing approach, speeds and the like of an aircraft, but are not limited to these. These history parameters enable operating modes, parameters and arrangements such as weight, throttle, flap and landing gear settings to be estimated.

[0024] Bei einigen Ausführungsformen basiert das Schallabstrahlungsmuster auf einer dem Typ der Schallquelle zugeordneten Richtcharakteristik. Bestimmte Typen von Schallquellen können bestimmte Richtcharakteristiken aufweisen. Beispielsweise können die Düsen oder Fans eines Flugzeugs den Schall in einer bestimmten Weise richten. Die verschiedenen Arten, in denen sie Schall richten und in welchen die Richtung des Schalls entsprechend Betriebs- und Verlaufsparametern verändert wurde, können beim Errechnen des Schallabstrahlungsmusters berücksichtigt werden. In some embodiments, the sound radiation pattern is based on a directional characteristic assigned to the type of sound source. Certain types of sound sources can have certain directional characteristics. For example, the nozzles or fans of an aircraft can direct the sound in a certain way. The different ways in which they direct sound and in which the direction of the sound has been changed according to operating and progression parameters can be taken into account when calculating the sound radiation pattern.

[0025] Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Schallausbreitungsmodell ein Direktschall-Ausbreitungsszenario und ein komplexes Ausbreitungsszenario; wobei beim Direktschall-Ausbreitungsszenario eine Direktschallausbreitung zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt angenommen wird; und wobei beim komplexen Ausbreitungsszenario eine komplexe Schallausbreitung zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt angenommen wird.In preferred embodiments, the sound propagation model comprises a direct sound propagation scenario and a complex propagation scenario; wherein, in the direct sound propagation scenario, direct sound propagation between the sound source and the at least one receiving point is assumed; and wherein, in the complex propagation scenario, a complex sound propagation between the sound source and the at least one receiving point is assumed.

[0026] Das Direktschall-Ausbreitungsszenario kann für das Errechnen der Direktschallausbreitung entweder als Teil einer komplexen Schallausbreitung an einem gewissen Zeitpunkt und Standort der Schallquelle bezogen auf den Empfangspunkt oder zusätzlich zu einer komplexen Schallausbreitung angewendet werden. Bei der komplexen Schallausbreitung können alle Arten von Reflexionen und anderen Effekten auf den Luftraum durchlaufenden Schall berücksichtigt werden. Somit ist die komplexe Schallausbreitung in Bezug auf Rechenleistung im Allgemeinen weitaus anspruchsvoller als Direktschallausbreitung. Bei der Entscheidung zwischen Szenarien kann, wenn komplexe Schallausbreitung aufgrund dessen, dass Direktschallausbreitung eine hinreichende Genauigkeit bereitstellt, vernachlässigt werden kann, ein Auslassen der Berechnung komplexer Schallausbreitung eine Minimierung des Rechenaufwands unterstützen und somit beim Simulieren von Lärmpegeln in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung Zeit und Energie sparen. The direct sound propagation scenario can be used to calculate the direct sound propagation either as part of a complex sound propagation at a certain point in time and location of the sound source in relation to the receiving point or in addition to a complex sound propagation. With the complex sound propagation, all types of reflections and other effects on the sound passing through the air space can be taken into account. Thus, in terms of computing power, complex sound propagation is generally much more demanding than direct sound propagation. When deciding between scenarios, if complex sound propagation can be neglected due to the fact that direct sound propagation provides sufficient accuracy, omitting the calculation of complex sound propagation can assist in minimizing the computational effort and thus in simulating noise levels in accordance with a method according to the present invention Save time and energy.

[0027] Bei einigen Ausführungsformen wird für jede der Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten ein Sichtlinienwinkel zwischen der Schallquelle und einem Horizont bestimmt; wobei das Direktschallausbreitungsmodell auf Sichtlinienwinkel, die eine Geringfügigkeitsschwelle überschreiten, angewendet wird; und wobei angenommen wird, dass bei Sichtlinienwinkeln, die die Geringfügigkeitsschwelle überschreiten, eine komplexe Schallausbreitung vernachlässigbar wird.In some embodiments, for each of the number of different sound source locations, a line-of-sight angle between the sound source and a horizon is determined; wherein the direct sound propagation model is applied to line-of-sight angles exceeding an insignificance threshold; and where it is assumed that at line-of-sight angles exceeding the insignificance threshold, complex sound propagation becomes negligible.

[0028] Die Verwendung des Sichtlinienwinkels zur Unterscheidung der Szenarien für die Anwendung des Direktschallausbreltungsmodells und des komplexen Schallausbreitungsmodells stellt eine einfache Bedingung für ein Wechseln zwischen den Modellen entsprechend der verschiedenen Schallquellenstandorte entlang der definierten Bahnkurve dar. The use of the line of sight angle to differentiate the scenarios for the application of the Direktschallausbreltungsmodell and the complex sound propagation model represents a simple condition for switching between the models according to the different sound source locations along the defined trajectory.

[0029] Bei einigen Ausführungsformen wird für das Direktschall-Ausbreitungsszenario eine homogene Atmosphäre innerhalb des Luftraums angenommen. Das Verwenden einer homogenen Atmosphäre für Direktschallausbreitungssimulation unterstützt das Minimieren der Komplexität der enthaltenen Berechnungen. Die komplexe Schallausbreitungssimulation basiert wiederum vorzugsweise auf der Annahme einer inhomogenen, d. h. heterogenen Atmosphäre innerhalb des Luftraums. Alternativ oder zusätzlich kann, wenn gewünscht, auch das Direktschall-Ausbreitungsszenario Berechnungen verwenden, die auf der Annahme einer heterogenen Atmosphäre innerhalb des Luftraums basieren. In some embodiments, a homogeneous atmosphere within the airspace is assumed for the direct sound propagation scenario. Using a homogeneous atmosphere for direct sound propagation simulation helps minimize the complexity of the calculations involved. The complex sound propagation simulation is in turn preferably based on the assumption of an inhomogeneous, i.e. H. heterogeneous atmosphere within the airspace. Alternatively or additionally, if desired, the direct sound propagation scenario can also use calculations based on the assumption of a heterogeneous atmosphere within the airspace.

[0030] Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Direktschall-Ausbreitungsszenario wenigstens eines von einem Modell der geometrischen Abweichung, einem Dissipationsmodell, einem Barrierewirkungsmodell, einem Bewuchsdämpfungsmodell und einem Bodeneffektmodell für den Luftraum. Somit können Auswirkungen geometrischer Abweichung und eine Dissipation von Schall innerhalb des Luftraums betrachtet werden. Barrierewirkungen, d. h. Auswirkungen beliebiger Arten von Hindernissen wie Gebäuden, geologischen Formationen oder Ähnlichem, die an den Luftraum angrenzen, können betrachtet werden. Bewuchsdämpfungsmodellierung ist insbesondere hilfreich, wenn Berechnungen für verschiedene primäre Oberflächen und/oder Jahreszeiten bereitgestellt werden sollen, bei denen angenommen wird, dass die Umgebungsvegetation belaubt Ist oder nicht belaubt ist. Das Modellieren von Bodeneffekten unterstützt das Simulieren von Dämpfung und Reflexion von Schall entsprechend individueller Charakteristika des an den Luftraum angrenzenden Bodens. In some embodiments, the direct sound propagation scenario includes at least one of a geometric deviation model, a dissipation model, a barrier effect model, a fouling attenuation model, and a ground effect model for the airspace. Thus, the effects of geometric deviations and a dissipation of sound within the airspace can be observed. Barrier effects, d. H. Effects of any type of obstacle such as buildings, geological formations or the like that border on the airspace can be observed. Vegetation loss modeling is particularly helpful when providing calculations for various primary surfaces and / or seasons where it is assumed that the surrounding vegetation is or is not leafy. The modeling of ground effects supports the simulation of attenuation and reflection of sound according to individual characteristics of the ground adjacent to the airspace.

[0031] Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Bodeneffektmodell wenigstens eines von einer Kugelwellen-Ausbreitungsbestimmung, einem Modell für unebenes Gelände, einer Oberflächenbeschaffenheitsvariation und einem Kohärenzverlustmodell zum Modellieren eines Kohärenzverlusts verschiedener Schallwege zwischen der Schallquelle und dem Empfangspunkt. Die Kugelwellen-Ausbreitungsbestimmung beinhaltet die Annahme, dass Schall durch die Schallquelle ausgesendet wird und bezogen auf die Schallquelle als Kugelwelle h den Luftraum durchläuft. Das Modellieren eines unebenen Geländes, das an den Luftraum angrenzt, ermöglicht das Simulieren von Reflexion und Dämpfen des Schalls am Boden. Dies kann Oberflächenbeschaffenheitsvariationen beinhalten, da z. B. Rauheit und Beschaffenheit des Bodens sich entlang des Luftraums und mit der Zeit ändern können. Beim Verlaufen zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt kann die Schallausbreitung durch gewisse Hindernisse in verschiedene Wege aufgeteilt werden, was dazu führt, dass die entlang dieser Wege verlaufenden Schallwellen getrennt werden, so dass sie ihre Kohäsion einbüssen, . Dann muss die Schallausbreitung für jeden der Wege getrennt berechnet werden. In some embodiments, the ground effect model includes at least one of spherical wave propagation, a rough terrain model, surface texture variation, and a loss of coherence model for modeling loss of coherence of various sound paths between the sound source and the receiving point. The determination of spherical wave propagation includes the assumption that sound is emitted by the sound source and, based on the sound source, passes through the air space as spherical wave h. Modeling an uneven terrain adjacent to the airspace enables the reflection and attenuation of sound on the ground to be simulated. This can include surface texture variations, as e.g. B. The roughness and texture of the ground can change along the airspace and over time. When running between the sound source and the at least one receiving point, the sound propagation can be divided into different paths by certain obstacles, which means that the sound waves running along these paths are separated so that they lose their cohesion,. Then the sound propagation must be calculated separately for each of the paths.

[0032] Bei einigen Ausführungsformen umfasst das komplexe Ausbreitungsszenario wenigstens eines von einem Witterungseinflüsse-Korrekturmodell, einem Hindemisreflexionsmodell und einem Walddiffusionsmodell für den Luftraum. Beim Witterungseinflüsse-Korrekturmodell werden insbesondere zeitliche Änderungen in der Atmosphäre des Luftraums betrachtet. Beim Hindemisreflexionsmodell werden alle Reflexionen und Hindernisse zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt betrachtet. Beim Walddiffusionsmodell werden Diffusionswirkungen in Verbindung mit auf Waldstrukturen auftreffenden Schallwellen simuliert. In some embodiments, the complex propagation scenario includes at least one of a weather correction model, an obstacle reflection model, and a forest diffusion model for the airspace. In the case of the correction model for the effects of weather, in particular changes over time in the atmosphere of the airspace are considered. In the obstacle reflection model, all reflections and obstacles between the sound source and the at least one receiving point are considered. In the forest diffusion model, diffusion effects are simulated in connection with sound waves hitting forest structures.

[0033] Bei einigen Ausführungsformen adaptiert das Witterungseinflüsse-Korrekturmodell eine Berechnung von Schalldissipation innerhalb des Luftraums an lokale Temperatur und Feuchtewerte des Luftraums. Die Ausbreitung von Schall innerhalb des Luftraums ist abhängig von der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft. Somit kann durch Betrachten lokaler Temperaturen und Feuchtewerte eine Schallausbreitung innerhalb des Luftraums für verschiedene Witterungsbedingungen wie Wind, Niederschlag, Nebel sowie unterschiedliche Tageszeiten und Jahreszeiten, bei denen eine Schallausbreitung entsprechend der jeweiligen Witterungsbedingungen verändert wird, präzise simuliert werden. In some embodiments, the weather effects correction model adapts a calculation of sound dissipation within the air space to local temperature and humidity values of the air space. The propagation of sound within the air space depends on the temperature and humidity of the air. Thus, by looking at local temperatures and humidity values, the propagation of sound within the airspace can be precisely simulated for different weather conditions such as wind, precipitation, fog as well as different times of the day and seasons in which the propagation of sound is changed according to the respective weather conditions.

[0034] Bei einigen Ausführungsformen adaptiert das Witterungseinflüsse-Korrekturmodell eine Berechnung von Barrierewirkungen innerhalb des Luftraums an Vertikalgradienten von wenigstens einem von Windgeschwindigkeitswerten und Temperaturwerten des Luftraums. Wind und Temperatur innerhalb des Luftraums bestimmen die Reflexion und Beugung von Schall an an den Luftraum angrenzenden Hindernissen. Das Berücksichtigen von Temperatur und/oder Windgeschwindigkeitswerten bei der Berechnung von Barrierewirkungen unterstützt das präzise Simulieren von Lärmpegeln an dem wenigstens einen Empfangspunkt bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen. In some embodiments, the weather effects correction model adapts a calculation of barrier effects within the airspace to vertical gradients of at least one of wind speed values and temperature values of the airspace. Wind and temperature within the air space determine the reflection and diffraction of sound at obstacles adjacent to the air space. Taking temperature and / or wind speed values into account when calculating barrier effects supports the precise simulation of noise levels at the at least one receiving point under different weather conditions.

[0035] Bei einigen Ausführungsformen schliessen die Barrierewirkungen eine Schallschattenzonenwirkung für wenigstens einen Schallschattenbereich Innerhalb des Luftraums, in dem von der Schallquelle direkt und/oder indirekt ausgesendete Schallstrahlen den wenigstens einen Empfangspunkt aufgrund von Aufwindbedingungen, die basierend auf den Vertikalgradienten des wenigstens einen Windgeschwindigkeitswerts identifiziert wurden, nicht direkt erreichen, ein. Mit anderen Worten kann unter bestimmten Witterungsbedingungen der wenigstens eine Empfangspunkt von den Schallwellen durch ein Hindernis auf eine Weise abgeschirmt werden, dass die Schallwellen oberhalb und/oder neben dem wenigstens einen Empfangspunkt, der sich im Schallschattenbereich des Hindernis befindet, vorbeilaufen. In some embodiments, the barrier effects include an acoustic shadow zone effect for at least one acoustic shadow area within the airspace in which the sound beams emitted directly and / or indirectly by the sound source reach the at least one receiving point based on updraft conditions that have been identified based on the vertical gradient of the at least one wind speed value , do not reach directly, a. In other words, under certain weather conditions, the at least one receiving point can be shielded from the sound waves by an obstacle in such a way that the sound waves pass above and / or next to the at least one receiving point located in the acoustic shadow area of the obstacle.

[0036] Bei einigen Ausführungsformen wird eine Restschallexposition des wenigstens einen Empfangspunkts, der sich innerhalb des wenigstens einen Schallschattenbereichs befindet, basierend auf wenigstens einem von einem Beugungswirkungsmodell und einem Streuwirkungsmodell, die auf einen Schallstrahl, der entlang des wenigstens einen Schallschattenbereichs vorbeiläuft, angewendet werden, berechnet. Somit können, selbst wenn der sich in einem Schallschattenbereich befindende wenigstens eine Empfangspunkt nicht direkt durch einen an einem Hindernis vorbeilaufenden Schall beeinflusst wird, Fraktions- und Streuwirkungen durch das Hindernis auf den Schall dazu führen, dass Restschallwellen den wenigstens einen Empfangspunkt erreichen und wenigstens teilweise zu dem für den wenigstens einen Empfangspunkt simulierten Lärmpegel beitragen. In some embodiments, a residual sound exposure of the at least one receiving point located within the at least one acoustic shadow area is based on at least one of a diffraction effect model and a scattering effect model applied to a sound beam passing along the at least one acoustic shadow area, calculated. Thus, even if the at least one reception point located in a sound shadow area is not directly influenced by a sound passing an obstacle, fractional and scattering effects from the obstacle on the sound can result in residual sound waves reaching the at least one reception point and at least partially closing them contribute to the noise level simulated for the at least one receiving point.

[0037] Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung weiterhin die folgenden Schritte Aufteilen des Luftraums In aneinander angrenzende Teilräume; Errechnen eines Teilraummodells für jeden der Teilräume zum Bestimmen einer endlichen Schallausbreitung innerhalb jedes der Teilräume; Zusammensetzen des Schallausbreitungsmodells aus den Teilraummodellen, wobei wenigstens ein Grenzbereich zwischen aneinander angrenzenden Teilräumen wenigstens eines von einer virtuellen Schallquelle und einem virtuellen Empfangspunkt für einen virtuellen Schallübertragungswert, der einen zwischen wenigstens zwei aneinander angrenzenden Tellräumen übertragenen virtuellen Schallleistungspegel wiedergibt, wiedergibt.In a preferred embodiment, a method according to the present invention further comprises the following steps Dividing the airspace into adjacent subspaces; Calculating a subspace model for each of the subspaces to determine a finite sound propagation within each of the subspaces; Assembling the sound propagation model from the sub-room models, at least one boundary area between adjacent sub-rooms reproducing at least one of a virtual sound source and a virtual receiving point for a virtual sound transmission value that reproduces a virtual sound power level transmitted between at least two adjacent sub-rooms.

[0038] Somit können Rechenoperationen zum Simulieren von Schallausbreitung innerhalb des Luftraums an die Teilräume derart verteilt werden, dass die Gesamtschallausbreitung iterativ berechnet wird. Die Grenzbereiche zwischen den Teilräumen werden zu virtuellen Schallquellen und virtuellen Empfangspunkten, über welche Schallwellen von einem Teilraum an den anderen übertragen werden. Die Grenzbereiche können z. B. Ecken der Teilräume sein, die als benachbarte Teilräume dieselben oder aneinander angrenzende Koordinaten teilen, wodurch die Grenzbereiche der Teilräume ein dreidimensionales Gitter bilden. Die Teilräume können als Zellen betrachtet werden, innerhalb welcher Abschwächungsfaktoren für Schallausbreitung gemäss der Eigenschaften jeder Zelle berechnet werden. Der Luftraum wird somit als Zellenmodell dargestellt. Thus, arithmetic operations for simulating sound propagation within the airspace can be distributed to the subspaces in such a way that the total sound propagation is calculated iteratively. The border areas between the sub-spaces become virtual sound sources and virtual reception points via which sound waves are transmitted from one sub-space to the other. The border areas can, for. B. be corners of the subspaces that share the same or adjacent coordinates as neighboring subspaces, whereby the border areas of the subspaces form a three-dimensional grid. The sub-spaces can be viewed as cells, within which attenuation factors for sound propagation are calculated according to the properties of each cell. The airspace is thus represented as a cell model.

[0039] Abschwächungen können zwischen jeder Kante, Scheitel oder Eckpunkt des dreidimensionalen Gitters des Zellenmodells und jedem Empfangspunkt berechnet werden. Basierend auf diesen iterativ berechneten Abschwächungen kann eine Gesamtabschwächung des Schalls zwischen der Schallquelle und dem Empfangspunkt berechnet werden. Die Gesamtabschwächung kann dann verwendet, um für den wenigstens einen Empfangspunkt einen Lärmpegel, der von einer Schallquelle, die sich bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt entlang einer definierten Bahnkurve bewegt, erzeugt wird, zu errechnen. Diese auf der Gesamtabschwächung basierende Berechnung kann unmittelbar vollzogen werden, d. h. Iterationsberechnungen zwischen Eckpunkten der Teilräume sind nicht notwendig, wenn die Gesamtabschwächung vorliegt. Attenuations can be calculated between each edge, vertex or corner point of the three-dimensional grid of the cell model and each reception point. Based on these iteratively calculated attenuations, an overall attenuation of the sound between the sound source and the receiving point can be calculated. The overall attenuation can then be used to calculate a noise level for the at least one receiving point that is generated by a sound source that moves along a defined trajectory relative to the at least one receiving point. This calculation based on the overall attenuation can be carried out immediately, i. H. Iteration calculations between corner points of the sub-areas are not necessary if the overall attenuation is present.

[0040] Während der Berechnung von Immissionen, d. h. Lärmpegeln an dem wenigstens einen Empfangspunkt, die von einem Flugzeug in Abhängigkeit von der Position des Flugzeugs an einem gewissen Punkt entlang einer Bahnkurve verursacht werden, können Abschwächungen bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt oder eine Mehrzahl an Empfangspunkten aus den Abschwächungen der acht umgebenden Eckpunkte des dreidimensionalen Gitters interpoliert werden. Für das Errechnen von Immissionen können Empfangspunkte auch entlang eines Gitters von auf dem Boden angeordneten Empfangspunkten angeordnet werden. Ein Schallquellengitter und ein Gitter von Empfangspunkten können voneinander unabhängig sein. During the calculation of immissions, d. H. Noise levels at the at least one receiving point, which are caused by an aircraft as a function of the position of the aircraft at a certain point along a trajectory, can be attenuations related to the at least one receiving point or a plurality of receiving points from the attenuations of the eight surrounding corner points of the three-dimensional Grid can be interpolated. To calculate immissions, reception points can also be arranged along a grid of reception points arranged on the floor. A sound source grid and a grid of reception points can be independent of one another.

[0041] Bei einigen Ausführungsformen wird eine Übertragung von virtuellen Schallleistungswerten für eine Anzahl möglicher Kombinationen aus virtuellen Schallquellen und virtuellen Empfangspunkten berechnet. Insbesondere nach Schallablenkung, -beugung, -streuung oder Ähnlichem können die Schallwellen entlang unterschiedlicher Wege den Luftraum durchlaufen. Diese unterschiedlichen Wege führen zu einer Anzahl an möglichen Kombinationen von Schallausbreitung zwischen verschiedenen Räumen. Unter Berücksichtigung aller möglichen Kombinationen kann die Schallausbreitung innerhalb des Luftraums präzise simuliert werden. In some embodiments, a transmission of virtual sound power values is calculated for a number of possible combinations of virtual sound sources and virtual reception points. In particular after sound deflection, diffraction, scattering or the like, the sound waves can pass through the air space along different paths. These different paths lead to a number of possible combinations of sound propagation between different rooms. Taking into account all possible combinations, the propagation of sound within the airspace can be precisely simulated.

[0042] Bei einigen Ausführungsformen wird eine virtuelle Abschwächung für jede bzw. jeden der virtuellen Schallquellen und/oder virtuellen Empfangspunkte berechnet, wobei die virtuelle Abschwächung eine Abschwächung des virtuellen Schallleistungswerts bei Übertragung zwischen den virtuellen Schallquellen und/oder virtuellen Empfangspunkten wiedergibt. Mit anderen Worten wird innerhalb jedes Teilraums und/oder für jede Übertragung von Schall zwischen Teilräumen eine virtuelle Abschwächung des Schalls gemäss Eigenschaften innerhalb des Teilraums bzw. zwischen Teilräumen berechnet. Solche Eigenschaften können wiederum eine beliebige Art von Witterungs- oder sonstigen hierin erörterten Werten für das Simulieren der Schallausbreitung in Luft unter Berücksichtigung von an den Luftraum angrenzenden Begrenzungen und Hindernissen umfassen. In some embodiments, a virtual attenuation is calculated for each of the virtual sound sources and / or virtual reception points, the virtual attenuation reproducing an attenuation of the virtual sound power value during transmission between the virtual sound sources and / or virtual reception points. In other words, within each sub-room and / or for each transmission of sound between sub-rooms, a virtual attenuation of the sound is calculated according to properties within the sub-room or between sub-rooms. Such properties can in turn include any type of weather or other values discussed herein for simulating the propagation of sound in air, taking into account boundaries and obstacles adjacent to the airspace.

[0043] Bei einigen Ausführungsformen werden virtuelle Abschwächungen in einer Teilraum-Datenbank gespeichert. Durch das Speichern der virtuellen Abschwächungen innerhalb einer Teilraum-Datenbank können die virtuellen Abschwächungen unverzüglich und schnell aus der Teilraum-Datenbank abgerufen werden. Dies unterstützt das schnelle Errechnen von Schallausbreitung innerhalb des Luftraums durch Rückgriff auf die innerhalb der Teilraum-Datenbank gespeicherten virtuellen Abschwächungen. In some embodiments, virtual attenuations are stored in a subspace database. By storing the virtual attenuations within a subspace database, the virtual attenuations can be called up immediately and quickly from the subspace database. This supports the rapid calculation of sound propagation within the airspace by using the virtual attenuations stored in the subspace database.

[0044] Wie obenstehend bereits ausgeführt, können virtuelle Abschwächungen für das Errechnen einer Gesamtabschwächung verwendet werden. Empfangspunkte können in Subterritorien, in die eine an einen Luftraum um die Bahnen angrenzende Landschaft aufgeteilt werden kann, gruppiert werden. Die Subterritorien können auf dem Boden ein Kachelmuster bilden. Für jedes Subterritorium können aus den virtuellen Abschwächungen der Teilräume und/oder den Gesamtabschwächungen abgeleitete Gesamtabschwächungen In der Teilraum-Datenbank und/oder einer ergänzenden Datenbank gespeichert werden, was eine effiziente Parallelisierung von Rechenschritten in einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Für Empfangspunkte innerhalb eines Subterritoriums können auf alle Eckpunkte des dreidimensionalen virtuellen Schallquellengitters bezogene Abschwächungen innerhalb derselben Datenbank gespeichert werden. As already stated above, virtual attenuations can be used for calculating an overall attenuation. Reception points can be grouped into sub-territories into which a landscape bordering an air space around the railways can be divided. The sub-territories can form a tile pattern on the floor. For each sub-territory, total attenuations derived from the virtual attenuations of the subspaces and / or the overall attenuations can be stored in the subspace database and / or a supplementary database, which enables efficient parallelization of computation steps in a method according to the present invention. For reception points within a sub-territory, attenuations related to all corner points of the three-dimensional virtual sound source grid can be stored within the same database.

[0045] Bei einigen Ausführungsformen werden während des Errechnens des Lärmpegels die virtuellen Abschwächungen aus der Teilraum-Datenbank ausgelesen. Dadurch kann die Lärmpegelsimulation unmittelbar, d. h. mehr oder weniger in Echtzeit basierend auf den in der Teilraum-Datenbank gespeicherten virtuellen Abschwächungen vollzogen werden. Die Teilraum-Datenbank kann entsprechend einer Änderung von den Luftraum beeinflussenden Umweltbedingungen aktualisiert werden. In some embodiments, the virtual attenuations are read from the subspace database while the noise level is being calculated. As a result, the noise level simulation can be carried out directly, i. H. more or less in real time based on the virtual attenuations stored in the subspace database. The subspace database can be updated in accordance with a change in the environmental conditions influencing the airspace.

[0046] Bei einigen Ausführungsformen schliesst das Ausbreitungsmodell eine zwischen der definierten Bahnkurve und dem wenigstens einen Grenzbereich interpolierte Zwischenabschwächung ein. Es ist anzunehmen, dass die tatsächliche definierte Bahnkurve die Teilräume durchquert. Somit fällt die definierte Bahnkurve für die meisten der Standorte eines Fahrzeugs nicht mit den Grenzbereichen zusammen. Für übrige Abschnitte der Schallwege zwischen dem tatsächlichen Standort des Fahrzeugs entlang einer definierten Bahnkurve und jeweiligen Grenzbereichen wird eine Zwischenabschwächung berechnet, um eine präzise Simulation der Schallausbreitung bereitzustellen. In some embodiments, the propagation model includes an intermediate attenuation interpolated between the defined trajectory and the at least one boundary region. It can be assumed that the actually defined trajectory crosses the sub-spaces. The defined trajectory therefore does not coincide with the boundary areas for most of the locations of a vehicle. For the remaining sections of the sound paths between the actual location of the vehicle along a defined trajectory and the respective boundary areas, an intermediate attenuation is calculated in order to provide a precise simulation of the sound propagation.

[0047] Bei einigen Ausführungsformen wird der Luftraum entlang eines homogenen horizontalen Gitters mit festen Abständen zwischen den Teilräumen in einer Längsrichtung und einer Querrichtung des Luftraums aufgeteilt. Die Aufteilung des Luftraums entlang eines homogenen horizontalen Gitters erleichtert die Definition der Teilräume, die dadurch gleichmässig verteilt sind und entlang des horizontalen Gitters dieselben Grössen aufweisen können. In some embodiments, the air space is divided along a homogeneous horizontal grid with fixed spacings between the subspaces in a longitudinal direction and a transverse direction of the air space. The division of the air space along a homogeneous horizontal grid facilitates the definition of the subspaces, which are thus evenly distributed and can have the same sizes along the horizontal grid.

[0048] Bei einigen Ausführungsformen wird der Luftraum entlang eines heterogenen vertikalen Gitters mit zunehmenden Höhen der Teilräume entlang einer Höhenrichtung des Luftraums aufgeteilt. Mit anderen Worten steigt die Höhe der Teilräume mit einer zunehmenden Entfernung der Teilräume vom Boden an. Dies unterstützt das Minimieren der Gesamtzahl an Teilräumen, die erstellt werden müssen, um den Luftraum darzustellen. Durch ein Minimieren der Gesamtzahl an Teilräumen wird der Berechnungsaufwand verringert. Eine solche Minimierung der Anzahl an Teilräumen berücksichtigt, dass bei ansteigender Höhe oberhalb des Bodens der Luftraum und die Atmosphäre als zunehmend homogen betrachtet werden können. Weiterhin gilt, dass bei ansteigender Höhe oberhalb des Bodens weniger Hindernisse bei der Modellierung des Luftraums berücksichtigt werden müssen. Somit können mit ansteigendem Abstand vom Boden die Teilräume grösser werden und trotzdem hinreichende Inkremente für das Simulieren von Schallausbreitung innerhalb des Luftraums bereitstellen. In some embodiments, the airspace is divided along a heterogeneous vertical grid with increasing heights of the subspaces along a height direction of the airspace. In other words, the height of the subspaces increases with an increasing distance of the subspaces from the ground. This helps minimize the total number of subspaces that must be created to represent the airspace. The computational effort is reduced by minimizing the total number of subspaces. Such a minimization of the number of sub-spaces takes into account that with increasing height above the ground, the air space and the atmosphere can be viewed as increasingly homogeneous. Furthermore, with increasing height above the ground, fewer obstacles have to be taken into account when modeling the airspace. Thus, with increasing distance from the ground, the sub-spaces can become larger and still provide sufficient increments for the simulation of sound propagation within the air space.

[0049] Bei einigen Ausführungsformen weisen die Teilräume eine quaderartige Form auf. Die quaderartige Form ergibt sich daraus, dass das horizontale Gitter und das vertikale Gitter aus geraden Linien bestehen, die bezogen aufeinander rechtwinklig angeordnet sind. Mit anderen Worten sind das horizontale und das vertikale Gitter derart angeordnet, dass sie ein kartesisches Koordinatensystem bilden, was Berechnungen erleichtert. In some embodiments, the subspaces have a cuboid shape. The cuboid shape results from the fact that the horizontal grid and the vertical grid consist of straight lines that are arranged at right angles with respect to one another. In other words, the horizontal and vertical grids are arranged to form a Cartesian coordinate system, which makes calculations easier.

[0050] Bei einigen Ausführungsformen werden die Grenzbereiche durch acht Ecken von jedem der quaderartigen Teilräume gebildet. Somit können die Grenzbereiche problemlos definiert werden. Eine Schallausbreitung innerhalb des in Teilräume aufgeteilten Luftraums wird dadurch simuliert, dass die Ecken der Teilräume als virtuelle Schallquellen und virtuelle Schallempfangspunkte betrachtet werden. Virtuelle Abschwächungen können zwischen den virtuellen Schallquellen und den virtuellen Schallempfangspunkten berechnet werden. Wie obenstehend bereits ausgeführt kann ein Gitter von virtuellen Schallquellen sich jedoch von einem Gitter von Empfangspunkten unterscheiden. Zudem können als Empfangspunkte auch Frontpunkte von umgebenden Gebäuden und/oder anderen Hindernissen oder beliebige in einer gewünschten Weise befindliche Punkte, z. B. Mess- oder Aufzeichnungspunkte, verwendet werden. In some embodiments, the border areas are formed by eight corners of each of the cuboid-like subspaces. Thus, the boundary areas can be easily defined. A sound propagation within the airspace divided into partial spaces is simulated in that the corners of the partial spaces are viewed as virtual sound sources and virtual sound reception points. Virtual attenuations can be calculated between the virtual sound sources and the virtual sound receiving points. As already stated above, a grid of virtual sound sources can, however, differ from a grid of reception points. In addition, front points of surrounding buildings and / or other obstacles or any points located in a desired manner, e.g. B. measuring or recording points can be used.

[0051] Bei einigen Ausführungsformen wird die Schallausbreitung zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einem Empfangspunkt sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich berechnet. Somit können Zeitbereichseffekte und Frequenzbereichseffekte der Schallausbreitung, insbesondere eine Schallabschwächung beim Verlauf zu den Teilräumen, simuliert werden. In some embodiments, the sound propagation between the sound source and the at least one receiving point is calculated both in the time domain and in the frequency domain. Thus, time domain effects and frequency domain effects of the sound propagation, in particular a sound attenuation in the course to the sub-spaces, can be simulated.

[0052] Bei einigen Ausführungsformen wird ein Frequenzspektrum der Schallausbreitung im Frequenzbereich in Frequenzbänder aufgeteilt, und die Schallausbreitung wird für jedes der Frequenzbänder berechnet. Durch Aufteilen des für Schallausbreitung im Frequenzbereich zu betrachtenden Frequenzspektrums in verschiedene Frequenzbänder können verschiedene Schallwellencharakteristiken als Funktion der Wellenlänge betrachtet werden. Entsprechend können sich gewisse Parameter und/oder Konstanten des Ausbreitungsmodells in Abhängigkeit von der Wellenlänge und damit dem Frequenzband ändern. Weiterhin können für das Simulieren der Schallausbreitung notwendige Rechenoperationen erleichtert und dahingehend minimiert werden, dass z. B. für niedrigere Frequenzbänder andere Algorithmen angewendet werden als für mittlere und höhere Frequenzbänder. Beispielsweise können die Frequenzbänder in ein Spektrum von Drittelintervallen aufgeteilt werden. Dies ermöglicht eine Dritteloktavanalyse und -berechnung im Frequenzbereich. In some embodiments, a frequency spectrum of the sound propagation in the frequency domain is divided into frequency bands, and the sound propagation is calculated for each of the frequency bands. By dividing the frequency spectrum to be considered for sound propagation in the frequency range into different frequency bands, different sound wave characteristics can be considered as a function of the wavelength. Correspondingly, certain parameters and / or constants of the propagation model can change as a function of the wavelength and thus the frequency band. Furthermore, the computation operations necessary for simulating the propagation of sound can be made easier and minimized to the effect that, for B. different algorithms are used for lower frequency bands than for medium and higher frequency bands. For example, the frequency bands can be divided into a spectrum of one-third intervals. This enables a third of an octave analysis and calculation in the frequency domain.

[0053] Bei einigen Ausführungsformen wird die Schallausbreitung mit unbewerteten Schalldruckpegeln berechnet, und der Lärmpegel wird mit A-bewerteten Schalldruckpegeln angezeigt. Die Berechnung von Schallausbreitung mit unbewerteten Schalldruckpegeln ermöglicht eine Simulation von Schallausbreitung auf Basis rein physikalischer Eigenschaften, wohingegen das Anzeigen von Schalldruckpegeln und/oder Lärmpegeln mit A-bewerteten Schalldruckpegeln die Veranschaulichung der Wahrnehmung der jeweiligen Lärmpegel durch Personen unterstützt. Somit kann die tatsächliche Wahrnehmung des Lärmpegels durch Personen an einem bestimmten Empfangspunkt präzise simuliert werden. In some embodiments, the sound propagation is calculated with unweighted sound pressure levels and the noise level is displayed with A-weighted sound pressure levels. The calculation of sound propagation with unevaluated sound pressure levels enables a simulation of sound propagation on the basis of purely physical properties, whereas the display of sound pressure levels and / or noise levels with A-weighted sound pressure levels supports the visualization of the perception of the respective noise level by people. In this way, the actual perception of the noise level by people at a specific reception point can be precisely simulated.

[0054] Bei bevorzugten Ausführungsformen wird der Lärmpegel mit einem Bevölkerungswert gewichtet, der eine geschätzte Bevölkerung des wenigstens einen Empfangspunkts mit einer Anzahl an Personen zu einem vordefinierten Zeitpunkt, an dem sich die Schallquelle entlang der definierten Bahnkurve bewegt, wiedergibt. Befindet sich der wenigstens eine Empfangspunkt in einem Wohngebiet, ist anzunehmen, dass das Wohngebiet einen gewissen Bevölkerungswert entsprechend der Anzahl der am wenigstens einen Empfangspunkt zu einer bestimmten Zeit am Tag und/oder im Jahr vorhandenen Personen aufweist. Wohngebiete sind beispielsweise dicht bevölkert, d. h. die tatsächlichen Bevölkerungszahlen entsprechen mehr oder weniger einer theoretischen Anzahl an Personen, die im Wohngebiet offiziell gemeldet sind, vor allem in der Nacht und/oder an Wochenenden, wohingegen Wohngebiete während Arbeits- oder Geschäftszeiten, beispielsweise von 9.00 Uhr vormittags bis 17.00 Uhr nachmittags eher weniger bevölkert sind. Im Gegensatz dazu sind Gewerbegebiete während Arbeits- oder Geschäftszeiten in der Regel dicht bevölkert, so dass anzunehmen ist, dass Gewerbegebiete im Allgemeinen in der Nacht und/oder an Wochenenden nur spärlich bevölkert sind. Somit unterstützt das Bewerten des Lärmpegels mit einem Bevölkerungswert, der die geschätzte Bevölkerung des wenigstens einen Empfangspunkts zu einer vordefinierten Zeit wiedergibt, das Simulieren der tatsächlichen Auswirkung des Lärmpegels auf die Bevölkerung. In preferred embodiments, the noise level is weighted with a population value which represents an estimated population of the at least one reception point with a number of people at a predefined point in time at which the sound source moves along the defined trajectory. If the at least one reception point is located in a residential area, it can be assumed that the residential area has a certain population value corresponding to the number of people present at the at least one reception point at a certain time of the day and / or year. For example, residential areas are densely populated; H. the actual population figures correspond more or less to a theoretical number of people who are officially registered in the residential area, especially at night and / or on weekends, whereas residential areas tend to be less during working or business hours, for example from 9 a.m. to 5 p.m. are populated. In contrast to this, commercial areas are usually densely populated during working or business hours, so that it can be assumed that commercial areas are generally only sparsely populated at night and / or on weekends. Assessing the noise level with a population value that represents the estimated population of the at least one reception point at a predefined time thus helps to simulate the actual effect of the noise level on the population.

[0055] Bei bevorzugten Ausführungsformen wird ein Errechnen der Schallausbreitung zwischen einem Client-Gerät, das eine Anzahl an Client-FLOPs pro Zyklus bereitstellt, und einem Rechnerverbund, der eine Anzahl an Cluster-FLOPs pro Zyklus bereitstellt, verteilt, wobei die Anzahl an Client-FLOPs pro Zyklus kleiner als die Anzahl an Cluster-FLOPs pro Zyklus ist. Das Client-Gerät kann ein Einzelplatzrechner in einem Büro oder bei einem Dienstleister sein, der beispielsweise Ingenteursdienstleistungen einschliesslich der hierin erörterten Simulation von Lärmpegeln bereitstellt. Der Rechnerverbund kann ein beliebiger Verbund von miteinander verbundenen Computern oder Datenzentren sein, der in FLOPS gemessene Rechenleistung bereitstellt, die die Rechenleistung des Client-Geräts übersteigt. In preferred embodiments, a calculation of the sound propagation is distributed between a client device, which provides a number of client FLOPs per cycle, and a network of computers, which provides a number of cluster FLOPs per cycle, the number of clients -FLOPs per cycle is less than the number of cluster FLOPs per cycle. The client device can be a single-user computer in an office or at a service provider who, for example, provides engineering services including the simulation of noise levels discussed herein. The computer network can be any network of interconnected computers or data centers that provides computing power measured in FLOPS that exceeds the computing power of the client device.

[0056] Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Berechnung des Schallausbreitungsmodells für den sich zwischen dem wenigstens einen Empfangspunkt und der wenigstens einen geschätzten Bahnkurve, entlang welcher sich die Schallquelle bezogen auf den Empfangspunkt voraussichtlich bewegt, erstreckenden Luftraum durch den Rechnerverbund durchgeführt wird, der hinreichende Rechenleistung bereitstellt, während er in Bezug auf Betrieb und Eingriff in die Berechnungen weniger zugänglich und flexibel als das Client-Gerät ist. Das Client-Gerät wird dann zum Errechnen des Lärmpegels durch Eingeben der definierten Bahnkurve und des vom Rechnerverbund bereitgestellten Schallausbreitungsmodell verwendet. Die Rechenleistung des Client-Geräts sollte für das Berechnen der Summenausbreitung zwischen der Schallquelle und dem wenigstens einen Empfangspunkt für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten, die entlang der definierten Bahnkurve, die entsprechend jeweiligen Anforderungen wie gewünscht zum Simulieren verschiedener Schallquellen und definierter Bahnen, verändert werden kann, angeordnet sind, ausreichend sein. It is particularly advantageous if the calculation of the sound propagation model for the air space extending between the at least one receiving point and the at least one estimated trajectory along which the sound source is likely to move based on the receiving point is carried out by the computer network is sufficient Provides computing power while being less accessible and flexible than the client device in terms of operation and intervention in the computations. The client device is then used to calculate the noise level by entering the defined trajectory and the sound propagation model provided by the computer network. The computing power of the client device should be used to calculate the cumulative propagation between the sound source and the at least one receiving point for each of a number of different sound source locations, which are changed along the defined trajectory, according to the respective requirements as desired for simulating different sound sources and defined trajectories can, are arranged, be sufficient.

[0057] Bei einigen Ausführungsformen wird wenigstens ein Gesamtschallabschwächung-Datensatz, der eine Abschwächung von Schall entlang wenigstens eines Schallwegs, der zwischen der Schallquelle und dem Empfänger erstellt wurde, wiedergibt, aus einer Anzahl an Teilabschwächungswert-Datensätzen, die vom Rechnerverbund generiert wurden und verschiedene Schallabschwächungscharakteristiken des Luftraums für ein jeweiliges Szenario wiedergeben, berechnet. Der Empfänger kann der wenigstens eine Empfangspunkt sein. Die Teilabschwächungswert-Datensätze können die Teilraum-Datensätze, die virtuelle Abschwächungen für die einzelnen Teilräume des Luftraums bereitstellen, umfassen. Darüber hinaus können die Teilabschwächungswert-Datensätze verschiedene Schallabschwächungscharakteristiken für jeweilige Szenarien und die Tatsache, dass verschiedene Witterungs- und/oder Bevölkerungsszenarien betrachtet werden, wiedergeben. Durch Vorverarbeiten der Szenarien im Rechnerverbund können sie dem Client-Gerät leicht zugänglich gemacht werden, um Lärmpegel an dem wenigstens einen Empfangspunkt durch Verwendung des wenigstens einen Gesamtschallabschwächung-Datensatzes rasch zu simulieren. In some embodiments, at least one total sound attenuation data set, which reproduces an attenuation of sound along at least one sound path that was created between the sound source and the receiver, is made up of a number of partial attenuation value data sets that were generated by the computer network and various Reproduce sound attenuation characteristics of the airspace for a respective scenario, calculated. The recipient can be the at least one receiving point. The partial attenuation value data sets can include the partial space data sets which provide virtual attenuations for the individual partial spaces of the airspace. In addition, the partial attenuation value data sets can reproduce different sound attenuation characteristics for respective scenarios and the fact that different weather and / or population scenarios are being considered. By preprocessing the scenarios in the computer network, they can be made easily accessible to the client device in order to quickly simulate the noise level at the at least one receiving point by using the at least one overall sound attenuation data set.

[0058] Bei einigen Ausführungsformen wird der Gesamtabschwächungswert-Datensatz durch den Rechnerverbund berechnet und an das Client-Gerät übertragen oder vom Client-Gerät berechnet. Mit anderen Worten kann der Gesamtabschwächungswert-Datensatz vollständig vom Rechnerverbund berechnet werden, um dann an das Client-Gerät übertragen zu werden, d. h. durch Herunterladen des Gesamtabschwächungswert-Datensatzes vom Rechnerverbund durch das Client-Gerät oder Hochladen des Gesamtabschwächungswert-Datensatzes auf das Client-Gerät durch den Rechnerverbund. Weiterhin kann jeder in einem Client-Gerät gespeicherte Gesamtabschwächungswert-Datensatz auf ähnliche Weise aktualisiert werden. Andererseits können wenigstens einige Schritte bei der Berechnung und Aktualisierung des Gesamtabschwächungswert-Datensatzes auf dem Client-Gerät vorgenommen werden. Weist beispielsweise ein Übertragungsband zwischen dem Client-Gerät und dem Rechnerverbund gewisse Einschränkungen auf, die es nicht ermöglichen, den Gesamtabschwächungswert-Datensatz vom Rechnerverbund regelmässig an das Client-Gerät zu übertragen, können gewisse Berechnungs- und Aktualisierungsprozesse stattdessen lokal auf dem Client-Gerät vorgenommen werden, z. B. durch lediglich differentielles Neuberechnen oder Aktualisieren des Gesamtabschwächungswert-Datensatzes. In some embodiments, the overall attenuation value data set is calculated by the computer network and transmitted to the client device or calculated by the client device. In other words, the total attenuation value data record can be calculated completely by the computer network, in order then to be transmitted to the client device, i. H. by downloading the total attenuation value data set from the computer network by the client device or uploading the total attenuation value data set to the client device by the computer network. Furthermore, each overall attenuation value record stored in a client device can be updated in a similar manner. On the other hand, at least some steps in calculating and updating the overall attenuation value data set can be taken on the client device. If, for example, a transmission band between the client device and the computer network has certain restrictions that do not allow the overall attenuation value data record to be regularly transmitted from the computer network to the client device, certain calculation and update processes can instead be carried out locally on the client device be e.g. By merely differential recalculation or updating of the total attenuation value data set.

[0059] Bei einigen Ausführungsformen wird ein Schallprofil bereitgestellt, das wenigstens einen mittleren Lärmpegel an dem wenigstens einen Empfangspunkt umfasst; und wobei der wenigstens eine mittlere Lärmpegel einer von einem Bündel von Schallquellenbahnen zugeordnet ist. Das Schallprofil kann mit einer Mehrzahl an geschätzten und/oder definierten Bahnen berechnet werden. Für jede geschätzte und/oder definierte Bahnkurve kann für den wenigstens einen Empfangspunkt ein mittlerer Lärmpegel berechnet werden. Somit kann beim Durchführen der tatsächlichen Simulation des Lärmpegels das Schallprofil verwendet werden, um Lärmpegel basierend auf dem wenigstens einer der Vielzahl an geschätzten und/oder definierten Bahnen zugeordneten wenigstens einen mittleren Lärmpegel rasch zu berechnen. Dies unterstützt das Minimieren von Rechenaufwand und erleichtert und somit beschleunigt Simulationsoperationen nach der vorliegenden Erfindung. In some embodiments, a sound profile is provided that includes at least one mean noise level at the at least one receiving point; and wherein the at least one mean noise level is associated with one of a bundle of sound source trajectories. The sound profile can be calculated with a plurality of estimated and / or defined paths. For each estimated and / or defined trajectory, an average noise level can be calculated for the at least one receiving point. Thus, when performing the actual simulation of the noise level, the sound profile can be used to quickly calculate the noise level based on the at least one mean noise level associated with at least one of the plurality of estimated and / or defined trajectories. This supports the minimization of computational effort and simplifies and thus accelerates simulation operations according to the present invention.

[0060] Mit anderen Worten wird eine Berechnung von Schallausbreitung sowie eine Berechnung von Schallprofilen, die durchschnittliche Immissionen, die von einem Flugzeug eines bestimmten Typs, das entlang einer bestimmten Bahnkurve, d. h. Route, läuft, verursacht werden, wiedergeben, basierend auf im Voraus berechneten Abschwächungen vorteilhafterweise auf einem Rechnerverbund oder Zentralrechner durchgeführt. Simulation von Einzelflügen und Berechnungen von Schallprofilüberlagerungen basierend auf Verkehrsvolumen für das Errechnen eines Verkehrsszenarios können für einfache Zugänglichkeit und Veränderbarkeit auf einem Client-Gerät vorgenommen werden. In other words, a calculation of sound propagation and a calculation of sound profiles, the average immissions generated by an aircraft of a certain type, which is traveling along a certain trajectory, ie. H. Route, running, caused, reproduced, based on attenuations calculated in advance, advantageously carried out on a computer network or central computer. Simulation of single flights and calculations of sound profile overlays based on traffic volume for the calculation of a traffic scenario can be carried out on a client device for easy accessibility and changeability.

[0061] Bei einigen Ausführungsformen wird das Schallprofil vom Rechnerverbund berechnet und an das Client-Gerät übertragen. Somit stehen dem Rechnerverbund zwei Schallprofile für ein schnelles Verändern zur Verfügung, und ein anschliessendes Errechnen verschiedener Szenarien der Schallausbreitung führt zu jeweiligen Lärmpegeln an dem wenigstens einen Empfangspunkt auf Basis des jeweiligen Profils. Das Schallprofil kann dafür vom Rechnerverbund wie obenstehend bezugnehmend auf den Gesamtabschwächungswert-Datensatz beschrieben an das Client-Gerät übertragen werden. In some embodiments, the sound profile is calculated by the computer network and transmitted to the client device. Thus, the computer network has two sound profiles available for quick changes, and a subsequent calculation of different scenarios of the sound propagation leads to respective noise levels at the at least one receiving point on the basis of the respective profile. For this purpose, the sound profile can be transmitted from the computer network to the client device as described above with reference to the overall attenuation value data record.

[0062] Bei einigen Ausführungsformen wird eine Überlagerung von wenigstens zwei Schallprofilen vom Client-Gerät berechnet. Mit anderen Worten kann das Client-Gerät mehrere Schallprofile überlagern, um Simulationen zu interpolieren oder schnell verschiedene, aber einander überlagernde Simulationen der Schallausbreitung und somit Lärmpegel an dem wenigstens einen Empfangspunkt bereitzustellen. Dies unterstützt das schnelle Bereitstellen und rasche Anpassen von Lärmpegelsimulationen nach der vorliegenden Erfindung. In some embodiments, an overlay of at least two sound profiles is computed by the client device. In other words, the client device can superimpose several sound profiles in order to interpolate simulations or quickly provide different but superimposed simulations of the sound propagation and thus the noise level at the at least one receiving point. This supports the rapid provision and rapid adaptation of noise level simulations according to the present invention.

[0063] Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Datenaufbereitungsschritt, in dem eine Anzahl an den verschiedenen Schallquellenstandorten entlang der definierten Bahnkurve entsprechenden Quellpunkten definiert wird. Durch das Definieren der Anzahl an Quellpunkten können Schallausbreitungssimulationen für jeden der Anzahl an Quellpunkten berechnet werden. Angesichts des hiermit verbundenen hohen Rechenaufwands können solche Berechnungen z. B. vom Rechnerverbund vorgenommen werden, um dem Client-Gerät leicht zugänglich gemacht zu werden. In preferred embodiments, a method according to the present invention further comprises a data processing step in which a number of source points corresponding to the various sound source locations along the defined trajectory is defined. By defining the number of source points, sound propagation simulations can be calculated for each of the number of source points. In view of the high computational effort involved, such calculations can, for. B. be made by the computer network in order to be made easily accessible to the client device.

[0064] Bei einigen Ausführungsformen wird das Schallausbreitungsmodell basierend auf wenigstens der Anzahl an Quellpunkten, einer Anzahl an Empfangspunkten und einem Geodatensatz, der eine geologische Umgebung des Luftraums wiedergibt, berechnet. Dadurch betrachtet das Schallausbreitungsmodell anfänglich die Quellpunkte, die Empfangspunkte und die Geodaten auf eine im Voraus berechnete Weise. Basierend auf solchen im Voraus vorgenommenen Berechnungen können alle weiteren Daten wie Schallquellenparameter, Bahnen und/oder Witterungsdaten in das Schallausbreitungsmodell eingegeben werden, um das Modell zu verfeinern. Da die anfängliche Betrachtung von Quellpunkten, Empfangspunkten und Geodaten erheblich mehr Rechenleistung erfordern kann als das Verfeinern des Modells durch die Schallquellenparameter, Bahnen und/oder Witterungsdaten, unterstützt eine solche im Voraus vorgenommene Berechnung das Minimieren von Rechenaufwand und -zeit beim Verfeinern des Modells entsprechend der gewünschten Quellenparameter, Bahnen und/oder Witterungsdaten. In some embodiments, the sound propagation model is calculated based on at least the number of source points, a number of reception points and a geodata set that represents a geological environment of the airspace. As a result, the sound propagation model initially considers the source points, the reception points and the geospatial data in a pre-calculated manner. Based on such calculations carried out in advance, all further data such as sound source parameters, paths and / or weather data can be entered into the sound propagation model in order to refine the model. Since the initial consideration of source points, reception points and geodata can require considerably more computing power than refining the model using the sound source parameters, paths and / or weather data, such a calculation carried out in advance helps to minimize computational effort and time when refining the model according to the desired source parameters, tracks and / or weather data.

[0065] Die wenigstens eine Schallquelle ist ein Luftfahrzeug. Ein solches Luftfahrzeug kann ein Flugzeug, beispielsweise ein Düsenflugzeug für zivile oder militärische Nutzung, ein Helikopter oder Ähnliches sein. Nach der vorliegenden Erfindung können verschiedene unterschiedliche Typen solcher Luftfahrzeuge modelliert werden. Für die Schallquellenmodellierung können akustische Überflugmessungen vollzogen werden, um Schallemissionen basierend auf Aufzeichnungen von realem Luftverkehr in der Nähe von Flughäfen oder Ähnliches zu messen. The at least one sound source is an aircraft. Such an aircraft can be an aircraft, for example a jet aircraft for civil or military use, a helicopter or the like. Various different types of such aircraft can be modeled in accordance with the present invention. Acoustic overflight measurements can be performed for sound source modeling in order to measure sound emissions based on recordings of real air traffic in the vicinity of airports or the like.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0066] Um die Weise zu beschreiben, in welcher Vorteile und Funktionen der Erfindung erhalten werden können, wird nachstehend eine ausführlichere Beschreibung der obenstehend kurz beschriebenen Prinzipien bezugnehmend auf deren Ausführungsformen, die in den angehängten Zeichnungen dargestellt sind, bereitgestellt. Diese Zeichnungen bilden lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ab und sind daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen. In order to describe the manner in which advantages and functions of the invention can be obtained, a more detailed description of the principles briefly described above is provided below with reference to the embodiments thereof which are illustrated in the accompanying drawings. These drawings merely depict exemplary embodiments of the present disclosure and are therefore not to be regarded as limiting the scope thereof.

[0067] Für die Figuren gilt: Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlnachverfolgungsalgorithmus, um den Schallweg von der Quelle S zum Empfänger R in einem Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abzuleiten; Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flugweg-Achsensystems mit Polarwinkeln θ und φ in Längs- und Querrichtung; Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Winkelabdeckung durch einen beliebigen Messaufbau für einen kurzen Start (links) und zwei Flüge mit unterschiedlichen Abhebepunkten (rechts), für zwei Mikrofone (|I: φ ≈ 40°; II: φ ≈ 0°); Fig. 5 zeigt schematische Diagramme, die die Richtwirkungsunsicherheit bei Radardaten in einer Entfernung von 1 km (links) und 5 km (rechts) vor dem Aufsetzen darstellen; Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus für Messungen In weiterer Entfernung an einem Flughafen in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Schritte der Datenverarbeitung von Messungen bis zu einem Emissionsdatensatz an der Quelle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig. 8 zeigt Diagramme, die die Ergebnisse von Triebwerk-Prüfläufen an beispielhaften Flugzeugen A330-300 darstellen; Fig. 9 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss von N1 auf Lemdarstellen; Fig. 10 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss von Ma auf den Schallemissionspegel des Flugzeugtyps A320 darstellen; Fig. 11 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Verteilung gemessener Klappenhebelstellungen des Flugzeugtyps A320 in Abhängigkeit der Ma-Zahl darstellen; Fig. 12 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss des Fahrwerks auf die Schallemission des Flugzeugtyps A320 beim Landeanflug im Leerlauf darstellen; Fig. 13 zeigt ein Diagramm, das Schritte eines Prozesses zur Modellentwicklung und Datentrennung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig. 14 zeigt drei Diagramme, die ein Datentrennungsbeispiel für den A320 bei 100 Hz darstellen; Fig. 15 zeigt ein Diagramm, das einen beispielhaften Korrekturfaktor für eine mittlere Energie über Frequenz für den Flugzeugtyp A320 darstellt; Fig. 16 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Bestimmungskoeffizienten über Frequenz darstellen; Fig. 17 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektral-Richtcharakteristiken des Flugzeugtyps A320 bei Abflug mit Hochleistungseinstellung darstellen; Fig. 18 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren für Endanflug und Start mit Hochleistungseinstellung des Flugzeugtyps A320 darstellen; Fig. 19 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren für Endanflug und Start mit Hochleistungseinstellung des Flugzeugtyps E170 darstellen; Fig. 20 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A320 mit vollständig angestellten Klappen und ausgefahrenem Fahrwerk bei θ = 130° darstellen; Fig. 21 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektral-Richtcharakteristiken für einen Abflug mit niedriger Leistungseinstellung darstellen; Fig. 22 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Richtwirkung in Längsrichtung des Gesamt-Lwfür drei verschiedene Start-Leistungseinstellungen des Flugzeugtyps A320 darstellen; Fig. 23 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Richtwirkung in Querrichtung des Gesamt-Lwfür drei verschiedene Start-Leistungseinstellungen des Flugzeugtyps A320 darstellen; Fig. 24 zeigt sechs Diagramme, die zwei Landeanflüge in Leerlaufeinstellung und mit ausgefahrenem Fahrwerk und Hochauftriebselementen an einem Empfänger etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen; Fig. 25 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A320 im Leerlauf etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen; Fig. 26 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A330 im Leerlauf etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen; Fig. 27 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Strahlungsbilanz für einen beispielhaften Tag in Kombination mit der Windgeschwindigkeit und unterschiedliche Bedingungen während des Tages wiedergebenden Wetterkategorien darstellen; Fig. 28 zeigt drei Diagramme, die beispielhafte Temperatur-, Wind- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag um 10.00 Uhr vormittags darstellen; Fig. 29 zeigt drei Diagramme, die beispielhafte Temperatur-, Wind- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag um 9.00 Uhr vormittags darstellen; Fig. 30 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Temperatur-, Wind- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag zwischen 9.00 Uhr vormittags und 12.00 Uhr mittags darstellen; Fig. 31 zeigt eine schematische Darstellung eines Berechnungsszenarios auf Basis eines Flugwegs; Fig. 32 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Schwankung von Luftabsorption einer homogenen Atmosphäre mit Verschiebung zu momentanen Bedingungen zu einer einheitlichen Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen darstellt; Fig. 33 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Schwankung von Luftabsorption einer homogenen Atmosphäre mit Verschiebung zu momentanen Bedingungen zu einer einheitlichen Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen darstellt; Fig. 34 zeigt zwei Diagramme, die beispielhaft Unterschiede der Luftabsorption zwischen einer homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und COSMO-2-Profilen darstellen; Fig. 35 zeigt zwei Diagramme, die beispielhaft Unterschiede der Luftabsorption zwischen idealisierten Profilen und COSMO-2-Profilen darstellen; Fig. 36 zeigt ein Diagramm, das einen beispielhaften Einfluss der Dissipationsvarianz auf das A-bewertete Spektrum an einem Empfänger darstellt; Fig. 37 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teilraums, der in einem Modell zum Berechnen von Abschwächungen in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird; Fig. 38 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftraums, der in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung in Teilräume aufgeteilt ist; und Fig. 39 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein System zum Vornehmen eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.The following applies to the figures: FIG. 1 shows a schematic representation of a beam tracking algorithm in order to derive the sound path from the source S to the receiver R in a method according to an embodiment of the present invention; 2 shows a schematic representation of a measuring arrangement in accordance with a method according to an embodiment of the present invention; 3 shows a schematic representation of a flight path axis system with polar angles θ and φ in the longitudinal and transverse directions; 4 shows a schematic representation of an angle coverage by any measurement setup for a short take-off (left) and two flights with different take-off points (right), for two microphones (| I: φ ≈ 40 °; II: φ ≈ 0 °); 5 shows schematic diagrams which represent the directional uncertainty in the case of radar data at a distance of 1 km (left) and 5 km (right) before touchdown; 6 shows a schematic representation of a setup for further distance measurements at an airport in accordance with a method according to an embodiment of the present invention; 7 is a flow diagram illustrating steps in data processing from measurements to an emission record at the source in accordance with an embodiment of the present invention; 8 is graphs showing the results of engine test runs on exemplary A330-300 aircraft; FIG. 9 shows two diagrams showing an exemplary influence of N1 on foreign language; FIG. 10 shows two diagrams which illustrate an exemplary influence of Ma on the sound emission level of the aircraft type A320; 11 shows two diagrams which represent an exemplary distribution of measured flap lever positions of the aircraft type A320 as a function of the Ma number; 12 shows two diagrams which illustrate an example of the influence of the landing gear on the noise emission of the aircraft type A320 during the approach for landing while idling; Fig. 13 is a diagram showing steps of a process for model development and data separation according to an embodiment of the present invention; 14 is three diagrams showing an example of data separation for the A320 at 100 Hz; 15 is a diagram illustrating an exemplary mean energy versus frequency correction factor for the A320 aircraft type; 16 shows two diagrams illustrating an exemplary determination coefficient versus frequency; 17 shows two diagrams which illustrate exemplary spectral directional characteristics of the A320 aircraft type during take-off with a high-performance setting; 18 shows two diagrams showing exemplary spectra for final approach and take-off with high-performance setting of the aircraft type A320; 19 shows two diagrams showing exemplary spectra for final approach and take-off with high-performance setting of the aircraft type E170; 20 shows two diagrams showing exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A320 with completely opened flaps and extended landing gear at θ = 130 °; 21 shows two diagrams illustrating exemplary spectral directivity characteristics for a departure with a low power setting; 22 shows two diagrams which illustrate an exemplary directivity in the longitudinal direction of the overall Lw for three different take-off power settings of the A320 aircraft type; 23 shows two diagrams illustrating an exemplary transverse directional effect of the overall aircraft for three different take-off power settings of the A320 aircraft type; 24 shows six diagrams which exemplify two landing approaches in the idle setting and with extended landing gear and high-lift elements on a receiver about 15 km before the landing threshold; 25 shows two diagrams which exemplify exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A320 idling about 15 km before the landing threshold; 26 shows two diagrams which show exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A330 idling about 15 km before the landing threshold; 27 shows two diagrams showing an exemplary radiation balance for an exemplary day in combination with the wind speed and weather categories representing different conditions during the day; 28 shows three diagrams showing exemplary temperature, wind and humidity profiles for an exemplary day at 10:00 a.m.; 29 shows three diagrams illustrating exemplary temperature, wind, and humidity profiles for an exemplary day at 9:00 a.m.; 30 shows two diagrams showing exemplary temperature, wind and humidity profiles for an exemplary day between 9:00 a.m. and 12:00 noon; 31 shows a schematic illustration of a calculation scenario based on a flight path; 32 is a diagram showing an exemplary variation in air absorption of a homogeneous atmosphere shifted from current conditions to a uniform atmosphere with averaged conditions; 33 is a diagram showing an exemplary variation in air absorption of a homogeneous atmosphere shifted from current conditions to a uniform atmosphere with averaged conditions; FIG. 34 shows two diagrams showing, by way of example, differences in air absorption between a homogeneous atmosphere under current conditions and COSMO-2 profiles; FIG. 35 shows two diagrams which illustrate, by way of example, differences in air absorption between idealized profiles and COSMO-2 profiles; 36 shows a diagram illustrating an exemplary influence of the dissipation variance on the A-weighted spectrum at a receiver; 37 shows a schematic perspective view of a partial space used in a model for calculating attenuations in accordance with a method according to the present invention; Figure 38 is a schematic perspective view of an air space divided into subspaces in accordance with a method of the present invention; and FIG. 39 is a schematic diagram illustrating a system for performing a method in accordance with an embodiment of the present invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0068] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und ein entsprechendes rechnerimplementiertes Zeitschrittprogramm zur Fluglärmberechnung, bei welchem Schallquelle und Ausbreitungsrechnung strikt voneinander getrennt sind. Im Gegensatz zum Simulationsmodell FLULA2, das an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) für die akustische Untersuchung von komplexen Szenarien wie jährlichem Flugverkehr zu einem früheren Zeitpunkt entwickelt wurde, konzentriert sich das Programm nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Einzelflugereignisse, um durch Verwendung von entweder generischen Daten, z. B. aus einem Flugsimulator (FFS), oder Cockpitdaten realer Flüge Untersuchungen durchzuführen und Lärmminderungsverfahren zu optimieren. One embodiment of the present invention is a method and a corresponding computer-implemented time step program for calculating aircraft noise, in which the sound source and the propagation calculation are strictly separated from one another. In contrast to the simulation model FLULA2, which was developed at the Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) for the acoustic investigation of complex scenarios such as annual air traffic at an earlier point in time, the program, according to one embodiment of the present invention, focuses on individual flight events in order to use from either generic data, e.g. B. from a flight simulator (FFS), or cockpit data of real flights to carry out investigations and to optimize noise reduction procedures.

[0069] Das Flugzeug als Schallquelle wird durch physikalische Gesetze und zu Flugparametern wie Leistungseinstellung oder Geschwindigkeit und Flugzeugkonfiguration (Vorflügel, Klappen, Fahrwerk) massstäbliche empirische Daten beschrieben. Um eine hinreichende Datengrundlage für verschiedene Flugzeug- und Triebwerkstypen zu erlangen, wurden am Flughafen Zürich umfangreiche Messungen des realen Flugverkehrs vorgenommen. The aircraft as a sound source is described by physical laws and scale empirical data relating to flight parameters such as power setting or speed and aircraft configuration (slats, flaps, landing gear). In order to obtain a sufficient data basis for various types of aircraft and engines, extensive measurements of real air traffic were carried out at Zurich Airport.

[0070] Ein hochentwickeltes Schallausbreitungsmodell wird an die speziellen Gegebenheiten der Fluglärmberechnung adaptiert. Die Schallemission- und Ausbreitungsmodelle werden in einem geographischen Informationssystem kombiniert. Diese Schnittstelle ermöglicht das Vorbereiten von Projekten, Ausführen von Berechnungsaufgaben und Erhalten von hilfreichen Werkzeugen für die Analyse und Präsentation von Ergebnissen. Neben Einzelflugereignissen ermöglichen die Algorithmen und die Programmstruktur auch das Berechnen komplexer Szenarien wie dem jährlichen Flugverkehr. Obwohl das Emissionsmodell einen höheren Aufwand bei der Aufbereitung der Eingabedaten verursacht, führt dies nicht zu relevanten Auswirkungen auf die Berechnungsdauer. Im Gegensatz dazu spielt die Effizienz des Ausbreitungsmodells eine entscheidende Rolle. A highly developed sound propagation model is adapted to the special conditions of the aircraft noise calculation. The sound emission and propagation models are combined in a geographic information system. This interface enables you to prepare projects, perform calculation tasks and obtain useful tools for the analysis and presentation of results. In addition to individual flight events, the algorithms and the program structure also enable the calculation of complex scenarios such as annual air traffic. Although the emissions model causes more effort in the preparation of the input data, this does not have any relevant effects on the calculation time. In contrast, the efficiency of the dispersion model plays a crucial role.

SchallemissionsmodellAcoustic emission model

[0071] Ein halbempirisches Schallemissionsmodell nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf einer Kombination von Daten, die bei realem Flugverkehr gemessen wurden, mit verallgemeinerten physikalischen Gesetzen, die die Beziehung zwischen Flugkonfiguration und Schallemission erstellen, einschliesslich Informationen zu Frequenzspektrum und Richtwirkung. Somit werden auch Ergebnisse und Erfahrungen aus dem Forschungsprogramm MODAL des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt betrachtet In unmittelbarer Nähe des Flughafens werden 3D-Schallrichtcharakteristiken erstellt, die die stationären Flugbedingungen des Anfangssteigflugs und Endanflugs wiedergeben. Bei grösseren Entfernungen vom Flughafen ist es nicht möglich, einen breiten Umfang an Polarwinkeln abzudecken. Schallrichtwirkungen können möglicherweise nicht erstellt werden. Messungen sind jedoch nach wie vor von Interesse, um die Schallemission für unterschiedliche Flugbedingungen zu bestimmen. Dafür werden mobile Messstationen an zahlreichen unterschiedlichen Standorten in Entfernungen von bis zu 25 km vom Flughafen verwendet. Kann die Richtwirkung an weit entfernten Standorten nicht bestimmt werden, werden spektrale Schallpegelunterschiede als Ersatzlösung verwendet, um Änderungen der Flugkonfiguration zu berücksichtigen. A semi-empirical acoustic emission model according to an embodiment of the present invention is based on a combination of data measured in real air traffic with generalized physical laws that establish the relationship between flight configuration and acoustic emission, including information on frequency spectrum and directivity. Thus results and experiences from the research program MODAL of the German Aerospace Center are considered. At greater distances from the airport, it is not possible to cover a wide range of polar angles. Sound directional effects may not be able to be created. However, measurements are still of interest in order to determine the sound emission for different flight conditions. For this purpose, mobile measuring stations are used at numerous different locations at distances of up to 25 km from the airport. If the directivity cannot be determined at distant locations, spectral sound level differences are used as a substitute solution in order to take changes in the flight configuration into account.

[0072] Cockpitdaten werden verwendet, um die Flugkonfiguration der gemessenen Flugzeugereignisse zu bestimmen. Solche Cockpitdaten sind beispielsweise für die Luftflotte der Swiss, namentlich die Flugzeugtypen der Baureihe Airbus A320, den Typ A330-300, den Typ A340-300 und den Typ Avro RJ100, verfügbar. Die Cockpitdaten decken alle notwendigen Informationen in hoher Zeitauflösung ab, beispielsweise Flugweg, räumliche Ausrichtung, reale Luftgeschwindigkeit, Umdrehungsgeschwindigkeiten der Triebwerke sowie Stellung von Vorflügeln, Klappen und Fahrwerk. Bei Flugzeugen anderer Fluglinien, für die keine Cockpitdaten verfügbar sind, können die Geschwindigkeit über Grund und die Quemeigung aus dem Flugweg abgeleitet werden. Zusätzlich wird die Drehzahl der Niederdruck-Turbine (N1) durch Spektralauswertung der akustischen Daten als Indikator der Leistungseinstellung geschätzt. Dieses Verfahren funktioniert in der unmittelbaren Nähe des Flughafens genau. In grösserer Entfernung mit stark abgeschwächten Signalen stellt die Auswertung von N1 eine grössere Herausforderung dar. Cockpit data is used to determine the flight configuration of the measured aircraft events. Such cockpit data are available for example for the Swiss air fleet, namely the aircraft types of the Airbus A320 series, the A330-300 type, the A340-300 type and the Avro RJ100 type. The cockpit data cover all the necessary information in high time resolution, for example flight path, spatial orientation, real air speed, rotational speeds of the engines and the position of slats, flaps and landing gear. In the case of aircraft from other airlines for which no cockpit data is available, the ground speed and the inclination can be derived from the flight path. In addition, the speed of the low-pressure turbine (N1) is estimated by spectral analysis of the acoustic data as an indicator of the power setting. This procedure works exactly in the immediate vicinity of the airport. At a greater distance with strongly weakened signals, the evaluation of N1 presents a greater challenge.

SchallausbreitungsmodellSound propagation model

[0073] Die Berechnung der Schallausbreitung in einem Verfahren und rechnerimplementierten Programm nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird basierend auf einem Modell namens sonX, das einen Ausbreitungskern aufweist, der aus akustischer Sicht sowie hinsichtlich der Performance optimiert ist. The calculation of the sound propagation in a method and computer-implemented program according to an embodiment of the present invention is based on a model called sonX, which has a propagation core that is optimized from an acoustic point of view and with regard to performance.

[0074] Das Ausbreitungsmodell von sonX bezieht sich auf Punktquellen. Direktschall wird auf Basis vertikaler Geländeabschnitte von der Quelle bis zum Empfänger einschliesslich Gebäuden und sonstigen Barrieren berechnet. Die Berechnung wird in zwei Schritten vollzogen. In einem ersten Schritt wird eine Berechnung unter Annahme einer homogenen Atmosphäre vorgenommen. Dabei werden geometrische Abweichung, Dissipation nach ISO 9613-1, Barriere- und Bodeneffekte sowie Bewuchsdämpfung nach ISO 9613-2 berücksichtigt. Barrierewirkungen können beispielsweise wie in ISO 9613-2 umgesetzt berechnet werden. Für die Berechnung von Bodeneffekten wird eine analytische Lösung für Kugelwellen verwendet, die für unebenes Gelände und variierende Oberflächenbeschaffenheit erweitert wurde. In einem zweiten Schritt werden die Witterungseinflüsse auf Schallausbreitung, insbesondere der Einfluss lokaler Temperatur und Feuchtigkeit auf Dissipation und die Konsequenzen von Vertikalgradienten von Wind und Temperatur auf Schirmwirkungen, bestimmt. Letzteres wird unter Verwendung eines Strahlnachverfolgungsalgorithmus vorgenommen, der für ein beliebiges Profil den Schallweg von der Quelle zum Empfänger entlang möglicher Barrierekanten von der effektiven Schallgeschwindigkeit ableitet. The sonX propagation model relates to point sources. Direct sound is calculated on the basis of vertical sections of the terrain from the source to the receiver including buildings and other barriers. The calculation is carried out in two steps. In a first step, a calculation is made assuming a homogeneous atmosphere. Geometric deviation, dissipation according to ISO 9613-1, barrier and soil effects as well as vegetation damping according to ISO 9613-2 are taken into account. For example, barrier effects can be calculated as implemented in ISO 9613-2. For the calculation of ground effects, an analytical solution for spherical waves is used, which has been extended for uneven terrain and varying surface properties. In a second step, the weather influences on sound propagation, in particular the influence of local temperature and humidity on dissipation and the consequences of vertical gradients of wind and temperature on the effects of the screen, are determined. The latter is done using a ray tracking algorithm that derives the sound path from the source to the receiver along possible barrier edges from the effective sound velocity for any profile.

[0075] Fig.1 zeigt einen Strahlnachverfolgungsalgorithmus, um den Schallweg von Quelle S zu Empfänger R abzuleiten. Als Zusatzwirkung kann die Entstehung von Schallschattenzonen abgeleitet werden. Reflexionen an Gebäuden und Wänden werden berücksichtigt. Das Modell unterscheidet zwischen kohärenten und gespiegelten Reflexionen und Streuung. Diffuse Reflexionen von Waldrändern und Klippen werden durch zwei getrennte Modelle wiedergegeben. Die Schallausbreitungsmodellierung wird in Dritteloktavbändern vorgenommen. Für Fluglärm wird ein Frequenzbereich von 20 Hz bis 5 kHz angewendet. Figure 1 shows a ray tracking algorithm to derive the sound path from source S to receiver R. The emergence of acoustic shadow zones can be derived as an additional effect. Reflections on buildings and walls are taken into account. The model differentiates between coherent and mirrored reflections and scattering. Diffuse reflections from forest edges and cliffs are represented by two separate models. The sound propagation modeling is done in 1/3 octave bands. A frequency range of 20 Hz to 5 kHz is used for aircraft noise.

SimulationswerkzeugSimulation tool

[0076] Gemäss dem Zeitschrittkonzept wird ein einzelner Flug durch Quellenpositionen wiedergegeben, die der Flugbahn in vorgegebenen Zeitschritten, üblicherweise einer Sekunde, folgen. An jeder Position wird die winkelabhängige Schallemission mit der momentanen Leistungseinstellung, Flugzeugkonfiguration und Ausrichtung berechnet. An einem beliebigen Empfängerstandort werden die Beträge aus jeder Quellenposition in chronologischer Reihenfolge zusammengefasst. Aus den sich ergebenden Pegel-Zeit-Protokollen können akustische Werte wie äquivalenter Dauerschalldruckpegel oder maximaler Schalldruckpegel abgeleitet werden. According to the time step concept, a single flight is reproduced by source positions which follow the flight path in predetermined time steps, usually one second. The angle-dependent sound emission is calculated at each position with the current power setting, aircraft configuration and orientation. At any recipient location, the amounts from each source position are summarized in chronological order. Acoustic values such as equivalent continuous sound pressure level or maximum sound pressure level can be derived from the resulting level-time protocols.

[0077] Das sich daraus ergebende Simulationswerkzeug wird für die ausführliche Analyse von Einzelflügen sowie die Berechnung komplexer Szenarien mit Verarbeitung von mehreren Zehntausend Flügen verwendet, um Lärmkarten von Grossbereichen mit mehreren Zehnfachen von Quadratmetern zu erstellen. Im letzteren Fall stellt die Rechendauer einen kritischen Punkt dar, der durch zwei Massnahmen reduziert werden kann. The resulting simulation tool is used for the detailed analysis of individual flights and the calculation of complex scenarios with processing of several tens of thousands of flights in order to create noise maps of large areas with several tens of square meters. In the latter case, the computation time is a critical point that can be reduced by two measures.

[0078] Zuerst wird eine Differenzierung der Ausbreitungssituation eingeleitet. Breitet sich Schall in der Nähe des Bodens aus, wird ein direktes Modell wie obenstehend bezugnehmend auf Fig. 1 beschrieben verwendet. Bei grösseren Flughöhen ist die Situation hingegen viel einfacher, da keine Schirmwirkungen auftreten und die aufwendige Verarbeitung von Geländeprofilen wegfallen kann. Weiterhin stellt der Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit auf die Dissipation den einzigen relevanten Witterungseinfluss dar. Ausserdem dominiert der Direktschall, und Reflexionen können vernachlässigt werden. Dafür wird ein vereinfachter Ansatz praktiziert, der lediglich geometrische Abweichung, Dissipation und einen standardisierten Bodeneffekt berücksichtigt. Als Kriterium für die Unterscheidung komplexer und vereinfachter Situationen wird der Sichtlinienwinkel in Bezug auf die Horizontlinie verwendet. First, a differentiation of the propagation situation is initiated. If sound propagates in the vicinity of the ground, a direct model as described above with reference to FIG. 1 is used. At higher altitudes, on the other hand, the situation is much simpler, since there are no shield effects and the time-consuming processing of terrain profiles can be omitted. Furthermore, the influence of temperature and humidity on the dissipation is the only relevant weather influence. In addition, direct sound dominates and reflections can be neglected. A simplified approach is used for this, which only takes into account geometric deviation, dissipation and a standardized ground effect. The line of sight angle with respect to the horizon line is used as a criterion for distinguishing complex and simplified situations.

[0079] Zweitens werden die ausführlichen oder komplexen Schallausbreltungsberechnungen vor den Berechnungen des tatsächlichen Fluglärms vorgenommen, und die sich ergebenden Abschwächungen werden in einer Nachfrage-Datenbank gespeichert. Zu diesem Zweck wird ein Luftraum in Grundformen rechteckiger Form, die jeweils einen zellenähnlichen Teilraum bilden, aufgeteilt. Eine Schallausbreitungsberechnung wird für jede der acht Ecken von denjenigen Zellen, welche das Flugzeug tatsächlich durchfliegt, vorgenommen. Während der Simulation von Einzelflügen werden die relevanten Abschwächungen durch Interpolieren an der tatsächlichen Quellenposition aus den Werten der Zellenecken gemäss der Datenbank abgeleitet. Second, the detailed or complex sound exhaust calculations are made prior to the calculations of the actual aircraft noise, and the resulting attenuations are stored in a demand database. For this purpose, an air space is divided into basic rectangular shapes, each of which forms a cell-like sub-space. A sound propagation calculation is carried out for each of the eight corners of those cells through which the aircraft actually flies. During the simulation of individual flights, the relevant attenuations are derived by interpolating at the actual source position from the values of the cell corners according to the database.

[0080] Um Inkonsistenzen beim Übergang vom einfachen zum differenzierten oder komplexen Modell zu vermeiden, werden Dissipationen pro Meter mit sonX für vorgegebene Wetterbedingungen im Voraus berechnet und in einer Nachschlagetabelle für verschiedene Schichten der Atmosphäre gespeichert. Während der Einzelflugsimulation kann auf Abschwächungen entweder aus der Datenbasis zugegriffen werden, oder sie können im einfachen Fall unter Verwendung letzterer Dissipationswerte direkt berechnet werden. In order to avoid inconsistencies in the transition from the simple to the differentiated or complex model, dissipations per meter with sonX are calculated in advance for given weather conditions and stored in a look-up table for different layers of the atmosphere. During the single flight simulation, attenuations can either be accessed from the database or, in the simple case, they can be calculated directly using the latter dissipation values.

MesskonzeptMeasurement concept

[0081] Messungen werden an einem öffentlichen Flughafen, zum Beispiel dem Flughafen Zürich, bei realem Luftverkehr durchgeführt, was ermöglicht, dass die wichtigsten kommerziellen Flugzeugtypen, die auf vergleichbaren Flughäfen verkehren, erfasst werden. Aufgrund unterschiedlicher Längen von Landebahnen, Betriebskonzepte und Ziele am Flughafen kann eine breite Palette an Flugparametern für die Entwicklung des halbempirischen Schallquellenmodells gesammelt werden. Unabhängige Messungen werden sowohl in geringer als auch in grosser Entfernung vom Flughafen vorgenommen. Measurements are carried out at a public airport, for example Zurich Airport, with real air traffic, which enables the most important commercial aircraft types that operate at comparable airports to be recorded. Due to different lengths of runways, operating concepts and destinations at the airport, a wide range of flight parameters can be collected for the development of the semi-empirical sound source model. Independent measurements are taken both at short and long distances from the airport.

[0082] Fig. 2 zeigt eine Messanordnung an den Landebahnen 16, 28 und 34 des Flughafens. In unmittelbarer Nähe des Flughafens werden Daten für 3D-Richtwirkungsmuster durch Platzieren von sechs bis acht Mikrofonen neben den Landebahnen gesammelt. Die abgedeckten Winkel hängen von der Mikrofonposition sowie dem Abhebepunkt, der sich hauptsächlich aufgrund von verschiedenen Startgewichten und Schubleistungen beim selben Flugzeugtyp um bis zu 500 m und bei verschiedenen Flugzeugtypen um bis zu 1500 m unterscheiden kann, ab. Dafür befinden sich die Mikrofone nicht nur am Ende der Landebahnen, sondern auch entlang der Landebahnen, um vorzeitiges Abheben mit zu erfassen. Am Tag können die meisten Daten auf der Landebahn 28 (Abflug Richtung Westen) und einer zusätzlichen Landebahn (Anflug von Norden, nicht dargestellt) erfasst werden. FIG. 2 shows a measuring arrangement on the runways 16, 28 and 34 of the airport. In the immediate vicinity of the airport, data for 3D directivity patterns are collected by placing six to eight microphones next to the runways. The angles covered depend on the microphone position and the take-off point, which can differ by up to 500 m for the same aircraft type and by up to 1500 m for different aircraft types, mainly due to different take-off weights and thrust performance. The microphones are not only located at the end of the runway, but also along the runway to detect premature take-off. During the day, most of the data can be recorded on runway 28 (departure to the west) and an additional runway (approach from the north, not shown).

[0083] Aufgrund deutscher Flugverkehrsbeschränkungen in den frühen Morgenstunden (6.00 Uhr bis 7.00 Uhr am Morgen) fliegen einige Flugzeugtypen ausschliesslich von Süden an (Landebahn 34). Schwere Flugzeugtypen wie der A330 oder A380 starten zudem normalerweise in Richtung Süden von der Landebahn 16. Da diese Typen akustisch relevant sind, werden Messungen auch auf den Landebahnen 16/34 vorgenommen. Die Standorte der Mikrofone können optimiert werden, um einen breiten Umfang an Polarwinkeln abzudecken und somit ausreichend Daten für die 3D-Richtcharakteristiken zu kumulieren. Due to German air traffic restrictions in the early hours of the morning (6:00 a.m. to 7:00 a.m.), some types of aircraft only arrive from the south (runway 34). Heavy aircraft types such as the A330 or A380 also normally take off in a southbound direction from runway 16. Since these types are acoustically relevant, measurements are also carried out on runways 16/34. The locations of the microphones can be optimized to cover a wide range of polar angles and thus to accumulate sufficient data for the 3D directional characteristics.

[0084] Bei grösseren Entfernungen werden annähernd zwölf Mikrofone an Standorten von bis zu 25 km Entfernung vom Flughafen installiert, die verschiedene Flugkonfigurationen abdecken. Abflüge werden entlang der regulären Flugstrecke westlich von Landebahn 28 und östlich von Landebahn 16 gemessen. Landeanflüge werden nur auf Landebahn 34 gemessen, da dort hinreichend Daten für alle Flugzeugtypen verfügbar sind. For greater distances, approximately twelve microphones are installed at locations up to 25 km from the airport, which cover various flight configurations. Departures are measured along the regular flight route west of runway 28 and east of runway 16. Landing approaches are only measured on runway 34, since sufficient data is available there for all types of aircraft.

[0085] Flugwege werden in unmittelbarer Umgebung des Flughafens (Zeit und Position) durch ein optisches Nachverfolgungssystem bestimmt. In grösserer Entfernung vom Flughafen sind die Anforderungen In Bezug auf die Genauigkeit der Flugweglokalisierung niedriger, und Radardaten sollten eine hinreichende Genauigkeit bereitstellen. Diese Systeme sind insbesondere für die Flugzeuge von Fluglinien erforderlich, bei denen keine Cockpitdaten verfügbar sind. Zur Validierung von aus unterschiedlichen Quellen abgeleiteten Nachverfolgungsdaten wird ein mobiles Multilaterationssystem verwendet. Flight paths are determined in the immediate vicinity of the airport (time and position) by an optical tracking system. At greater distances from the airport, the requirements for the accuracy of flight path location are lower and radar data should provide sufficient accuracy. These systems are particularly necessary for the aircraft of airlines where cockpit data is not available. A mobile multilateration system is used to validate tracking data derived from different sources.

Prognose der Winkelvarietät für 3D-RichtwirkungenPrediction of the variety of angles for 3D directional effects

[0086] Um zuverlässige 3D-Richtcharakteristiken erstellen zu können, muss ein breiter Umfang von Polarwinkeln abgedeckt werden. Die Mikrofonpositionen wurden dementsprechend unter Verwendung eines Matlab-Programms, das die Abdeckung der Polarwinkel prognostiziert, optimiert. Da sich die Abflugpositionen stark unterscheiden können, werden Flugwege, die aus Radardaten verschiedener Flugzeugtypen abgeleitet werden und mit einem frühen und einem späten Abflugpunkt pro Typ versehen sind, als Eingabedaten für das Prognosewerkzeug verwendet. Für jede diskrete Quellenposition (n) des gewählten Flugwegs wurde ein relativer Vektor rg,micfür ein Mikrofon bestimmt, wie in flugzeuggetragenen normalen Weltkoordinaten (Index g) wie in DIN9300-1 definiert gemäss untenstehender Gleichung (1) beschrieben. Da alle Beispieldaten in Schweizer Landeskoordinaten CH1903 angegeben sind, ist die xg-Achse in Richtung des geographischen Nordens ausgerichtet. In order to be able to create reliable 3D directional characteristics, a wide range of polar angles must be covered. The microphone positions were optimized accordingly using a Matlab program that predicts the coverage of the polar angles. Since the departure positions can differ greatly, flight paths which are derived from radar data from various aircraft types and are provided with an early and a late departure point for each type are used as input data for the forecasting tool. For each discrete source position (s) of the selected flight path, a relative vector rg, mic for a microphone was determined, as described in airborne normal world coordinates (index g) as defined in DIN9300-1 according to equation (1) below. Since all sample data are given in Swiss national coordinates CH1903, the xg-axis is aligned in the direction of true north.

[0087] Mit obenstehender Gleichung (2) wird der Vektor rg,micin das kartesische Flugweg-Achsensystem (Index k, vgl. Fig. 3) umgeformt, um die Polarwinkel von jeder Quellenposition zum Mikrofon zu bestimmen. Da Informationen zum Neigungswinkel in der Regel nicht zur Verfügung stehen, wird der Einfluss auf die Flugzeugausrichtung vernachlässigt, bildet aber Gegenstand zukünftiger Untersuchungen. Die Umformungsmatrix wird in den Flugweg umgewandelt. The above equation (2) is used to transform the vector rg, mic into the Cartesian flight path axis system (index k, see FIG. 3) in order to determine the polar angle from each source position to the microphone. Since information on the angle of inclination is usually not available, the influence on the aircraft orientation is neglected, but is the subject of future studies. The transformation matrix is converted into the flight path.

[0088] Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flugweg-Achsensystems mit Polarwinkeln θ und φ in Längs- und Querrichtung. Die Polarwinkel θ und φ für jeden diskreten Punkt des Flugwegs werden durch das Lambertsche Kosinusgesetz mit dem Vektor rk,mic(Gl. 2) bzw. Vektor rk,mic,yzund den Einheitsvektoren xkund zkwie in Fig. 3 gezeigt und gemäss den untenstehenden Gleichungen (3) und (4) bestimmt. 3 shows a schematic representation of a flight path axis system with polar angles θ and φ in the longitudinal and transverse directions. The polar angles θ and φ for each discrete point of the flight path are shown by Lambert's cosine law with the vector rk, mic (Eq. 2) or vector rk, mic, yz and the unit vectors x and zk as shown in Fig. 3 and according to the equations below ( 3) and (4).

[0089] Bei den Berechnungen wird der Teil des Überflugs von kurz nach dem Abheben bis zu einer Höhe von 1.500 Fuss über der Landebahn betrachtet. Dieser Flugabschnitt gibt einen nahezu stationären Flug mit konstanter Geschwindigkeit und konstanten Leistungseinstellungen wieder. Das aerodynamische Geräusch des Fahrwerks, das in dieser Phase eingefahren wird, kann aufgrund der Dominanz der Triebwerke vernachlässigt werden. Eine Höhe von 30 Fuss oder ein Steigungswinkel von 10° werden als Kriterium für den Beginn der Auswertung vorgeschlagen, während die Drosselung bei 1.500 Fuss das Kriterium für das Beenden der Messung darstellt. The calculations consider the portion of the overflight from shortly after take-off to an altitude of 1,500 feet above the runway. This flight segment reproduces an almost stationary flight with constant speed and constant power settings. The aerodynamic noise of the landing gear, which is retracted in this phase, can be neglected due to the dominance of the engines. A height of 30 feet or a slope angle of 10 ° are suggested as criteria for starting the evaluation, while the throttling at 1,500 feet is the criterion for ending the measurement.

[0090] Fig. 4 zeigt beispielhaft Ergebnisse des Prognosewerkzeugs, insbesondere die sich ergebenden Polarwinkel für beliebige Flugwege, die als Flugwegachsen mit normalisierten Vektoren auf einer Seite der Halbkugel, die die Unterseite des Flugzeugs wiedergibt, graphisch dargestellt sind. (Es ist nur eine Seite graphisch dargestellt, da die Schallrichtwirkung symmetrisch entlang der Längsachse, xkmodelliert wird). Bei einem Flugweg mit kurzem Abheben zeigen nahezu alle Mikrofone eine gute Abdeckung von θ aufgrund ihres Standorts vor dem Abhebepunkt. Die Daten sind auf θ-Winkel zwischen 15° und 170° beschränkt. Diese Winkel sind jedoch bezogen auf ihren Schallbeitrag vemachlässigbar. Zudem wird, selbst wenn die Winkelabdeckung eines einzelnen Überflugs nicht ausreichend ist, die Variation der Flugwege einer statistisch ausreichenden Anzahl an Ereignissen diese Lücke füllen, wie in Fig. 4 (rechts) dargestellt ist. Innerhalb der markierten Oberflächen zweier beispielhafter Mikrofonpositionen kann eine gute Datenabdeckung prognostiziert werden. 4 shows, by way of example, results of the forecasting tool, in particular the resulting polar angles for any flight paths, which are graphically represented as flight path axes with normalized vectors on one side of the hemisphere that represents the underside of the aircraft. (Only one side is graphed as the sound directivity is modeled symmetrically along the longitudinal axis, xk). In the case of a flight path with a short take-off, almost all microphones show good coverage of θ due to their location in front of the take-off point. The data is limited to θ angles between 15 ° and 170 °. However, these angles are negligible in relation to their sound contribution. In addition, even if the angular coverage of a single overflight is insufficient, the variation in flight paths of a statistically sufficient number of events will fill this gap, as shown in FIG. 4 (right). Good data coverage can be predicted within the marked surfaces of two exemplary microphone positions.

[0091] Für die Optimierung der in Fig. 2 gezeigten Mikrofonpositionen werden alle acht Mikrofone einer beliebigen Anordnung berechnet. Die Positionen werden für unterschiedliche Flugwege unterschiedlicher Flugzeugtypen auf jeder der von den Messungen abgedeckten Landebahnen optimiert. Zusätzlich Ist ein Beispiel einer endgültigen Anordnung wie in Fig. 2 dargestellt auch von verschiedenen anderen Bedingungen wie Sicherheitsauflagen am Flughafen, Unzugänglichkeit mancher Bereiche und akustisch nachteiliger Standorte mit Reflexionen oder starkem Hintergrundlärm abhängig. For the optimization of the microphone positions shown in FIG. 2, all eight microphones of any arrangement are calculated. The positions are optimized for different flight paths of different types of aircraft on each of the runways covered by the measurements. In addition, an example of a final arrangement as shown in FIG. 2 is also dependent on various other conditions such as security requirements at the airport, inaccessibility of some areas and acoustically disadvantageous locations with reflections or strong background noise.

RichtwirkungsunsicherheitDirectional uncertainty

[0092] Zuverlässige 3D-Richtcharakteristiken erfordern eine präzise Bestimmung der Flugzeugposition, was die Genauigkeit der Polarwinkel beeinträchtigt. Die standardmässigen Ungenauigkeiten uθund uφ(Konfidenzintervall 68 %) können durch das Fehlerfortpflanzungsgesetz basierend auf den Unsicherheiten der horizontalen und vertikalen Flugzeugposition durch Anwenden der untenstehenden Gleichungen (5) und (6) auf obenstehende Gleichungen (3) und (4) geschätzt werden. wobei xkdie Längsachse, ykdie Querachse und zkdie Vertikalachse des Flugweg-Achsensystems (Figur 3) ist. Die Quantitäten von uθund uφwerden für Radardaten mit einer Lateraltoleranz von 230 m und einer Vertikaltoleranz von 46 m quantifiziert. Diese Schätzung ergibt eine Obergrenze für uθund uφda andere Positionierungssysteme wie Cockpitdaten genauer sind. Unter Annahme einer rechteckigen Verteilung innerhalb der Toleranzgrenzen kann die Umformung von Toleranzen t in Standardunsicherheiten utgemäss untenstehender Gleichung (7) wie folgt berechnet werden Reliable 3D directional characteristics require precise determination of the aircraft position, which affects the accuracy of the polar angles. The standard inaccuracies uθ and uφ (confidence interval 68%) can be estimated by the error propagation law based on the uncertainties of the horizontal and vertical aircraft position by applying equations (5) and (6) below to equations (3) and (4) above. where xk is the longitudinal axis, yk is the transverse axis and zk is the vertical axis of the flight path axis system (Figure 3). The quantities of uθ and uφ are quantified for radar data with a lateral tolerance of 230 m and a vertical tolerance of 46 m. This estimate gives an upper limit for uθ and uφ since other positioning systems such as cockpit data are more accurate. Assuming a rectangular distribution within the tolerance limits, the conversion of tolerances t into standard uncertainties can be calculated according to equation (7) below as follows

[0093] Fig. 5 zeigt schematische Diagramme, die die Richtwirkungsunsicherheit für Radardaten in einer Entfernung von 1 km (links) und 5 km (rechts) vor dem Aufsetzen darstellen. Die Mikrofonposition wird von 0 auf 100, 200 und 300 m seitlich verschoben. Oben: Gleitweg; Mitte: Unsicherheit uθ; Unten: Unsicherheit uφ. (Anmerkung: unterschiedliche Massstäbe der Standardunsicherheiten für 1 km.) 5 shows schematic diagrams which represent the directional uncertainty for radar data at a distance of 1 km (left) and 5 km (right) before touchdown. The microphone position is shifted sideways from 0 to 100, 200 and 300 m. Above: glide path; Middle: uncertainty uθ; Below: Uncertainty uφ. (Note: different scales of the standard uncertainties for 1 km.)

Zwischenfazit zur DatenerfassungInterim conclusion on data collection

[0094] Das obenstehend beschriebene Modell für ein Verfahren und ein rechnerimplementiertes Programm nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berücksichtigt Flugkonfigurationsparameter und erfüllt somit die Anforderungen für eine akustische Optimierung von Flugverfahren. Für die Entwicklung eines solchen Modells sind das Schallemissionsmodell in Funktion der Flugkonfiguration und die zugrundeliegende Schallquellendatenbasis ausschlaggebend. Umfangreiche Messungen müssen dafür in unmittelbarer Umgebung sowie in grosser Entfernung des jeweiligen Flughafens, z. B. Zürich, vorgenommen werden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung zuverlässiger 3D-Schallrichtcharakteristiken. Letztere erfordern eine optimierte Mikrofonpositionierung für eine breite Abdeckung von Polarwinkeln. Die Prognose der Polarwinkel-Abdeckung einer bestimmten Messanordnung stellt bei der Optimierung des Messaufbaus eine grosse Hilfe dar. Weiterhin muss die Bestimmung der Polarwinkel ihrerseits zuverlässig sein. Deren Unsicherheiten werden daher für einen typischen Landeanflug beispielhaft geschätzt. Die Ergebnisse zeigen, dass Radardaten für Messpositionen in grosser Entfernung vom Flughafen (Unsicherheiten von 0,6°) hinreichend genau sind, während in unmittelbarer Umgebung des Flughafens andere Systeme erforderlich sind. The above-described model for a method and a computer-implemented program according to an embodiment of the present invention takes into account flight configuration parameters and thus meets the requirements for acoustic optimization of flight methods. The sound emission model as a function of the flight configuration and the underlying sound source database are decisive for the development of such a model. Comprehensive measurements have to be carried out in the immediate vicinity as well as at a great distance from the respective airport, e.g. B. Zurich, can be made. A special focus is on the development of reliable 3D sound directional characteristics. The latter require optimized microphone positioning for broad coverage of polar angles. The prognosis of the polar angle coverage of a certain measurement arrangement is of great help in optimizing the measurement setup. Furthermore, the determination of the polar angle itself must be reliable. Their uncertainties are therefore estimated as an example for a typical landing approach. The results show that radar data for measurement positions at great distances from the airport (uncertainties of 0.6 °) are sufficiently accurate, while other systems are required in the immediate vicinity of the airport.

[0095] Unter Verwendung eines hybriden fallabhängigen Ausbreitungsmodells in Kombination mit einer Abschwächungsdatenbasis ist es möglich, ein Simulationswerkzeug mit hoher Flexibilität und Genauigkeit bereitzustellen, ohne den rechnerischen Aufwand zu erhöhen. Ein erheblicher Vorteil der Abschwächungsdatenbasis besteht darin, dass sie für zahlreiche Berechnungen wiederverwendet werden kann, sobald sie für einen bestimmten Flughafen erstellt wurde. Weitere Schritte sind die Auswertung der Schallquellendaten in Kombination mit den Nachverfolgungsdaten, die Entwicklung des Schallemissionsmodells und die Integration in das Simulationswerkzeug in Übereinstimmung mit einem Verfahren und einem rechnerimplementierten Programm nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Using a hybrid case-dependent propagation model in combination with an attenuation database, it is possible to provide a simulation tool with high flexibility and accuracy without increasing the computational effort. A significant advantage of the attenuation database is that it can be reused for numerous calculations once it has been created for a particular airport. Further steps are the evaluation of the sound source data in combination with the tracking data, the development of the acoustic emission model and the integration into the simulation tool in accordance with a method and a computer-implemented program according to an embodiment of the present invention.

Schallquellenmodell für Flugzeuge in Abhängigkeit von FlugbedingungenSound source model for aircraft as a function of flight conditions

[0096] Basierend auf obenstehend beschriebenem Messaufbau und Datenquellen berücksichtigt ein Schallquellenmodell für Fahrzeuge, Insbesondere Luftfahrzeuge oder Flugzeuge, in Übereinstimmung mit einem Verfahren und einem rechnerimplementierten Programm nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweilige Flugbedingungen des Flugzeugs. Based on the measurement setup and data sources described above, a sound source model for vehicles, in particular aircraft or aircraft, in accordance with a method and a computer-implemented program according to one embodiment of the present invention takes into account the respective flight conditions of the aircraft.

Eingabedaten - Messungen und DatenquellenInput data - measurements and data sources

[0097] Wie obenstehend bereits ausgeführt wurde, werden akustische Überflugmessungen von realem Luftverkehr rund um einen öffentlichen Flughafen, z. B. Zürich, vorgenommen. Um eine breite Palette an typischen Flugbedingungen abzudecken, werden Mikrofone sowohl in der unmittelbaren Umgebung des Flughafens, aber auch in Entfernungen von bis zu 20 km platziert. As already stated above, acoustic overflight measurements of real air traffic around a public airport, e.g. B. Zurich, made. In order to cover a wide range of typical flight conditions, microphones are placed both in the immediate vicinity of the airport, but also at distances of up to 20 km.

[0098] Fig. 6 zeigt den Messaufbau in weiterer Entfernung vom Flughafen einschliesslich Landeanflügen von Süden und zwei Abflugrouten, die Grossraum- und Standardrumpf-Flugzeuge abdecken. Mikrofonstandorte 1-10 (Punkte) und typische Flugstrecken für Abflüge von Landebahn 16 (durchgehende Linien) und Landebahn 28 (gestrichelte Linie) sowie Landeanflüge auf Landebahn 34 (strichpunktierte Linien) werden in Fig. 6 gezeigt. Die zehn eigenständigen Standorte sind mit omnidirektionalen Freifeld-Mikrofonen, die in einer Höhe von 10 m über dem Boden angeordnet sind, ausgestattet. 6 shows the measurement setup at a further distance from the airport including landing approaches from the south and two take-off routes that cover large and standard fuselage aircraft. Microphone locations 1-10 (dots) and typical flight routes for departures from runway 16 (continuous lines) and runway 28 (dashed line) as well as approaches to runway 34 (dash-dotted lines) are shown in FIG. 6. The ten independent locations are equipped with omnidirectional free-field microphones, which are arranged at a height of 10 m above the ground.

[0099] Die Mikrofonstandorte für Abflüge sind derart gewählt, dass sie Flugbedingungen nach Drosselung, während Beschleunigung und während kontinuierlichem Steigflug in Reiseflugkonfiguration abdecken. Während des Landeanflugs wurden die Mikrofonstandorte entlang des Gleitwegs während der Verlangsamung des Flugzeugs für den Endanflug verteilt. The microphone locations for departures are chosen such that they cover flight conditions after throttling, during acceleration and during continuous climb in cruise configuration. During the landing approach, the microphone locations were distributed along the glide slope while the aircraft was slowing down for the final approach.

[0100] Messungen In unmittelbarer Umgebung des Flughafens, innerhalb einer Entfernung von 2,5 km vom Abheben oder Aufsetzen, stellen Daten sowohl für den Endanflug als auch für den Anfangssteigflug in einem weiten Umfang von Strahlungswinkeln bereit. Bei jeder der drei gemessenen Landebahnrichtungen im Nahbereich wurden acht omnidirektionale Freifeld-Mikrofone in einer Höhe von 4 m über dem Boden installiert. Measurements in the immediate vicinity of the airport, within a distance of 2.5 km from take-off or touchdown, provide data for both the final approach and the initial climb in a wide range of radiation angles. Eight omnidirectional free-field microphones were installed at a height of 4 m above the ground for each of the three measured runway directions in the vicinity.

[0101] Ein optisches Nachverfolgungssystem und Multilateration (MLAT) stellen im Nahbereich des Flughafens Positionsdaten mit grosser Genauigkeit bereit. In der weiteren Entfernung, in der die Genauigkeit von Radardaten ausreichend ist, wurden Letztere verwendet. Flugschreiberdaten mit Strecken auf GPS-Basis werden von internationalen Fluglinien (z. B. SWISS) bereitgestellt. Die Flugschreiberdaten stellen zudem Luftgeschwindigkeit, Triebwerksparameter, Flugzeugausrichtung, Konfiguration der Flugzeugzelle, Umweltbedingungen etc. bereit. Für Flugzeugtypen ohne verfügbare Flugschreiberdaten wird die Rotationsgeschwindigkeit des Triebwerks N1 aus Kurzzeitspektren der Akustikmessungen extrahiert. Bei den vorliegenden Beispielmessungen sind Flugschreiberdaten von insgesamt sechs Flugzeugtypen mit 161 bis 673 Flügen und dreizehn Kombinationen aus Flugzeug- und Triebwerkstypen, sogenannten Referenztypen, die auf der N1-Bestimmung mit jeweils 27 bis 334 Flügen basieren, verfügbar (siehe untenstehende Tabelle 1). An optical tracking system and multilateration (MLAT) provide position data with great accuracy in the vicinity of the airport. In the further distance where the accuracy of radar data is sufficient, the latter were used. Flight recorder data with routes based on GPS are provided by international airlines (e.g. SWISS). The flight recorder data also provide air speed, engine parameters, aircraft orientation, configuration of the airframe, environmental conditions, etc. For aircraft types without available flight recorder data, the rotational speed of the engine N1 is extracted from short-term spectra of the acoustic measurements. In the present example measurements, flight recorder data are available from a total of six aircraft types with 161 to 673 flights and thirteen combinations of aircraft and engine types, so-called reference types, which are based on the N1 determination with 27 to 334 flights each (see Table 1 below).

Eingabedaten-DatenverarbeitungInput data data processing

[0102] Fig. 7 zeigt die Datenverarbeitung, die für die Backpropagation der Messungen und das Erstellen des Eingabedatensatzes für das Schallemissionsmodell angewendet wurde. Die Schallwellendateien werden mit einem festen Zeitintervall von 50 ms analysiert und auf Dritteloktavbänder mit 24 Mittelfrequenzen von 25 Hz bis 5 kHz gefiltert, um die Schalldruckpegel Lp(f) zu erhalten. Dieser Frequenzbereich wird gewählt, um die Charakteristiken von Fluglärm abzudecken, der eine hohe akustische Energie im Niederfrequenzbereich von der Düse umfasst. Frequenzen oberhalb von 5 kHz werden aufgrund der gewöhnlich relativ grossen Entfernungen zwischen dem Flugzeug und dem Empfänger schnell abgeschwächt und können somit nur sehr nah an der Quelle gemessen werden. FIG. 7 shows the data processing that was used for the back-propagation of the measurements and the creation of the input data set for the acoustic emission model. The sound wave files are analyzed with a fixed time interval of 50 ms and filtered to third octave bands with 24 center frequencies from 25 Hz to 5 kHz in order to obtain the sound pressure level Lp (f). This frequency range is chosen to cover the characteristics of aircraft noise, which includes high acoustic energy in the low frequency range from the nozzle. Frequencies above 5 kHz are quickly attenuated due to the usually relatively large distances between the aircraft and the receiver and can therefore only be measured very close to the source.

[0103] Um eine Backpropagation von Hintergrundlärm zu verhindern, wird lediglich der Teil des Pegel-Zeit-Protokolls (von jedem Dritteloktavband), der vor und nach dem Ereignis 6 dB oberhalb des Mindestpegels liegt, für die Analyse ausgewählt. Zusätzlich werden Ereignisse mit unerwünschten Geräuschen verworfen. Das Schallausbreitungsmodell sonX wird modifiziert und verwendet, um die entsprechenden Abschwächungen und die Geschwindigkeit des Schalls für jede Quelle-Empfänger-Kombination zu berechnen. Quellenpositionen und Flugparameter werden auf die akustischen Daten synchronisiert und um die Verzögerung des Schalls bei seinem Verlauf durch die Atmosphäre korrigiert. Geometrische Abweichung, atmosphärische Absorption, Bodeneffekt, Bewuchsdämpfung sowie der Einfluss von Vertikalgradienten von Wind, Temperatur und relativer Feuchte werden berücksichtigt. Bei jedem Flug werden individuelle Witterungsprofile aus dem bekannten numerischen Wettervorhersagemodell COSMO-2 verwendet, um die tatsächlichen atmosphärischen Bedingungen so präzise wie möglich zu reproduzieren. Der Koeffizient der atmosphärischen Absorption wird dafür für bestimmte Ebenenoberflächen mit einer maximalen Schrittgrösse von 100 m berechnet. In order to prevent backpropagation of background noise, only that part of the level-time protocol (of each third of an octave band) which is 6 dB above the minimum level before and after the event is selected for the analysis. In addition, events with undesirable noises are discarded. The sound propagation model sonX is modified and used to calculate the corresponding attenuations and the speed of the sound for each source-receiver combination. Source positions and flight parameters are synchronized to the acoustic data and corrected for the delay in the sound as it travels through the atmosphere. Geometric deviation, atmospheric absorption, ground effect, damping of vegetation and the influence of vertical gradients of wind, temperature and relative humidity are taken into account. For each flight, individual weather profiles from the well-known numerical weather forecast model COSMO-2 are used in order to reproduce the actual atmospheric conditions as precisely as possible. The coefficient of atmospheric absorption is calculated for certain plane surfaces with a maximum step size of 100 m.

[0104] Effekte aufgrund der Bewegung der Quelle werden durch Anwenden einer Frequenzverschiebung und einer Pegelverstärkung korrigiert. In der untenstehenden Gleichung (8) wird der Doppler-Faktor DF in Abhängigkeit von der relativen Machzahl Ma von der Quelle in Richtung des Empfängers definiert, wobei θ der Strahlungswinkel zwischen dem Flugweg und dem Vektor von Quelle zu Empfänger Ist. DF = 1 - Ma · cos (θ) (8) Effects due to the movement of the source are corrected by applying a frequency shift and a level gain. In equation (8) below, the Doppler factor DF is defined as a function of the relative Mach number Ma from the source in the direction of the receiver, where θ is the radiation angle between the flight path and the vector from source to receiver. DF = 1 - Ma · cos (θ) (8)

[0105] Flugeffekte (FE), die für Schallquellen, die sich mit dem Flugzeug bewegen, kategorisiert werden können, bestehen aus der kinematischen Wirkung, die der Bewegung der Quelle bezogen auf den Empfänger (Doppler) entspricht, sowie der dynamischen Wirkung, die der Bewegung der Quelle bezogen auf das Ausbreitungsmedium entspricht. Das Kombinieren beider Effekte führt zur Pegelverstärkung ΔLFE, die in untenstehender Gleichung (9) definiert ist. ΔLFE= 40 · log10DF<-1>(9) Flight effects (FE), which can be categorized for sound sources that move with the aircraft, consist of the kinematic effect, which corresponds to the movement of the source in relation to the receiver (Doppler), and the dynamic effect, which corresponds to the Corresponds to movement of the source in relation to the medium of propagation. The combination of both effects leads to the level gain ΔLFE, which is defined in equation (9) below. ΔLFE = 40 log10DF <-1> (9)

[0106] Die untenstehende Gleichung (10) fasst den Backpropagationsprozess zum Erhalten der Schallemissionspegel Lemfür jedes Dritteloktavband zusammen. Nach der vorliegenden Erfindung ist der Schallemissionspegel Lemals zu einem Schallleistungspegel Lw äquivalent anzusehen, wobei die Richtwirkung D bereits einbezogen ist. Diese Erklärung ist notwendig, da nur die untere Halbkugel des Flugzeugs vom Boden aus gemessen werden kann. Equation (10) below summarizes the backpropagation process for obtaining the sound emission levels Lem for each third octave band. According to the present invention, the sound emission level Lemals is to be regarded as equivalent to a sound power level Lw, the directivity D already being included. This explanation is necessary because only the lower hemisphere of the aircraft can be measured from the ground.

[0107] Die Backpropagation vom Empfänger an die Quelle wird für alle Empfänger (Mikrofonstandorte) basierend auf Kurzzeit-Schalldruckpegeln Lp, die um die Ausbreitungsabschwächung ΣA und den Flugeffekt ΔLFEkorrigiert sind, vorgenommen. In Übereinstimmung mit der Definition des Schallleistungspegels schliesst die geometrische Abweichung in Σ A die Umformungskonstante log10(4π) ein. Die Frequenzverschiebung wird durch das Frequenzverhältnis von Quelle und Empfänger, das dem umgekehrten Doppler-Faktor entspricht, definiert. Für Dritteloktavbänder wurde die Frequenzverschiebung unter der Annahme von über jedes Band gleichmässig verteilter Energie umgesetzt. Die Frequenzverschiebung wird nach der Backpropagation an die Quellenposition gemäss obenstehender Gleichung (10) angewendet. The backpropagation from the receiver to the source is carried out for all receivers (microphone locations) based on short-term sound pressure levels Lp which are corrected for the propagation attenuation ΣA and the flight effect ΔLFE. In accordance with the definition of the sound power level, the geometric deviation in Σ A includes the transformation constant log10 (4π). The frequency shift is defined by the frequency ratio of the source and receiver, which corresponds to the inverse Doppler factor. For third-octave bands, the frequency shift was implemented on the assumption that the energy was evenly distributed over each band. The frequency shift is applied after the backpropagation to the source position according to equation (10) above.

Eingabedaten-Sich ergebender DatensatzInput data - resulting data set

[0108] Als Grundlage für die Modellentwicklung wird für alle Ereignisse jeder individuellen Kombination von Flugzeugtyp und Triebwerkstyp ein Datensatz aufbereitet. Der Grad der Detailgenauigkeit für die Einordnung ist auf allgemeine Flugzeugtypen beschränkt, so dass keine Unterscheidung bei optionaler Ausstattung wie Winglets oder Doppelring-Brennkammern vorgenommen wird. As a basis for the model development, a data record is prepared for all events of each individual combination of aircraft type and engine type. The level of detail required for classification is limited to general aircraft types, so that no distinction is made between optional equipment such as winglets or double ring combustion chambers.

[0109] Beispielsweise ist die A320-Familie des Flugzeugherstellers Airbus in die Typen A319, A320 und A321 aufgeteilt, die sich in erster Linie in der Länge und dem Starthöchstgewicht unterscheiden. Für jeden Typ innerhalb der Gruppe sind unterschiedliche Triebwerksoptionen, entweder CFM56 oder V2500, verfügbar, was sechs mögliche Datensätze impliziert, wenn alle Kombinationen gemessen werden. For example, the A320 family from the aircraft manufacturer Airbus is divided into the types A319, A320 and A321, which differ primarily in terms of length and maximum take-off weight. Different engine options, either CFM56 or V2500, are available for each type within the group, implying six possible data sets when all combinations are measured.

[0110] Jeder Datensatz besteht aus 24 Teilsätzen für die ausgewerteten Dritteloktavbänder mit Mittelfrequenzen von 25 Hz bis 5 kHz. Ein Teilsatz schliesst die entsprechenden Emissionspegel Lemin dB aus obenstehender Gleichung (10), die berechneten Strahlungswinkel θ, φ in Grad, Flugparameter wie die Umdrehungsgeschwindigkeit der Triebwerke N1 in %, die Machzahl Ma und die Atmosphärenparameter Druck p in Pa, Temperatur T in °C, Dichte p in kg/m<3>und Schallgeschwindigkeit c in m/s ein. Sind Flugschreiberdaten verfügbar, sind zudem die Anstell- und Schiebewinkel sowie die Konfigurationseinstellungen verfügbar. Die Machzahl Ma könnte bei Flugschreiberdaten mit der tatsächlichen Luftgeschwindigkeit (bezogen auf die sich bewegende Luft) des Flugzeugs in Verbindung stehen, steht aber aus Konsistenzgründen bei allen Flugzeugen mit der Flugweggeschwindigkeit (bezogen auf den Boden) in Verbindung. Each data set consists of 24 subsets for the evaluated third-octave bands with center frequencies of 25 Hz to 5 kHz. A subset includes the corresponding emission level Lemin dB from the above equation (10), the calculated radiation angles θ, φ in degrees, flight parameters such as the rotational speed of the engines N1 in%, the Mach number Ma and the atmospheric parameters pressure p in Pa, temperature T in ° C , Density p in kg / m 3 and speed of sound c in m / s. If flight recorder data is available, the angles of attack and sideslip as well as the configuration settings are also available. In flight recorder data, the Mach number Ma could be related to the actual air speed (related to the moving air) of the aircraft, but for reasons of consistency it is related to the flight path speed (related to the ground) for all aircraft.

[0111] Zusätzlich werden für die Nachverfolgbarkeit während der Modellentwicklung die Identifikationsnummer für das Ereignis und Mikrofon an jeden Datenpunkt (Zeile) angehängt. Ein Ereignis mit einem Flugabschnitt von 60 s fügt dem Datensatz 1.200 Datenpunkte pro Mikrofon hinzu. Bei allen Flügen und Messstandorten kann sich dies auf ein bis zwei Millionen Datenpunkte pro Teilsatz belaufen. In addition, the identification number for the event and microphone are appended to each data point (line) for traceability during model development. An event with a flight segment of 60 s adds 1,200 data points per microphone to the data set. For all flights and measurement locations, this can amount to one to two million data points per subset.

[0112] Für eine Vergleichbarkeit der Modellprognosen mit den gemessenen Daten in Abschnitt V wird der Datensatz nach den entsprechenden Flugbedingungen und Richtwinkel in jedem Frequenzband gefiltert. Beispielsweise werden Flugparameter für eine typische Flugphase und ein relevanter Richtwinkel ausgewählt, um den Schallemissionspegel vorherzusagen. Dann werden dieselben Parameter mit einem bestimmten Intervall um jeden Parameter verwendet, um einen Teilsatz aus dem kompletten Datensatz zu erzeugen (φ = 60°± 5°, N1 = 93 % ± 2 % etc.). Danach wird das arithmetische Mittel Lemberechnet und mit dem arithmetischen Mittel der prognostizierten Werte verglichen (siehe unten). Die Vergleiche mit gemessenen Daten sind nicht unabhängig, da das Modell auf denselben Datensatz abgestimmt ist, sie ermöglichen jedoch eine Bewertung, ob der Modellansatz geeignet ist. For a comparability of the model prognoses with the measured data in section V, the data set is filtered according to the corresponding flight conditions and directional angle in each frequency band. For example, flight parameters for a typical flight phase and a relevant directional angle are selected in order to predict the sound emission level. Then the same parameters are used with a certain interval around each parameter in order to generate a subset from the complete data set (φ = 60 ° ± 5 °, N1 = 93% ± 2% etc.). Then the arithmetic mean Lembe is calculated and compared with the arithmetic mean of the forecast values (see below). The comparisons with measured data are not independent as the model is tuned to the same data set, but they allow an assessment to be made as to whether the model approach is suitable.

ModellentwicklungModel development

[0113] Das Modell wird mittels multipler linearer Regression erstellt. Dieses Verfahren ermöglicht das Identifizieren von Effekten verschiedener Einflussparameter und ihrer Wechselwirkungen in grosser Detailtiefe. Es kann auf den Schallemissionspegel angewendet werden, da die logarithmischen Pegel normal verteilt sind. In einem ersten Schritt werden Ausreisser aus dem Datensatz entfernt (siehe nachstehender Abschnitt). Dann werden die Parameter für die Modelle ausgewählt (siehe unten). Anschliessend wird ein neuartiger Prozess zum Trennen des Datensatzes in Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm vorgenommen (siehe unten). Diese Trennung der zwei wichtigsten Quellenmechanismen ist vorteilhaft, da sie eine präzisere Beschreibung jedes Mechanismus ermöglicht. Beispielsweise können beide Modelle verschiedene Parameter einschliessen oder unterschiedliche Beziehungen desselben Parameters berücksichtigen. The model is created using multiple linear regression. This procedure enables the identification of the effects of various influencing parameters and their interactions in great detail. It can be applied to the sound emission level because the logarithmic levels are normally distributed. In a first step, outliers are removed from the data set (see section below). Then the parameters for the models are selected (see below). A novel process is then carried out to separate the data set into airframe and engine noise (see below). This separation of the two main source mechanisms is advantageous as it allows a more precise description of each mechanism. For example, both models can include different parameters or take into account different relationships of the same parameter.

[0114] Datenverarbeitung, Datenanalyse und Anpassung der Quellenmodelle können z. B. durch Verwendung der Standardsoftware Matlab 2014b für mathematische Berechnungen vollzogen werden. Die Modelle werden z. B. mittels der „Statistical Toolbox“ von Matlab über den Befehl „fitlm“, der einen Kleinstquadratausgleich (OLS) nutzt und eine individuelle Bewertung der Datenpunkte ermöglicht, ausgeglichen. Data processing, data analysis and adaptation of the source models can e.g. B. by using the standard software Matlab 2014b for mathematical calculations. The models are z. B. using the "Statistical Toolbox" from Matlab via the "fitlm" command, which uses a smallest square adjustment (OLS) and enables an individual evaluation of the data points, balanced.

AusreisserRunaway

[0115] Ausreisser werden vor dem Schätzen der Modellkoeffizienten durch eine adaptive Ausreissererkennung, die den robusten Mahalanobis-Abstand (RD) zur automatischen Erkennung von Ausreissern nutzt, entfernt. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt in der angepassten Schwelle, die an die Probengrösse adaptiert wird. Before the model coefficients are estimated, outliers are removed by an adaptive outlier detection which uses the robust Mahalanobis distance (RD) for the automatic detection of outliers. One advantage of this method is the adapted threshold, which is adapted to the sample size.

[0116] Stammt der Datensatz aus einer multivarianten Normalverteilung, würden gegenüber einer festen Schwelle keine Ausreisser erkannt. If the data set originates from a multivariate normal distribution, no outliers would be recognized in relation to a fixed threshold.

DatenexplorationData exploration

[0117] Die verfügbaren Parameter des präsentierten Datensatzes werden mittels explorativer Analyse und Kenntnissen aus der Literatur analysiert. Die Erkenntnisse werden verwendet, um die wichtigsten Parameter für das statistische Modell, das untenstehend präsentiert wird, auszuwählen. Zudem werden Parameter verworfen, wenn sie mit anderen Parametern korrelieren, um zuverlässige Modellkoeffizienten zu gewährleisten. Schliesslich wird die Beziehung der Parameter zu Lemoffengelegt, um der Linearität des statistischen Modells zu genügen. The available parameters of the presented data set are analyzed by means of exploratory analysis and knowledge from the literature. The findings are used to select the most important parameters for the statistical model presented below. In addition, parameters are discarded if they correlate with other parameters in order to ensure reliable model coefficients. Finally, the relationship of the parameters to Lem is disclosed in order to satisfy the linearity of the statistical model.

[0118] Bei vielen Triebwerken ist N1 der Kontrollparameter der Leistungseinstellung. Im Gegensatz zu Schub oder Strahlgeschwindigkeit des Triebwerks handelt es sich um einen direkt messbaren Parameter. Er korreliert mit der Strahlgeschwindigkeit, die als physikalische Hauptursache für Düsenlärm betrachtet werden kann. Bei Frequenzen unterhalb von 1 kHz, bei denen Strahlmischlärm dominiert, kann N1 als Ersatz für die Strahlgeschwindigkeit verwendet werden. Ausserdem stehen die Blattpassierfrequenz (BPF) sowie der Fan-Breitbandlärm mit einer Mittenfrequenz von 2,5-mal BPF [20] direkt mit N1 in Zusammenhang. Bei den meisten Triebwerkstypen liegen die BPF und somit der Breitbandlärm oberhalb von 1 kHz, so dass N1 einen angemessenen Vorhersagewert für die gesamten Triebwerksspektren darstellt. In many engines, N1 is the power setting control parameter. In contrast to the thrust or jet speed of the engine, this is a directly measurable parameter. It correlates with the jet speed, which can be regarded as the main physical cause of nozzle noise. At frequencies below 1 kHz, where mixed jet noise dominates, N1 can be used as a substitute for jet velocity. In addition, the leaf passing frequency (BPF) and the fan broadband noise with a center frequency of 2.5 times the BPF [20] are directly related to N1. For most engine types, the BPF and thus the broadband noise are above 1 kHz, so that N1 represents an appropriate prediction value for the entire engine spectrum.

[0119] Fig. 8 zeigt Diagramme, die die Ergebnisse von Triebwerk-Prüfläufen darstellen, die mit dem beispielhaften Flugzeug A330-300 (TRENT772B) für zwei beispielhafte Dritteloktavbänder vollzogen wurden, wobei Lpauf einem Radius von 170 m in vier verschiedenen Richtungen gemessen wurde. Die Prüfläufe wurden von SWISS ausgeführt, Messungen wurden von EMPA und dem Flughafen Zürich vorgenommen. Die Erlaubnis zur Verwendung der Daten wurde freundlicherweise erteilt. Ein beispielhafter Triebwerk-Prüflauf eines A330-300 mit TRENT772B wird ausgewertet, um die funktionale Beziehung zwischen Schalldruckpegel und N1 für jedes Dritteloktavband zu erstellen, da keine solche Beziehung bekannt ist. Das stationäre Flugzeug schliesst alle Flugzeugzellen-Lärmquellen und Flugeffekte aus den Messungen aus. Kurzzeitige lineare Schalldruckpegel (Lp) werden an vier Mikrofonstandorten in einem Radius von 170 m um das Flugzeug gemessen. Die Triebwerksprüfung wird zweimal aufwärts und abwärts durch Hochfahren von sechs verschiedenen Triebwerkslasten von Leerlauf bis zum höchstmöglichen Triebwerksdruckverhältnis am Boden durchgeführt. Somit sind für jedes Zeitintervall mit konstantem N1 zwei bis vier mittlere Lpverfügbar (Fig. 3). Ein Regressionsmodell wurde auf jede Richtung abgestimmt, 0° entspricht der Nase des Flugzeugs, N1 ist als Polynom zweiten Grades abgestimmt. Figure 8 is graphs depicting the results of engine test runs performed on the exemplary A330-300 (TRENT772B) aircraft for two exemplary third-octave bands with Lp measured over a 170 m radius in four different directions. The test runs were carried out by SWISS, measurements were taken by EMPA and Zurich Airport. Permission to use the data was kindly given. An exemplary engine test run of an A330-300 with TRENT772B is evaluated to establish the functional relationship between sound pressure level and N1 for each third of an octave band, since no such relationship is known. The stationary aircraft excludes all airframe noise sources and flight effects from the measurements. Short-term linear sound pressure levels (Lp) are measured at four microphone locations within a radius of 170 m around the aircraft. The engine test is performed twice up and down by ramping up six different engine loads from idle to the highest possible engine pressure ratio on the ground. Thus, for each time interval with constant N1, two to four mean Lp are available (Fig. 3). A regression model was tuned for each direction, 0 ° corresponds to the nose of the aircraft, N1 is tuned as a second-degree polynomial.

[0120] Gemäss den Diagrammen a) und b) in Fig. 8, die zwei beispielhafte Frequenzbänder zeigen, ändert sich die funktionale Beziehung mit der Frequenz und der Richtung. Bei 31,5 Hz ist die Fitkurve vorne leicht parabolisch und gegen den hinteren Bereich des Flugzeugs nahezu linear. Zudem erhöht sich das Gefälle nach hinten. Bei manchen Frequenzen, beispielsweise bei 2 kHz, öffnet sich die Parabole tatsächlich abwärts für etwa 15°. Bei dazwischen liegenden Frequenzen, die hier nicht dargestellt sind, sind die Beziehungen sehr ähnlich mit überwiegend linearem oder leicht quadratischem Verhalten (aufwärts geöffnet). Somit ermöglicht ein flexibler Polynom zweiten Grades-Ansatz, die Beziehung zwischen Lpbzw. Lemund N1 darzustellen. According to diagrams a) and b) in FIG. 8, which show two exemplary frequency bands, the functional relationship changes with the frequency and the direction. At 31.5 Hz, the fit curve is slightly parabolic at the front and almost linear towards the rear of the aircraft. In addition, the gradient increases towards the rear. At some frequencies, for example 2 kHz, the parabola actually opens downwards for about 15 °. For frequencies in between, which are not shown here, the relationships are very similar with predominantly linear or slightly quadratic behavior (open upwards). Thus, a flexible second-degree polynomial enables the relationship between Lpbzw. Lemund to represent N1.

[0121] Fig. 9 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss von N1 auf Lemdes beispielhaften Flugzeugs E170, ausgestattet mit dem Turbo-Triebwerk CF34-8E, für 2 kHz darstellen. Die Datenpunkte sind nach 0,2< Ma < 0,24 gefiltert, aber der Flugzeugzellenlärm kann die Pegel bei niedrigem N1 beeinflussen. Generell sind die Turbofan-Triebwerke der heutigen Zivilflugzeuge sehr ähnlich, und die Mechanismen der Lärmerzeugung sind dieselben. Somit ist anzunehmen, dass der quadratische Ansatz auch für andere Turbostrahltriebwerke stichhaltig ist. Diese Annahme kann explorativ unter Verwendung des in Fig. 9 backprobagierten Datensatzes für das Triebwerk Embraer E170 (CF34-8E) bei 2 kHz getestet werden. Obwohl der Flugzeugzellenlärm in Lemfür einen niedrigen N1 enthalten ist, sind dieselben Trends erkennbar. In Diagramm a) in Fig. 9 ist die Schallemission nach vom eine abwärts geöffnete Parabole, während für den Strahlungswinkel in Diagramm b) von Fig. 9 das Gegenteil gilt. Dies passt gut zu den Ergebnissen des Prüflaufs. 9 shows two diagrams which illustrate an exemplary influence of N1 on Lemdes exemplary aircraft E170, equipped with the turbo engine CF34-8E, for 2 kHz. The data points are filtered to 0.2 <Ma <0.24, but airframe noise can affect levels at low N1. In general, the turbofan engines of today's civil aircraft are very similar, and the mechanisms of noise generation are the same. It can therefore be assumed that the quadratic approach is also valid for other turbojet engines. This assumption can be tested exploratively using the data set backprobagged in FIG. 9 for the Embraer E170 (CF34-8E) engine at 2 kHz. Although airframe noise is included in Lem for a low N1, the same trends can be seen. In diagram a) in FIG. 9, the sound emission towards vom is a downwardly open parabola, while the opposite applies to the radiation angle in diagram b) of FIG. 9. This fits well with the results of the test run.

[0122] Die Machzahl Ma = U/c wurde ausgewählt, um die geschwindigkeitsabhängigen Schallquellen zu berücksichtigen. Sie gibt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit U an der Quelle sowie die lokale Geschwindigkeit des Schalls c in einer einzelnen, dimensionslosen Grösse wieder. Weiterhin ist die Machzahl eine Aerodynamik-Kennzahl, die als kompressible Strömungsbedingung interpretiert wird und somit vergleichbare Strömungsphänomene sicherstellt. The Mach number Ma = U / c was selected in order to take into account the speed-dependent sound sources. It shows the mean flow velocity U at the source and the local velocity of the sound c in a single, dimensionless quantity. Furthermore, the Mach number is an aerodynamic figure that is interpreted as a compressible flow condition and thus ensures comparable flow phenomena.

[0123] Die Abhängigkeit der Schallemission von Ma kann durch eine aeroakustische Analogie bereitgestellt werden. Die Erzeugung von Schall durch das fluktuierende Fluid wird durch die klassische Wellengleichung beschrieben, die um drei grundlegende Quellentermini erweitert wird: Monopol, Dipol und Quadrupol. Die theoretischen Freifeldlösungen, die beispielsweise mittels der untenstehenden Gleichung (11) erhalten werden, zeigen auf, dass die Schallleistung W zur Luftdichte p, einer charakteristischen Grösse der Quelle D, der mittleren Strömungsgeschwindigkeit U und der Machzahl Ma proportional ist. Der Exponent x ist vom Quellenmechanismus (Monopol x = 1, Dipol x = 3, Quadrupol x = 5) abhängig. W α ρD<2>U<3>Mα<x>(11) The dependence of the sound emission on Ma can be provided by an aeroacoustic analogy. The generation of sound by the fluctuating fluid is described by the classical wave equation, which is expanded to include three basic source terms: monopole, dipole and quadrupole. The theoretical free-field solutions, which are obtained, for example, using equation (11) below, show that the sound power W is proportional to the air density p, a characteristic variable of the source D, the mean flow velocity U and the Mach number Ma. The exponent x depends on the source mechanism (monopole x = 1, dipole x = 3, quadrupole x = 5). W α ρD <2> U <3> Mα <x> (11)

[0124] Um die Beziehung des Schallleistungspegels LWabzuleiten, wird der Logarithmus zur Basis 10 gemäss untenstehender Gleichung (12) angewendet. Die Einheiten der Parameter werden dafür mit ρ0, D0, U0normalisiert. In order to derive the relationship of the sound power level LW, the logarithm for base 10 is used in accordance with equation (12) below. The units of the parameters are normalized with ρ0, D0, U0.

[0125] Die Abhängigkeiten der Gleichung (12) werden auf Lemübertragen, der wie in Gleichung (10) definiert proportional zu LWist. In einem statistischen Modell Ist die Umsetzung von U und Ma problematisch, da diese Parameter hoch korreliert sind (Multikolllnearität). Die Multikollinearität kann starke Auswirkungen auf die Schätzungen der Regressionskoeffizienten haben. Selbst wenn die Modellgleichung in ihren bekannten Intervallen noch nützlich ist, können die individuellen Auswirkungen der Parameter nur schlecht geschätzt werden und würden zu falschen Extrapolationen führen. Um die Multikollinearität zu verhindern, wird anstelle von log10(U) nur log10(Ma) berücksichtigt. Somit gibt der Regressionskoeffizient die Leistung x von Ma wieder, bei welcher der Gesamt-Flugzeugzellenlärm skaliert. Im Gegensatz dazu wird der Triebwerkslärm in erster Linie durch die Auswirkungen der reduzierten relativen Strahlgeschwindigkeit beeinflusst. Um eine Extrapolation des Modells für den Startlauf zu ermöglichen, kann eine vereinfachte Korrelation von L ∝ U durch [22] verwendet werden. Somit wird Lem∝ Ma für Triebwerkslärm angenommen. The dependencies of equation (12) are carried over to Lem, which as defined in equation (10) is proportional to LW. In a statistical model, the implementation of U and Ma is problematic because these parameters are highly correlated (multi-collinearity). Multicollinearity can have a profound effect on the estimates of the regression coefficients. Even if the model equation is still useful in its known intervals, the individual effects of the parameters can only be estimated poorly and would lead to incorrect extrapolations. In order to prevent multicollinearity, only log10 (Ma) is taken into account instead of log10 (U). Thus, the regression coefficient reflects the power x of Ma at which the total airframe noise scales. In contrast, engine noise is primarily influenced by the effects of the reduced relative jet speed. To enable an extrapolation of the model for the take-off run, a simplified correlation of L ∝ U by [22] can be used. Thus Lem∝ Ma is assumed for engine noise.

[0126] Fig. 10 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss von Ma auf den Schallemissionspegel des Flugzeugtyps A320 bei a) Start und b) Landeanflug bei 250 Hz darstellen. Die gestrichelte Linie ist eine lineare Regression in a) und eine logarithmische Regression in b). Die beispielhafte Abhängigkeit von Lemvon Ma bei 250 Hz für typische Flugbedingungen bei Start mit hoher Leistung wird in Diagramm a) und der Landeanflug mit Leerlauf wird in einem Diagramm b) in Fig. 10 gezeigt Es ist zu erwarten, dass in Diagramm a) Triebwerkslärm dominiert, und eine lineare Regression scheint angemessen, um die Abnahme von Ma auf Null zu extrapolieren. Im Gegensatz dazu ist zu erwarten, dass beim Landeanflug in Diagramm b) der Flugzeugzellenlärm dominiert. Eine Regression mit dem Logarithmus zur Basis 10 von Ma ist jedoch als lineare Regression angemessen, aber ein linearer Ansatz würde die physikalischen Eigenschaften des Flugzeugzellenlärms nicht wiedergeben und somit die Pegel für niedrigere und höhere Ma überbewerten. 10 shows two diagrams which illustrate an exemplary influence of Ma on the sound emission level of the aircraft type A320 during a) take-off and b) approach for landing at 250 Hz. The dashed line is a linear regression in a) and a logarithmic regression in b). The exemplary dependence on Lemvon Ma at 250 Hz for typical flight conditions at take-off with high power is shown in diagram a) and the landing approach with idling is shown in diagram b) in FIG. 10. It is to be expected that engine noise dominates in diagram a) , and a linear regression seems adequate to extrapolate the decrease in Ma to zero. In contrast to this, it is to be expected that the airframe noise dominates during the landing approach in diagram b). However, a regression with the logarithm to the base 10 of Ma is appropriate as a linear regression, but a linear approach would not reflect the physical properties of the airframe noise and thus overestimate the levels for lower and higher Ma.

[0127] Eine Auswirkung der Luftdichte ist im Flugzeugzellenmodell eingeschlossen, um die verallgemeinerte aeroakustische Theorie in obenstehender Gleichung (12) zu berücksichtigen. Die Luftdichte korreliert stark mit Luftdruck p und Temperatur T, die vom Regressionsmodell ausgenommen sind, um eine Multikollinearität der Vorhersagewerte zu verhindern. Die Multikollinearität kann mittels der Varianzinflation (VIF), die für jeden möglichen Parameter bestimmt werden kann, überprüft werden. Nach dem Verwerfen von p und T verbleibt keine starke Multikollinearität. Dennoch kann entschieden werden, auch die Geschwindigkeit des Schalls c zu verwerfen, da sie bereits über Ma eingeschlossen ist. In der Tat sinken die VIFs von Ma und p nach dem Verwerfen von c weiter. Somit ist es möglich, nur p als Variable für das statistische Modell auszuwählen. Aus der obenstehenden Gleichung (10) wird die logarithmische Umformung auf p angewendet. Die Umformung kann erforderlich sein, um in Bezug auf die Koeffizienten des Flugzeugzellenmodells ein lineares Verhalten zu gewährleisten. Die Machzahl und die Luftdichte können logarithmisch umgeformt werden, d. h. die linearen Koeffizienten stehen für die Exponenten der Variablen innerhalb des Logarithmus. Die Luftdichte kann durch die Dichte auf mittlerer Meeresspiegelhöhe, wie sie durch die Internationale Standardatmosphäre ISA (ρ0= 1,225 kg/m<3>) definiert ist, normalisiert werden, um eine dimensionslose Grösse der Variable zu erhalten. Bei null Luftgeschwindigkeit oder Dichte tendieren die Umformungen in Richtung minus unendlich, was physikalisch angemessen ist. In der Praxis kann Ma auf 10<-3>festgelegt werden, um einen realen Wert zu erhalten, und p sollte niemals so stark extrapoliert werden. lMa = log10(Ma) (13) An air density effect is included in the airframe model to accommodate the generalized aeroacoustic theory in equation (12) above. The air density correlates strongly with air pressure p and temperature T, which are excluded from the regression model in order to prevent multicollinearity of the forecast values. The multicollinearity can be checked by means of the variance inflation (VIF), which can be determined for each possible parameter. After discarding p and T, there is no strong multicollinearity left. Nevertheless, it can be decided to reject the speed of the sound c, since it is already included above Ma. Indeed, after discarding c, the VIFs of Ma and p continue to decrease. It is thus possible to select only p as a variable for the statistical model. From the above equation (10), the logarithmic conversion is applied to p. The transformation may be necessary to ensure linear behavior with respect to the airframe model coefficients. The Mach number and the air density can be converted logarithmically, i. H. the linear coefficients represent the exponents of the variables within the logarithm. The air density can be normalized by the density at mean sea level, as defined by the International Standard Atmosphere ISA (ρ0 = 1.225 kg / m <3>), in order to obtain a dimensionless size of the variable. At zero air velocity or density, the deformations tend towards minus infinity, which is physically appropriate. In practice Ma can be set to 10 <-3> to get a real value, and p should never be extrapolated that much. lMa = log10 (Ma) (13)

[0128] Die Schallemission eines Flugzeugs weist eine Richtwirkung auf, die am besten mittels Kugelkoordinaten beschrieben werden kann. Insbesondere die Längsstrahlung, die durch den Polarwinkel θ wiedergegeben wird, ändert sich stark mit dem Flugzeugtyp, dem Frequenzband und der Leistungseinstellung, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Querstrahlung, wiedergegeben durch den Azimutwinkel φ, wird ebenfalls in Abhängigkeit von Flugzeugtyp, Frequenzband und Leistungseinstellung berücksichtigt. Die Richtwirkung in Querrichtung kann zu Pegelunterschieden von bis zu 3 dB über φ führen. Zusätzlich kann die Richtwirkung in Querrichtung erhebliche Diskrepanzen zu den verallgemeinerten Korrekturen, die lediglich zwischen an Flügeln und am Rumpf montierten Triebwerken unterscheiden, aufweisen. The sound emission of an aircraft has a directional effect that can best be described by means of spherical coordinates. In particular, the longitudinal radiation, which is represented by the polar angle θ, changes greatly with the type of aircraft, the frequency band and the power setting, as shown in FIG. 10. The transverse radiation, represented by the azimuth angle φ, is also taken into account as a function of the aircraft type, frequency band and power setting. The directional effect in the transverse direction can lead to level differences of up to 3 dB above φ. In addition, the directional effect in the transverse direction can have considerable discrepancies with the generalized corrections, which only differentiate between engines mounted on the wings and on the fuselage.

[0129] Eine Fourierreihe zweiter Ordnung kann ausgewählt werden, um die Richtwirkung in Längsrichtung wiederzugeben. Während der Modellentwicklung wurde auch eine höhere Ordnung getestet, führte jedoch zu problematischen Gefällen an den Grenzen, wo weniger Daten verfügbar sind. Insbesondere für Bedingungen in grosser Entfernung von den Empfängern war die Richtwirkung bei hohen Frequenzen kritisch. Die Richtwirkung in Querrichtung wird mit einer Halb-Fourierreihe (zweiter Ordnung) modelliert, um die Anzahl an Termini zu vereinfachen und zudem problematische Gefälle in Bereichen mit geringer Datenabdeckung zu verhindern. A second order Fourier series can be selected to represent the directivity in the longitudinal direction. A higher order was also tested during model development, but resulted in problematic slopes at the boundaries where less data is available. The directivity at high frequencies was particularly critical for conditions at a great distance from the receivers. The directivity in the transverse direction is modeled with a half Fourier series (second order) in order to simplify the number of terms and also to prevent problematic slopes in areas with poor data coverage.

[0130] Fig. 11 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Verteilung gemessener Klappenhebelstellungen des Flugzeugtyps A320 in Abhängigkeit von der Ma-Zahl darstellen. Im Gegensatz zum Landeanflug bezieht sich die Klappenhebelstellung 1 auf einen anderen Ablenkwinkel der Klappen beim Abflug. Die Konfiguration des Flugzeugs wird durch drei kategoriale Variablen modelliert: Stellung des Fahrwerks (eingefahren: 0, ausgefahren: 1), Stellung des Klappenhebels (0 bis 4, feste Kombinationen aus Vorflügel und Klappenableitung) und Anwendung der Bremsklappen (deaktiviert: 0, aktiviert: 1). Diese Informationen werden den Flugschreiberdaten entnommen. Aufgrund der Messung von tatsächlichem Flugverkehr sind die Daten selbstverständlich nicht ausgewogen, und möglicherweise ist es nicht möglich, Daten für alle Konfigurationskombinationen zu erhalten. Weiterhin korrelieren die Klappeneinstellungen stark mit unterschiedlichen Intervallen der Machzahlen aufgrund von Prozessen und strukturellen Einschränkungen, wie in Fig. 11 gezeigt. Zusätzlich wird die Klappenhebelstellung 1 für den Abflug als 1+F angegeben, was einem anderen Ablenkwinkel der Klappen als beim Landeanflug entspricht (10° anstelle von 0°). Trotz aller Schwierigkeiten ist der Einfluss der Flugzeugkonfiguration von Interesse und wird daher mit Hilfe einer spezifischen Modellstruktur, die im weiteren Verlauf näher beschrieben wird, berücksichtigt. 11 shows two diagrams which represent an exemplary distribution of measured flap lever positions of the aircraft type A320 as a function of the Ma number. In contrast to the landing approach, the flap lever position 1 relates to a different deflection angle of the flaps during take-off. The configuration of the aircraft is modeled by three categorical variables: position of the landing gear (retracted: 0, extended: 1), position of the flap lever (0 to 4, fixed combinations of slat and flap deflection) and use of the airbrakes (deactivated: 0, activated: 1). This information is taken from the flight recorder data. Of course, due to the measurement of actual air traffic, the data is not balanced and it may not be possible to obtain data for all configuration combinations. Furthermore, the flap settings correlate strongly with different intervals of the Mach number due to processes and structural constraints, as shown in FIG. 11. In addition, the flap lever position 1 for take-off is specified as 1 + F, which corresponds to a different deflection angle of the flaps than for the landing approach (10 ° instead of 0 °). Despite all the difficulties, the influence of the aircraft configuration is of interest and is therefore taken into account with the help of a specific model structure, which is described in more detail below.

[0131] Fig. 12 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Einfluss des Fahrwerks auf die Schallemission des A320 beim Landeanflug in Leerlauf für 250 Hz in (a) und 2 kHz in (b) darstellen. Gemessene Daten und die Regressionslinien zeigen eine klare Auswirkung auf die Schallemission bei ausgefahrenem Fahrwerk. Die in Fig. 12 gezeigten Datenpunkte zum Darstellen der Wirkung des Fahrwerks stammen aus Messungen für Landeanflugssituationen mit eingefahrenem und ausgefahrenem Fahrwerk. Jeder Datensatz ist mit einer simplen logarithmischen Regression abgestimmt, um den Einfluss des Fahrwerks zu zeigen. In Diagramm a) von Fig. 12 ist ein geringfügig grösseres Gefälle der Regression mit ausgefahrenem Fahrwerk zu erkennen. Bei niedrigen Ma sind die Emissionspegel ähnlich, aber bei hohen Ma von 0,3 beträgt der Pegelunterschied 2,6 dB. Bei 2 kHz in Diagramm b) von Fig. 12 ist die Auswirkung des Fahrwerks auf die Ma-Abhängigkeit der Schallerzeugung deutlich höher. Bei Ma = 0,3 beträgt der Unterschied bereits 6 dB. 12 shows two diagrams which illustrate an example of the influence of the landing gear on the noise emission of the A320 during the approach to landing in idle for 250 Hz in (a) and 2 kHz in (b). Measured data and the regression lines show a clear effect on the noise emission when the landing gear is extended. The data points shown in FIG. 12 for representing the effect of the landing gear come from measurements for approach situations with the landing gear retracted and extended. Each data set is matched with a simple logarithmic regression to show the influence of the chassis. In diagram a) of FIG. 12, a slightly larger gradient of the regression with the landing gear extended can be seen. At low Ma the emission levels are similar, but at high Ma of 0.3 the level difference is 2.6 dB. At 2 kHz in diagram b) of FIG. 12, the effect of the chassis on the Ma-dependency of the sound generation is significantly higher. At Ma = 0.3 the difference is already 6 dB.

[0132] Weitere Parameter können betrachtet oder während der Modellentwicklung aufgrund von Geringfügigkeit oder aus praktischen Gründen verworfen werden. Insbesondere der Anstellwinkel und der Schiebewinkel, die aus den Flugschreiberdaten verfügbar sind, können ausgenommen werden, da keine Korrelationen zum Emissionspegel gefunden werden. Zudem ist das Verwerfen beider Winkel auch angemessen, da sie normalerweise nicht für Prognosen verfügbar sind. Further parameters can be considered or discarded during model development due to insignificance or for practical reasons. In particular, the angle of attack and the slip angle, which are available from the flight recorder data, can be excluded, since no correlations to the emission level can be found. In addition, discarding both angles is also appropriate as they are usually not available for forecasting.

DatentrennverfahrenData separation process

[0133] Fig. 13 zeigt ein Diagramm, das Schritte eines Prozesses zur Modellentwicklung und Datentrennung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Prozess wird für jedes Dritteloktavband wiederholt. Nach dem beispielhaften Prozess, der in Fig. 13 gezeigt wird, um die Modellentwicklung und die Trennung der Gesamtemissionspegel von einem Frequenzband im Datensatz in Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm zu zeigen, wird in einem Schritt 1 der Datensatz in zwei Teile getrennt: Teil eins enthält alle Daten, bei denen die Triebwerke im Leerlauf waren, d. h. ausschliesslich Landeanflugssituationen, und Teil zwei enthält alle anderen Daten aus Landeanflug und Abflug mit Triebwerken unter Last. Ein angemessener Grenzwert für die Teilung wird durch Datenplots von Lemüber N1 bestimmt, wie in Fig. 14, wo für N1 keine Korrelation unterhalb 40 % zu erkennen ist. Somit ist anzunehmen, dass der Flugzeugzellenlärm den Gesamt-Lemfür diesen Teilsatz dominiert. Fig. 13 is a diagram showing steps of a process for model development and data separation according to an embodiment of the present invention. The process is repeated for each third octave band. After the exemplary process shown in Fig. 13 to show the model development and the separation of the total emission levels from a frequency band in the data set in airframe and engine noise, in a step 1 the data set is separated into two parts: Part one contains all Data when the engines were idle, i.e. H. only landing approach situations, and part two contains all other data from landing approach and take-off with engines under load. A reasonable threshold for the division is determined by data plots of Lem over N1, as in Figure 14, where no correlation below 40% can be seen for N1. Thus, it can be assumed that the airframe noise dominates the overall Lem for this subset.

[0134] In Schritt 2 werden ein Flugzeugzellen-Ausgangsmodell und ein Triebwerk-Ausgangsmodell auf ihre entsprechenden Datensätze abgestimmt, um die Hauptwirkungen jeder Quelle offenzulegen. Die Ausgangsmodelle umfassen lediglich geringfügige Veränderungen gegenüber den untenstehend ausführlicher beschriebenen Modellen. Mit Hilfe der prognostizierten anfänglichen Schallemissionspegel für Flugzeugzellenlärm und Triebwerkslärm kann ein Quellenverhältnis für jeden Datenpunkt im Original-Datensatz berechnet werden (Schritt 3). Das Verhältnis q' (siehe untenstehende Gleichung (15)) ist als die prognostizierte Schallemission des Triebwerks geteilt durch die Summe der prognostizierten Triebwerks- und Flugzeugzellenemission definiert. Somit bedeutet ein Verhältnis von 0, dass ausschliesslich Flugzeugzellenlärm zur Gesamtemission beiträgt, und 1 entspricht einer ausschliesslichen Triebwerksschallemission. Es Ist anzumerken, dass alle Prognosen aus diesen Modellen mit einem Caret markiert sind, um sie von Eingabedaten zu unterscheiden; das hochgestellte i gibt an, dass die Ausgangsmodelle verwendet werden. In step 2, an airframe base model and an engine base model are matched to their respective data sets to reveal the main effects of each source. The starting models comprise only minor changes compared to the models described in more detail below. With the aid of the predicted initial sound emission levels for airframe noise and engine noise, a source ratio can be calculated for each data point in the original data set (step 3). The ratio q '(see equation (15) below) is defined as the predicted noise emission of the engine divided by the sum of the predicted engine and airframe emissions. Thus, a ratio of 0 means that only airframe noise contributes to the total emission, and 1 corresponds to an exclusive engine noise emission. It should be noted that all forecasts from these models are marked with a caret to distinguish them from input data; the superscript i indicates that the original models are used.

[0135] Dieses Verfahren impliziert jedoch, dass die Ausgangsmodelle extrapoliert werden müssen. Beispielsweise basiert das Flugzeugzellen-Ausgangsmodell auf Landeanflügen mit einer Machzahl, die niedriger als 0,35 ist. Im Gegensatz dazu werden Starts bis zu einer Machzahl von 0,45 gemessen. Daraus ergibt sich, dass das Modell extrapoliert werden muss, um für jeden Datenpunkt im vollständigen Datensatz zu prognostizieren. Jedoch basiert die Extrapolation der Machzahl auf physikalischen Kenntnissen (siehe oben), so dass eine plausible erste Schätzung möglich ist. However, this method implies that the output models must be extrapolated. For example, the initial airframe model is based on approaches with a Mach number less than 0.35. In contrast, starts are measured up to a Mach number of 0.45. As a result, the model must be extrapolated to forecast for each data point in the full data set. However, the extrapolation of the Mach number is based on physical knowledge (see above), so that a plausible first estimate is possible.

[0136] Basierend auf dem Verhältnis q<l>werden zwei getrennte Datensätze, die jeweils alle Messungen für Landeanflug und Abflug einschliessen, für jedes Dritteloktavband erzeugt (Schritt 4). Einer gibt die Schallemission der Triebwerke wieder (siehe untenstehende Gleichung (16)), und der andere gibt den Schallemissionspegel der Flugzeugzelle wieder (siehe untenstehende Gleichung (17)). Based on the ratio q <l>, two separate data sets, each including all measurements for landing approach and take-off, are generated for each third octave band (step 4). One gives the noise emission from the engines (see equation (16) below), and the other gives the noise emission level from the airframe (see equation (17) below).

[0137] Fig. 14 zeigt drei Diagramme, die ein Datentrennungsbeispiel für den A320 bei 100 Hz darstellen. Die backprobagierten Daten im oberen Bereich werden geteilt, um die mit Flugzeugzellenlärm (links unten) und Triebwerkslärm (rechts unten) in Zusammenhang stehenden Schallemissionen zu schätzen. In Fig. 14 werden beide Datensätze des ursprünglichen Lemmiteinander verglichen. Die Flugzeugzellenpegel (links unten) dominieren für N1 < 40 %, was der Implikation der Annahme in Schritt 1 entspricht. In dem Beispiel liegen sie etwa 20 dB unter den Gesamtpegeln für Abflüge. Im Gegensatz dazu dominieren bei den Abflügen die Triebwerkspegel (rechts unten) und verlieren bei sinkendem N1 an Einfluss. Insgesamt kann durch energetisches Addieren der individuellen Pegel beider Datensätze der ursprüngliche Datensatz rekonstruiert werden. Figure 14 shows three diagrams illustrating a data separation example for the A320 at 100 Hz. The backproagged data in the upper area is split to estimate the noise emissions associated with airframe noise (bottom left) and engine noise (bottom right). In Fig. 14, both data sets of the original learning are compared with one another. The airframe levels (bottom left) dominate for N1 <40%, which corresponds to the implication of the assumption in step 1. In the example they are about 20 dB below the total levels for departures. In contrast to this, the engine levels dominate the take-offs (bottom right) and lose their influence as the N1 falls. Overall, the original data set can be reconstructed by adding the individual levels of both data sets energetically.

[0138] In Schritt 5 werden die Endmodelle für Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm wie hierin definiert auf die in Fig. 13 präsentierten getrennten Datensätze abgestimmt. Die Schritte 3 bis 5 werden einmal wiederholt, um die Schätzung des Verhältnisses zwischen Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm zu verbessern, da die regulären Modelle im Gegensatz zu den Ausgangsmodellen auf den gesamten Datensatz abgestimmt wurden. Schliesslich addieren sich die Energiesummen des Flugzeugzellenmodells und des Triebwericmodells auf den prognostizierten Lem. Der vollständige Prozess der Datentrennung und Modellanpassung wird für jedes Dritteloktavband jeweils 24 Mal vorgenommen. In step 5, the final airframe and engine noise models as defined herein are matched to the separate data sets presented in FIG. Steps 3 to 5 are repeated once in order to improve the estimate of the ratio between airframe and engine noise, since the regular models, in contrast to the original models, have been matched to the entire data set. Finally, the energy sums of the airframe model and the engine model add up to the forecasted Lem. The complete process of data separation and model adaptation is done 24 times for each third octave band.

QuellenmodelleSource models

[0139] Nachstehend werden Quellenmodelle nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf Erkenntnissen wie oben beschrieben basieren, präsentiert. Die Modelle werden basierend auf Kenntnissen über die Hauptparameter und ihre Interaktionen, z. B. der Mach-Abhängigkeit des Fahrwerks, aufgebaut. Aus statistischer Sicht gleicht dieser Ansatz der Vorwärtsauswahl mit einem Umfang, der ausschliesslich die relevanten Parameter für beide Quellen einschliesst. Jedes Modell mit einem neuen Parameter oder einer neuen Interaktion wird mit dem Bestimmtheitsmass R<2>, der mittleren quadratischen Abweichung σeund dem Akaike-Informationskriterium (AIC) verglichen. Alle Kriterien sollten über allen Frequenzen verglichen werden, um ein globales Optimum zu finden. Die Übereinstimmung mit den Modellannahmen wurde mittels Residuenplots visuell bestätigt. Source models according to an exemplary embodiment of the present invention based on findings as described above are presented below. The models are based on knowledge of the main parameters and their interactions, e.g. B. the Mach dependency of the chassis built. From a statistical point of view, this approach is similar to the forward selection with a scope that only includes the relevant parameters for both sources. Each model with a new parameter or a new interaction is compared with the coefficient of determination R <2>, the mean square deviation σe and the Akaike information criterion (AIC). All criteria should be compared across all frequencies in order to find a global optimum. The agreement with the model assumptions was confirmed visually by means of residual plots.

[0140] Beispielhaft werden die Quellenmodelle auf dem A320-Datensatz, der Flugschreiberdaten und eine hohe Anzahl an Flügen bereitstellt, aufgebaut. Anschliessend können sie anhand der fünf anderen beispielhaften Flugzeugtypen mit Flugschreiberdaten getestet und weiter verbessert werden, um zu bestätigen, dass die Modelle auf verschiedene Flugzeug- und Triebwerkstypen anwendbar sind. Die sich ergebenden Modelle werden als weiterentwickelte Modelle (siehe unten) präsentiert. Stehen keine Flugschreiberdaten zur Verfügung, ist die Konfiguration den Flugzeugs also unbekannt, können z. b. dreizehn reduzierte Modelle erstellt werden (siehe unten). By way of example, the source models are built on the A320 data set, which provides flight recorder data and a large number of flights. They can then be tested and further improved using the five other exemplary aircraft types with flight recorder data in order to confirm that the models can be applied to different aircraft and engine types. The resulting models are presented as advanced models (see below). If no flight recorder data are available, the configuration is unknown to the aircraft. b. thirteen reduced models are created (see below).

Weiterentwickelte ModelleAdvanced models

[0141] Der Schallemissionspegel der Flugzeugzelle kann durch die Summe der Quellentermini und der Strahlungswinkeltermini wie in der untenstehenden Gleichung (18) zusammengefasst modelliert werden. Die Abhängigkeit von der Frequenz f deutet darauf hin, dass alle Koeffizienten der Quellen- und Strahlungswinkeltermini auf alle Dritteloktavbänder abgestimmt sind, selbst wenn dies aus Gründen der Lesbarkeit nicht ausdrücklich angemerkt ist. The sound emission level of the airframe can be modeled by the sum of the source terms and the radiation angle terms as summarized in equation (18) below. The dependence on the frequency f indicates that all coefficients of the source and radiation angle terms are matched to all third-octave bands, even if this is not expressly noted for reasons of readability.

[0142] Die untenstehende Gleichung (19) gibt die Quellentermini des Flugzeugzellenmodells wieder. La0 ist der aufgefangene Intercept, und aa1bis ea3sind die frequenzabhängigen Koeffizienten aller Modellparameter. Die Hauptparameter sind die logarithmischen Umformungen IMa und Ip, die das Verhalten der aeroakustischen Schallerzeugung in Übereinstimmung mit bekannten halbempirischen Modellen wiedergeben. Zusätzlich wird jede Konfigurationsänderung von Fahrwerk, Klappen oder Bremsklappen (SB) in diskreten Schritten modelliert, da diese Parameter kategorial sind. Bei Klappen und Bremsklappen werden auch Interaktionen mit dem Fahrwerk betrachtet, um Änderungen der absoluten Auswirkung zu berücksichtigen, wenn der Schallemissionspegel durch das ausgefahrene Fahrwerk erhöht wird. Ausserdem interagieren Fahrwerk und Bremsklappen mit IMa, um die geschwindigkeitsabhängige Schallerzeugung zu berücksichtigen. Bei den Klappen wird die Interaktion mit IMa vernachlässigt, da jede Klappenstellung nur in einem gewissen kleinen Bereich von Mach-Zahlen verwendet wird (siehe Fig. 11), somit kann eine Ma-Interaktion nur mit grossen Unsicherheiten bestimmt werden. Dennoch müssen die stark unterschiedlichen Kombinationen von Klappenstellungen und Mach-Zahlenbereich für Landeanflug und Abflug in Fig. 11 im Modell auf die eine oder andere Weise berücksichtigt werden. Dafür kann ein weiterer kategorialer Parameter, das Flugverfahren Proc (Abflug: 1, Landeanflug: 0) eingeführt werden, der zudem die verschiedenen Ablenkwinkel berücksichtigt. Der Parameter berücksichtigt ausserdem die Beobachtung an der A320-Familie, dass Frequenzbänder mit Hohlraumtönen bei Landeanflügen bei ansteigenden Machzahlen einen starken Pegelanstieg aufweisen können, während dies bei Abflügen nicht der Fall ist. Es ist anzunehmen, dass sich das lokale Strömungsfeld aufgrund unterschiedlicher Anstellwinkel und Klappenstellungen beim Landeanflug vom Abflug unterscheidet. Equation (19) below gives the source terms of the airframe model. La0 is the captured intercept, and aa1 to ea3 are the frequency dependent coefficients of all model parameters. The main parameters are the logarithmic transformations IMa and Ip, which reflect the behavior of the aeroacoustic sound generation in accordance with known semi-empirical models. In addition, every change in the configuration of the landing gear, flaps or airbrakes (SB) is modeled in discrete steps, as these parameters are categorical. In the case of flaps and airbrakes, interactions with the landing gear are also considered in order to take into account changes in the absolute effect if the noise emission level is increased by the extended landing gear. In addition, the landing gear and airbrakes interact with IMa in order to take into account the speed-dependent generation of noise. In the case of the flaps, the interaction with IMa is neglected, since each flap position is only used in a certain small range of Mach numbers (see FIG. 11), so a Ma interaction can only be determined with great uncertainties. Nevertheless, the very different combinations of flap positions and Mach number range for landing approach and take-off in FIG. 11 must be taken into account in one way or another in the model. For this purpose, another categorical parameter, the flight procedure Proc (departure: 1, approach: 0) can be introduced, which also takes into account the various deflection angles. The parameter also takes into account the observation on the A320 family that frequency bands with cavity tones can show a sharp rise in level during landing approaches with increasing Mach numbers, while this is not the case during takeoffs. It can be assumed that the local flow field differs from the take-off due to different angles of attack and flap positions during the landing approach.

[0143] Die Richtwirkung des Flugzeugzellenmodells (siehe untenstehende Gleichung (20)) wird als axial symmetrische Strahlung entlang der Längsachse des Flugzeugs ausgedrückt, da die Richtwirkung in Querrichtung hauptsächlich Reflexionen des Triebwerkslärms an der Flugzeugzelle zugeordnet ist (siehe unten). Der Polarwinkel θ wird mit einer Fourierreihe zweiter Ordnung berücksichtigt, um die Richtwirkung in Längsrichtung zu modellieren. Die Koeffizienten der Flugzeugzellen-Richtwirkung sind kabis na. Interaktionen sind nicht eingeschlossen, d. h. die Form der Emissionsrichtwirkung ist bei allen Flugbedingungen dieselbe. Diese Vereinfachung ist gerechtfertigt, da der Datensatz bereits in Bezug auf den Flugeffekt korrigiert wurde (siehe obenstehende Gleichung 10). The directivity of the airframe model (see equation (20) below) is expressed as axially symmetrical radiation along the longitudinal axis of the aircraft, since the directivity in the transverse direction is mainly associated with reflections of the engine noise at the airframe (see below). The polar angle θ is taken into account with a second order Fourier series in order to model the directivity in the longitudinal direction. The airframe directivity coefficients are kabis na. Interactions are not included; H. the shape of the emission directivity is the same for all flight conditions. This simplification is justified because the data set has already been corrected with regard to the flight effect (see equation 10 above).

[0144] Der Schallemissionspegel des Triebwerkslärms Lbem,eng(f) wird durch die Summe der Quellentermini und einen ausführlicheren Ansatz für die Strahlungswinkeltermini wie in der untenstehenden Gleichung (21) zusammengefasst modelliert. The sound emission level of the engine noise Lbem, eng (f) is modeled by the sum of the source terms and a more detailed approach for the radiation angle terms as summarized in equation (21) below.

[0145] Quellentermini für Triebwerkslärm (siehe untenstehende Gleichung (22)) schliessen den aufgefangenen Intercept Le0und drei Parameter mit ihren Koeffizienten ae1, be2ein. Der Hauptquellenterminus des Triebwerkslärms ist N1. Der quadratische Ansatz für N1 gibt den Düsen- sowie den Fan-Lärm wie untenstehend ausgeführt wieder. Zusätzlich berücksichtigt der Parameter Ma den Wechsel der Quellenstärke der Strahlmischung durch Flugzeuggeschwindigkeit. Source terms for engine noise (see equation (22) below) include the intercept Le0 and three parameters with their coefficients ae1, be2. The main source term for engine noise is N1. The square approach for N1 reflects the nozzle and fan noise as detailed below. In addition, the parameter Ma takes into account the change in the source strength of the jet mixing due to the aircraft speed.

[0146] Der beispielhafte Triebwerk-Prüflauf zeigt auf, dass die Beziehung von Lemzu N1 stark vom Polarwinkel θ abhängt. Somit interagieren die Fourier-Termini der Richtwirkung mit N1 sowie mit N1<2>(siehe untenstehende Gleichung (23)). Die entsprechenden Modellkoeffizienten sind kejbis ne,Jmit dem Index j für jede Interaktion. Die Richtwirkung in Querrichtung (siehe untenstehende Gleichung (23)), die den Installationseffekt wiedergibt, ist als Halb-Fourierreihe zweiter Ordnung, d. h. ausschliesslich mit Sinustermini von φ, eingeschlossen. Analog zur Richtwirkung in Längsrichtung weist jeder Terminus eine Interaktion mit N1 mit den Koeffizienten oe,J, peJauf. Ein Einbeziehen der Interaktion mit N1<2>kann ebenfalls getestet werden, aber nach dem vorliegenden Beispiel ist keine erhebliche Verbesserung zu erwarten. The exemplary engine test run shows that the relationship of Lem to N1 is heavily dependent on the polar angle θ. Thus the Fourier terms of the directivity interact with N1 as well as with N1 <2> (see equation (23) below). The corresponding model coefficients are kej to ne, J with the index j for each interaction. The directivity in the transverse direction (see equation (23) below), which reflects the installation effect, is a half-Fourier series of the second order, i.e. H. included exclusively with sine mini of φ. Analogous to the directivity in the longitudinal direction, each term has an interaction with N1 with the coefficients oe, J, peJ. Including the interaction with N1 <2> can also be tested, but no significant improvement is to be expected from the present example.

[0147] Mit dem Ansatz der obenstehend aufgeführten Gleichungen (23) und (24) wird der Form der 3D-Richtwirkung ermöglicht, sich mit der Triebwerkseinstellung N1 zu ändern. Da jedes Dritteloktavband separat abgestimmt wird, variiert auch der Spektralgehalt der Gesamtrichtwirkung mit der Leistung der Triebwerke. With the approach of equations (23) and (24) listed above, the shape of the 3D directivity is enabled to change with the engine setting N1. Since each third octave band is tuned separately, the spectral content of the overall directivity also varies with the power of the engines.

[0148] Das Flugzeugzellen-Ausgangsmodell, das für die erste Berechnung des Verhältnisses q' für die Datentrennung wie obenstehend ausgeführt verwendet wurde, ist mit der obenstehenden Gleichung (19) identisch, aber der Parameter Proc wird ausgelassen, da alle Datenpunkte des Ausgangsmodells zu Landeanflügen gehören. Zudem wird die Richtwirkung in obenstehender Gleichung (19) nicht verändert. Das Triebwerk-Ausgangsmodell wie in obenstehender Gleichung (22) wird um den Parameter N1<2>reduziert. Dies verhindert einen Anstieg des Schallemissionspegels für die Extrapolation für N1 unterhalb 40 %. Dafür wird auch die Richtwirkung in Längsrichtung in obenstehender Gleichung (23) um N1<2>reduziert. The airframe base model used for the first calculation of the ratio q 'for the data separation as set out above is identical to equation (19) above, but the parameter Proc is omitted because all data points of the base model are related to landing approaches belong. In addition, the directivity in equation (19) above is not changed. The engine output model as in equation (22) above is reduced by the parameter N1 <2>. This prevents an increase in the sound emission level for the extrapolation for N1 below 40%. For this purpose, the directional effect in the longitudinal direction in the above equation (23) is also reduced by N1 <2>.

Reduziertes ModellReduced model

[0149] Stehen keine Flugschreiberdaten zur Verfügung, müssen alle Modelle um die nicht bekannten Parameter reduziert werden. Fehlen beispielsweise für den Flugzeugzellenlärm die Konfigurationsparameter, müssen sie aus dem Modellansatz entfernt werden (siehe untenstehende Gleichungen (25) und 26)). Die Auswirkungen der Konfiguration sind im Datensatz noch implizit vorhanden. Im Gegensatz zum weiterentwickelten Modell berücksichtigt die Mach-Abhängigkeit von Lemnun die gemittelte Konfiguration aller gemessenen Flüge. Somit wird der Parameter Proc im Modell aus den obenstehend ausgeführten Gründen beibehalten. Die Strahlungswinkeltermini bleiben unverändert (siehe obenstehende Gleichung (20)). If no flight recorder data are available, all models must be reduced by the unknown parameters. If, for example, the configuration parameters for airframe noise are missing, they must be removed from the model approach (see equations (25) and 26) below). The effects of the configuration are still implicitly present in the data record. In contrast to the further developed model, the Mach dependency on Lemnun takes the averaged configuration of all measured flights into account. Thus, the parameter Proc is retained in the model for the reasons outlined above. The radiation angle terms remain unchanged (see equation (20) above).

[0150] Bei Triebwerkslärm ist der aus den Flugschreiberdaten stammende Parameter N1. Dieser Parameter ist ausschlaggebend, da er die grössten Auswirkungen auf Lemaufweist. Dafür kann im Fall fehlender Flugschreiberdaten N1 basierend auf Spektralanalysen bestimmt werden. Das Triebwerkmodell des reduzierten Modells ist somit dasselbe wie das des weiterentwickelten Modells (siehe obenstehende Gleichungen (21) bis (24)). In the case of engine noise, the parameter originating from the flight recorder data is N1. This parameter is crucial because it has the greatest impact on Lem. For this purpose, in the case of missing flight recorder data, N1 can be determined based on spectral analyzes. The engine model of the reduced model is thus the same as that of the further developed model (see equations (21) to (24) above).

Gewichtungweighting

[0151] Während Messungen ändert sich der Polarwinkel θ bei einem weit entfernten Flugzeug nur langsam, wohingegen er sich schnell ändert, wenn das Flugzeug die Mikrofone überfliegt. Folglich sind nur wenige Datenpunkte der gleichmässig beabstandeten Akustikproben im relevantesten Umfang von θ verfügbar und umgekehrt. Dafür müssen die Daten gewichtet werden, um einen Einfluss der inhomogenen Verteilung von Datenpunkten über θ zu reduzieren, der umgekehrt proportional zur Zeitableitung θ ' = dθ/dt ist. Um dies zu tun, wird das Modell mit einem Algorithmus gewichteter Kleinstquadrate (WLS) analog zur linearen Sinusregression der gewöhnlichen Kleinstquadratmethode versehen. During measurements, the polar angle θ changes only slowly in the case of a distant aircraft, whereas it changes quickly when the aircraft flies over the microphones. As a result, only a few data points of the evenly spaced acoustic samples in the most relevant range of θ are available and vice versa. For this, the data must be weighted in order to reduce an influence of the inhomogeneous distribution of data points over θ, which is inversely proportional to the time derivative θ '= dθ / dt. To do this, the model is provided with a weighted least squares (WLS) algorithm analogous to the linear sinus regression of the usual least squares method.

[0152] Da jede Flug-Empfänger-Kombination eine andere Geometrie aufweist, wird θ' durch den Höchstwert pro Ereignis und Empfänger, in untenstehender Gleichung (27) als w0,lnotiert, standardisiert. Die Standardisierung verhindert eine höhere Gewichtung von gemessenen Pegeln, wenn ein Flugzeug näher an einem Empfänger ist, als wenn es weiter weg ist und θ' allgemein niedriger ist. Die Gewichtungen werden dann durch ihren Mittelwert w0normalisiert, um sicherzustellen, dass die Summe aller Gewichtungen w1, die für den WLS-Algorithmus verwendet werden, der Anzahl n der in der Analyse enthaltenen Beobachtungen entspricht (siehe Gleichung (28)). w0,i= θ'/max (θ')event,receiver(27) Since each flight-receiver combination has a different geometry, θ 'is standardized by the maximum value per event and receiver, notated as w0 in equation (27) below. The standardization prevents a higher weighting of measured levels when an aircraft is closer to a receiver than when it is further away and θ 'is generally lower. The weights are then normalized by their mean w0 to ensure that the sum of all weights w1 used for the WLS algorithm corresponds to the number n of observations included in the analysis (see equation (28)). w0, i = θ '/ max (θ') event, receiver (27)

Energiekorrektur Energy correction

[0153] In der Folge der Kleinstquadratschätzung prognostiziert das Modell das arithmetische Mittel des Schallemissionspegels Lemin dB. Eine Korrektur ist erforderlich, um die gemittelte Energie Le, die dem arithmetischen Mittel der Geräuschemission in Watt entspricht, zu prognostizieren. Da Lemnormal verteilt ist, was eine Voraussetzung für eine lineare Regression darstellt, kann die Energiekorrektur analytisch auf 0,115 . σ<2>bestimmt werden. Die Varianz σ<2>kann durch die Fehlervarianzschätzung wiedergegeben werden, in Anwendung auf jedes Modell gemäss der untenstehenden Gleichungen (29) und (30). As a result of the least squares estimation, the model predicts the arithmetic mean of the sound emission level Lemin dB. A correction is necessary in order to forecast the averaged energy Le, which corresponds to the arithmetic mean of the noise emissions in watts. Since Lemnormal is distributed, which is a prerequisite for a linear regression, the energy correction can analytically be 0.115. σ <2> can be determined. The variance σ <2> can be represented by the error variance estimate, applied to each model according to equations (29) and (30) below.

[0154] Fig. 15 zeigt ein Diagramm, das einen beispielhaften Korrekturfaktor für eine mittlere Energie über Frequenz für den Flugzeugtyp A320 darstellt. Aus Fig. 15 wird ersichtlich, dass die Fehlervarianz bei Mikrofonen in weiterer Entfernung deutlich höher als bei Mikrofonen im Nahbereich ist, was in erster Linie durch eine höhere Varianz aufgrund von Turbulenzen und Unsicherheiten bei der Backpropagation verursacht wird. Allgemein sind Mikrofone für Abflüge In weiterer Entfernung weiter von der Quelle entfemt, was die Interpretation stützt, dass die Varianz entfernungsabhängig ist. Die Energiekorrektur sollte nur die Varianz von Schallemissionspegel und Unsicherheit der Messung einschliessen. Dafür wird die Korrektur auf die Fehlervarianz der Daten im Nahbereich angewendet (Gesamtfehler von Landeanflug und Abflug). FIG. 15 shows a diagram illustrating an exemplary correction factor for a mean energy versus frequency for the aircraft type A320. It can be seen from FIG. 15 that the error variance in microphones at a greater distance is significantly higher than in microphones in the close range, which is primarily caused by a higher variance due to turbulence and uncertainties in the back propagation. In general, microphones for departures are further away from the source, which supports the interpretation that the variance is distance-dependent. The energy correction should only include the variance of the sound emission level and the uncertainty of the measurement. For this purpose, the correction is applied to the error variance of the data in the close range (total error of landing approach and take-off).

[0155] Die Energiesumme (⊕) der abgestimmten Endmodelle für Flugzeugzellen- (siehe obenstehende Gleichung (29)) und Triebwerkslärm (siehe obenstehende Gleichung (30)) ergibt die prognostizierten Gesamt-Emissionsspektren des modellierten Flugzeugs nach der untenstehenden Gleichung (31). The energy sum (⊕) of the agreed end models for airframe (see equation (29) above) and engine noise (see equation (30) above) gives the predicted total emission spectra of the modeled aircraft according to equation (31) below.

Referenztypen Reference types

[0156] Beim vorliegenden Beispiel werden insgesamt 19 akustische Referenztypen auf Basis der obenstehend vorgestellten Eingabedaten erstellt. Die untenstehende Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Referenztypen mit Details zu den entsprechenden Flugzeug- und Triebwerkstypen, den Ursprung der Daten und die Anzahl an Flügen, auf welcher die Modelle basieren. Beispielsweise basiert der Eintrag A320_CFM56-5B, dessen Daten in der nachstehenden Beschreibung zu illustrativen Zwecken häufig verwendet werden, auf Flugschreiberdaten des mit CFM56-5B ausgestatteten A320-200 mit insgesamt 673 Flügen. Der Eintrag E170 ohne Flugschreiberdaten basiert auf insgesamt 89 Flügen und wird verwendet, um die Durchführbarkeit des reduzierten Modells zu belegen. In the present example, a total of 19 acoustic reference types are created on the basis of the input data presented above. Table 1 below gives an overview of the reference types with details on the corresponding aircraft and engine types, the origin of the data and the number of flights on which the models are based. For example, the entry A320_CFM56-5B, the data of which is often used in the description below for illustrative purposes, is based on flight recorder data from the CFM56-5B-equipped A320-200 with a total of 673 flights. The entry E170 without flight recorder data is based on a total of 89 flights and is used to prove the feasibility of the reduced model.

Tabelle 1: Referenztypen mit gruppierten Flugzeug- und Triebwerkstypen und ihre Datenbasis (Anzahl an Flügen). Basieren die Eingabedaten auf dem Flugschreiber, wird das weiterentwickelte Modell (Adv.) erstellt, bei anderen Typen mit N1-Bestimmung wird das reduzierte Modell (Red.) erstellt.Table 1: Reference types with grouped aircraft and engine types and their database (number of flights). If the input data are based on the flight recorder, the further developed model (Adv.) Is created, for other types with N1 determination the reduced model (Red.) Is created.

[0157] A319_CFM56-5B Airbus A310-100, CFM56-5B FDR Adv. 120 41 161 A320_CFM56-5B Airbus A320-200, CFM56-5B FDR Adv. 424 249 673 A321_CFM56-5B Airbus A321-200, CFM66-5B FDR Adv. 300 126 426 A32X_CFM56-5A Airbus A320-Family, CFM56-5A N1 Red. 57 16 72 A32X_V2500 Airbus A320-Family, V2500 N1 Red. 198 33 231 A333_TRENT7 Airbus A330-300, TRENT7 FDR Adv. 249 136 385 A343_CFM56-5C Airbus A340-300, CFM50-5C FDR Adv. 166 120 286 A388_GP7270 Airbus A380-800, GP7270 N1 Red. 26 2 28 A388_TRENT9 Airbus A880-800, TRENT9 N1 Red. 38 20 58 B737_CFM56-3 Boeing B737 Classic (-300 to -500), CFM50-3 N1 Red. 84 39 123 B737_CFM56-7B Boeing B737 NG (-600 to -900), CFM56-7B N1 Red. 297 37 334 B763_PW4060 Boeing 787-300, PW4060 N1 Red. 9 34 43 B76X_CF6-80C2 Boeing 767-Family (-200 to -400), CF-80C2 N1 Red. 19 57 76 CRJ9_CF34-8C5 Bombardier Regional Jet CRJ-900, CF34-80C2 N1 Red. 71 22 93 E170_CF34-8E Embraer ERJ 170, CF34-8E N1 Red. 62 27 89 E190_CF34-10E Embraer ERJ 190, CF34-10E N1 Red. 243 49 292 F100_TAY650-15 Fokker 100, TAY050-15 N1 Red. 234 61 295 FA7X_PW307 Dassault Falcon 7X, PW307 N1 Red. 17 10 27 RJ1H_LF507 BAE SYSTEMS AVRO RJ-100, LF507 FDR Adv. 324 202 526A319_CFM56-5B Airbus A310-100, CFM56-5B FDR Adv. 120 41 161 A320_CFM56-5B Airbus A320-200, CFM56-5B FDR Adv. 424 249 673 A321_CFM56-5B Airbus A321-200, CFM66-5B FDR Adv . 300 126 426 A32X_CFM56-5A Airbus A320-Family, CFM56-5A N1 Red. 57 16 72 A32X_V2500 Airbus A320-Family, V2500 N1 Red. 198 33 231 A333_TRENT7 Airbus A330-300, TRENT7 FDR Adv. 249 136 385 A343_CFM56-5C Airbus A340-300, CFM50-5C FDR Adv. 166 120 286 A388_GP7270 Airbus A380-800, GP7270 N1 Red. 26 2 28 A388_TRENT9 Airbus A880-800, TRENT9 N1 Red. 38 20 58 B737_CFM56-3 Boeing B737 Classic (-300 to -500), CFM50-3 N1 Red. 84 39 123 B737_CFM56-7B Boeing B737 NG (-600 to -900), CFM56-7B N1 Red. 297 37 334 B763_PW4060 Boeing 787-300, PW4060 N1 Red. 9 34 43 B76X_CF6 -80C2 Boeing 767-Family (-200 to -400), CF-80C2 N1 Red. 19 57 76 CRJ9_CF34-8C5 Bombardier Regional Jet CRJ-900, CF34-80C2 N1 Red. 71 22 93 E170_CF34-8E Embraer ERJ 170, CF34 -8E N1 Red. 62 27 89 E190_CF34-10E Embraer ERJ 190, CF34-10E N1 Red. 243 49 292 F100_TAY650- 15 Fokker 100, TAY050-15 N1 Red. 234 61 295 FA7X_PW307 Dassault Falcon 7X, PW307 N1 Red. 17 10 27 RJ1H_LF507 BAE SYSTEMS AVRO RJ-100, LF507 FDR Adv. 324 202 526

[0158] Ist die Anzahl an gemessenen Flügen gering, können manche Flugzeugtypen derselben Flugzeugfamilie gruppiert werden. Generell gilt, dass nur Typen mit identischem Triebwerk gruppiert werden, da die Triebwerke die Hauptschallquelle darstellen, was zu erheblichen Abweichungen bei der Schallemission führen kann. Beispielsweise werden alle Untertypen der B737 mit der klassischen Triebwerksoption CFM56-3 gruppiert, während alle Typen der neuen Generation, die mit dem modernen CFM56-7B ausgestattet sind, separat gruppiert werden. Das Gruppieren einer Flugzeugfamilie ist angemessen und verbessert das Modell, da eine grössere Palette an Parametern aufgrund unterschiedlicher Startgewichte und Abläufe abgedeckt wird. Insbesondere verwenden unterschiedliche Flugzeugtypen verschiedene N1 für den Abflug, da bei verschiedenen Startgewichten ein abweichender Schub erforderlich ist. If the number of flights measured is small, some types of aircraft from the same aircraft family can be grouped. In general, only types with an identical engine are grouped, since the engines represent the main source of sound, which can lead to considerable deviations in noise emissions. For example, all sub-types of the B737 are grouped with the classic CFM56-3 engine option, while all types of the new generation equipped with the modern CFM56-7B are grouped separately. Grouping a family of aircraft is appropriate and improves the model, as a larger range of parameters is covered due to different take-off weights and processes. In particular, different types of aircraft use different N1s for take-off, since different take-off weights require a different thrust.

Leistungsfähigkeit der ModellePerformance of the models

[0159] Fig. 16 zeigt zwei Diagramme, die einen beispielhaften Bestimmungskoeffizienten über Frequenz darstellen. Flugzeugzellen- und Triebwerkmodell werden mit ihren getrennten Datensätzen verglichen, während das Gesamtmodell mit dem ursprünglichen Datensatz verglichen wird. Figur 11 zeigt das Bestimmtheitsmass R<2>über Frequenz für alle Dritteloktavbänder. R<2>total gibt die Leistungsfähigkeit des Modells aus Gleichung (24) wieder, um den ursprünglichen Datensatz der backprobagierten Daten Lemzu reproduzieren. Insgesamt zeigt die Anpassungsgüte der Gesamtmodelle eine gute Aussagekraft des Regressionsausgleichs mit Werten zwischen 0,7 und 0,8 für den A320 (a), aber auch für den E170 (b). R<2>afmund R<2>engbeschreiben die Anpassungsgüte der Quellenmodelle auf die getrennten Datensätze. Das Triebwerkmodell zeigt für die meisten Frequenzbänder R<2>eng-Werte, die geringfügig über 0,8 liegen. Im Gegensatz dazu weist das Flugzeugzellenmodell des A320 R<2>afM-Werte zwischen 0,2 und 0,6 mit einer weitaus höheren Schwankung zwischen den verschiedenen Frequenzbändern auf. Beim E170 variiert R<2>afmhauptsächlich zwischen 0,4 und 0,7. 16 shows two diagrams which illustrate an exemplary determination coefficient over frequency. Airframe and engine models are compared to their separate datasets, while the overall model is compared to the original dataset. FIG. 11 shows the coefficient of determination R 2 versus frequency for all third-octave bands. R <2> total represents the performance of the model from equation (24) in order to reproduce the original data set of the backprojected data Lem. Overall, the goodness of fit of the overall models shows good informational value of the regression adjustment with values between 0.7 and 0.8 for the A320 (a), but also for the E170 (b). R <2> af and R <2> closely describe the quality of fit of the source models to the separate data sets. For most of the frequency bands, the engine model shows R <2> eng values that are slightly above 0.8. In contrast, the airframe model of the A320 R <2> afM values between 0.2 and 0.6 with a much higher fluctuation between the different frequency bands. In the case of the E170, R 2 varies mainly between 0.4 and 0.7.

[0160] Ein spezifischer Aspekt von R<2>steht mit dem Frequenzbereich, in dem die Schallquellen abstrahlen, in Beziehung. Beispielsweise liegt ist R<2>engdes A320 in Diagramm a) von Fig. 16 zwischen 50 und 400 Hz hoch, wenn der Düsenlärm dominiert. In ähnlicher Weise ist R<2>engbei 2 bis 3 kHz, den Bändem, die die Blattpassierfrequenz (BPF) des A320 bei Abflug enthalten, hoch. Flugzeugzelle-Schallquellen können auf die gleiche Weise identifiziert werden. In Übereinstimmung mit Messungen an einem A320-Flügel in Originalgrösse im Niedergeschwindigkeits-Windkanal DNW-LLF strahlen die Vorflügel (eingeschlossen mit dem Parameter Flaps) einen erheblichen Schall zwischen 100 und 300 Hz aus. Weiterhin ist ein markanter Hohlraumton Im Flügel bei 500 und 630 Hz erkennbar. Und schliesslich ist ein Zusatzrauschen der Vorflügel-Seitenkante zwischen 1 und 1,6 kHz auffällig. A specific aspect of R 2 is related to the frequency range in which the sound sources radiate. For example, R 2 narrow of the A320 in diagram a) of FIG. 16 is between 50 and 400 Hz high when the nozzle noise is dominant. Similarly, R <2> is close to 2 to 3 kHz, the bands that contain the A320's Blade Passing Frequency (BPF) at departure. Airframe sound sources can be identified in the same way. In accordance with measurements on a full-size A320 wing in the low-speed DNW-LLF wind tunnel, the slats (including the Flaps parameter) emit considerable sound between 100 and 300 Hz. Furthermore, a distinctive cavity tone can be seen in the wing at 500 and 630 Hz. And finally, there is additional noise on the side edge of the slat between 1 and 1.6 kHz.

[0161] Genau in diesen Frequenzbereichen weist R<2>afmlokale Höchstwerte auf. Im Gegensatz dazu existieren keine expliziten Schallquellen für 50 bis 100 Hz und oberhalb 1,6 kHz, und folglich ist R<2>afmniedrig. Für E170 sind keine entsprechenden Messungen im Windkanal wie für den A320 bekannt, aber die Messungen zeigen einen Ton bei 100 Hz an, der ebenfalls R<2>afmerhöht. Allgemein tragen die Flugzeugzellen-Schallquellen des E170 über alle Frequenzen bei, da R<2>afmhoch Ist. It is precisely in these frequency ranges that R 2 has local maximum values. In contrast, there are no explicit sound sources for 50 to 100 Hz and above 1.6 kHz, and consequently R 2 is afm low. No corresponding measurements in the wind tunnel as for the A320 are known for E170, but the measurements indicate a tone at 100 Hz, which also increases R <2>. In general, the E170's airframe sound sources contribute across all frequencies because R <2> is afm high.

ModellvergleichModel comparison

[0162] Beispielhafte Ergebnisse von Spektren und Richtcharakteristiken werden für verschiedene Flugbedingungen gezeigt und mit Messungen verglichen. Exemplary results of spectra and directional characteristics are shown for different flight conditions and compared with measurements.

[0163] Fig. 17 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektrat-Richtcharakteristiken des Flugzeugtyps A320 bei Abflug mit Hochleistungseinstellung darstellen. In Fig. 17 werden spektrale Richtcharakteristiken prognostiziert und mit gemittelten Messdaten mit ähnlichen Flugparametereinstellungen wie obenstehend ausgeführt verglichen. Ein Abflug mit einer Hochleistungseinstellung von N1 = 93 % wird gezeigt. Die Richtwirkung in Längsrichtung in Diagramm a) von Fig. 17 wird einem Betrachter an der Seite bei φ = 60° präsentiert. Alle Frequenzbänder zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen prognostizierten und gemessenen Daten. Frequenzen im Niedrigbereich wie 125 und 250 Hz zeigen eine typische Düsenstrahlcharakteristik, die nach hinten deutlich ausgeprägt ist. Bei hohen Frequenzen wie 2 kHz weist die Charakteristik lokale Höchstwerte im vorderen und hinteren Bereich durch den Fan auf. Somit ermöglichen die Fourierreihe und die Interaktionen mit N1 und N1<2>dem Modell, die Richtwirkung in Längsrichtung genau wiederzugeben. 17 shows two diagrams which illustrate exemplary spectral directional characteristics of the aircraft type A320 during departure with high-performance setting. In FIG. 17, spectral directional characteristics are predicted and compared with averaged measurement data with flight parameter settings similar to those set out above. A departure with a high performance setting of N1 = 93% is shown. The directivity in the longitudinal direction in diagram a) of FIG. 17 is presented to a viewer on the side at φ = 60 °. All frequency bands show good agreement between predicted and measured data. Frequencies in the low range such as 125 and 250 Hz show a typical nozzle jet characteristic that is clearly pronounced towards the rear. At high frequencies such as 2 kHz, the characteristic shows local maximum values in the front and rear areas due to the fan. Thus, the Fourier series and the interactions with N1 and N1 <2> enable the model to accurately reproduce the directivity in the longitudinal direction.

[0164] Auf dieselbe Weise stimmt die Richtwirkung in Querrichtung, die in Diagramm b) In Fig. 17 von hinten bei θ = 130° gezeigt wird, gut mit den Messungen überein. Insgesamt ist die Abstrahlung in Querrichtung weniger wichtig und über die Frequenzbänder weniger variabel. Somit stellt die Halb-Fourierreihe mit Interaktion mit N1 einen stichhaltigen Ansatz dar. Richtwirkungen in Längs- und Querrichtung stimmen zudem gut mit dem Gesamt-Lemüberein, was den gewählten Modellansatz für die Richtwirkung stützt. In the same way, the directivity in the transverse direction, which is shown in diagram b) in FIG. 17 from the rear at θ = 130 °, agrees well with the measurements. Overall, the radiation in the transverse direction is less important and less variable across the frequency bands. Thus, the half-Fourier series with interaction with N1 represents a sound approach. Directional effects in the longitudinal and transverse directions also agree well with the overall learning, which supports the chosen model approach for the directional effect.

[0165] Fig. 18 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren für Endanflug (N1 = 55 %, Ma = 0,23) und Start mit Hochleistungseinstellung (N1 = 93 %, Ma = 0,24) für das Flugzeug A320 darstellen. In Fig. 17 sind Spektren für typische Flugbedingungen bei Start und Endanflug für θ = 90° In Diagramm a) von Fig. 18 und θ = 130° in Diagramm b) von Flg. 18 abgebildet. Wie erwartet Ist die prognostizierte dominante Schallquelle beim Start das Triebwerk. Das Flugzeugzellenmodell ist in diesem Fall nicht dargestellt, um eine Überlagerung mit den Spektren des Endanflugs zu vermeiden. Neben dem starken niederfrequenten Breitbandlärm der Düse im hinteren Bereich ist auch die Blattpassierfrequenz bei 2,5 kHz gut vorhanden. Im Gegensatz dazu ist das Flugzeugzellenmodell für den Endanflug relevant. Bei 90° werden die Mittelfrequenzen noch vom Triebwerkslärm, vermutlich Turbomaschinenlärm, dominiert. Bei 130° (hinten) dominiert Flugzeugzellenlärm die Mittelfrequenzen. Interessanterweise ist, während der Düsenlärm für N1 = 55 % sehr niedrig ist, der Breitbandlärm des Fans im Umfang des etwa 2,5-fachen der Blattpassierfrequenz (2,5 × 1,65 kHz = 4,1 kHz) um etwa 4 kHz in den Triebwerksspektren in Diagramm a) und b) von Fig. 18 noch erkennbar. 18 shows two diagrams showing exemplary spectra for final approach (N1 = 55%, Ma = 0.23) and take-off with high-performance setting (N1 = 93%, Ma = 0.24) for the A320 aircraft. FIG. 17 shows spectra for typical flight conditions at take-off and final approach for θ = 90 ° in diagram a) of FIG. 18 and θ = 130 ° in diagram b) of FIG. 18 pictured. As expected, the predicted dominant sound source at start-up is the engine. The airframe model is not shown in this case in order to avoid an overlay with the spectra of the final approach. In addition to the strong, low-frequency broadband noise of the nozzle in the rear area, the leaf passing frequency at 2.5 kHz is also well available. In contrast, the airframe model is relevant for the final approach. At 90 ° the middle frequencies are still dominated by engine noise, presumably turbo engine noise. At 130 ° (rear), airframe noise dominates the medium frequencies. Interestingly, while the nozzle noise is very low for N1 = 55%, the fan broadband noise is in the range of about 2.5 times the leaf passing frequency (2.5 × 1.65 kHz = 4.1 kHz) by about 4 kHz in the engine spectra in diagrams a) and b) of FIG. 18 can still be seen.

[0166] Fig. 19 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren für Endanflug (N1 = 50 %, Ma=0,2) und Start bei Hochleistungseinstellung (N1 = 86 %, Ma = 0,24) für das Flugzeug E170 darstellen. Die entsprechenden Spektren des Flugzeugs E170 in Fig. 19 bilden sehr ähnliche Ergebnisse wie für den A320 in Fig. 18 gezeigt ab. Die Gesamtspektren stimmen gut mit den Messungen überein, und Abflüge werden von Triebwerkslärm dominiert. Bei typischen Endanflugseinstellungen tragen Triebwerks- und Flugzeugzellenlärm im Gegensatz zu den quellenabhängigen Beiträgen wie beim A320 gleichmässig über alle Frequenzen bei. Die Blattpassierfrequenz bei Abflügen bei 3 kHz wird in beiden Diagrammen a) und b) von Fig. 19 nicht beobachtet, was in Übereinstimmung mit den Messungen liegt. Für den Endanflug kann die Blattpassierfrequenz in Diagramm a) von Fig. 19 bei 1,7 kHz sowohl in der Prognose als auch den Messungen gefunden werden. 19 shows two diagrams which represent exemplary spectra for final approach (N1 = 50%, Ma = 0.2) and take-off with high-performance setting (N1 = 86%, Ma = 0.24) for the aircraft E170. The corresponding spectra of the aircraft E170 in FIG. 19 depict results that are very similar to those shown for the A320 in FIG. 18. The overall spectra agree well with the measurements, and take-offs are dominated by engine noise. With typical final approach settings, in contrast to the source-dependent contributions as in the A320, engine and airframe noise contribute equally across all frequencies. The leaf passing frequency for takeoffs at 3 kHz is not observed in both diagrams a) and b) of FIG. 19, which is in agreement with the measurements. For the final approach, the blade passing frequency in diagram a) of FIG. 19 can be found at 1.7 kHz both in the prognosis and in the measurements.

[0167] Die Tatsache, dass jedes Frequenzband seinerseits abgestimmt wird, ermöglicht dem Modell, verschiedene Spektralformen zu bilden. Beispielsweise ermöglicht die quadratische Abhängigkeit von N1 den Triebwerksspektren von hohem Düsenlärm zu niedrigen Leistungseinstellungen zu wechseln, wie dies insbesondere im hinteren Bereich des Flugzeugs in den Figuren 18 und 19 gezeigt ist. Zusätzlich werden auch Bänder mit Tönen, die aus einem gleichmässigen Breitbandspektrum auftreten, berücksichtigt. The fact that each frequency band is tuned in turn enables the model to form different spectral shapes. For example, the quadratic dependence on N1 enables the engine spectra to change from high nozzle noise to low power settings, as is shown in FIGS. 18 and 19 in particular in the rear area of the aircraft. In addition, bands with tones that occur from a uniform broadband spectrum are also taken into account.

[0168] Infolgedessen wird nach der vorliegenden Erfindung ein neues Schallemissionsmodell vorgestellt, um die Einschränkungen bei der Prognose von Fluglärmmodellen nach dem Stand der Technik mit einer gemässigten Anzahl an notwendigen Eingabeparametern zu überwinden. Als erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung kann im Vergleich mit bekannten Modellen wie Doc. 9911 oder FLULA2 Flugzeugzellenlärm, der durch den Einfluss der Machzahl und Konfiguration des Flugzeugs wiedergegeben wird, von dem Triebwerkslärm getrennt modelliert werden. Gleichzeitig ist nur ein Minimum an Verfahrensparametern für Triebwerkslärm notwendig, die keine detaillierten Kenntnisse der Motorleistung wie Mengenstrom oder Strahlgeschwindigkeit erfordern, wie dies in halbempirischen Modellen nach dem Stand der Technik wie ANOPP oder PANAM der Fall ist. As a result, according to the present invention, a new acoustic emission model is presented in order to overcome the limitations in the prognosis of aircraft noise models according to the prior art with a moderate number of necessary input parameters. As a significant advantage of the present invention in comparison with known models such as Doc. 9911 or FLULA2 Airframe noise, represented by the influence of the aircraft's Mach number and configuration, can be modeled separately from the engine noise. At the same time, only a minimum of process parameters are required for engine noise, which do not require detailed knowledge of the engine power such as flow rate or jet speed, as is the case in semi-empirical models according to the state of the art such as ANOPP or PANAM.

[0169] Nach der vorliegenden Erfindung werden Düsen- und Fanlärm der Triebwerke mit N1 als dem Hauptparameter betrachtet, der akustisch bestimmt werden kann, um die jeweiligen Modelle zu entwickeln. Eine Neuheit nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, die Gesamt-Schallemlsslonspegel in Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm zu trennen. Somit sind keine aufwendigen Mikrofonanordnungsmessungen erforderlich, um die zwei Schallquellen zu trennen. Die Trennung ermöglicht es, Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm voneinander unabhängig zu prognostizieren, was bei der Beurteilung von Lärmminderungsverfahren einen Vorteil darstellt. Auf dieser Basis können neue Kombinationen von modellierten Flugzeugzellen und Triebwerken, für welche Eingabedaten fehlen oder die bislang nicht in einer solchen Kombination fliegen, erstellt werden. Eine weitere Verfeinerung hin zum detaillierten Modellieren einzelner Schallquellen stellt nach wie vor eine Herausforderung dar, insbesondere in dem Umfang der Abdeckung einer breiten Palette an Flugzeugtypen mit unterschiedlichen Dimensionen. According to the present invention, jet and fan noise of the engines with N1 are considered as the main parameter that can be determined acoustically in order to develop the respective models. A novelty according to the present invention enables the overall acoustic emission levels in airframe and engine noise to be separated. Thus, no complex microphone arrangement measurements are required to separate the two sound sources. The separation enables airframe and engine noise to be forecast independently of one another, which is an advantage when assessing noise abatement procedures. On this basis, new combinations of modeled airframes and engines for which input data are missing or which have not yet been flying in such a combination can be created. A further refinement towards the detailed modeling of individual sound sources still represents a challenge, especially in the scope of the coverage of a wide range of aircraft types with different dimensions.

[0170] Die für die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen gewählten Parameter ermöglichen es, die Richtwirkung und Spektren für typische Flugbedingungen adäquat zu reproduzieren. Insbesondere der Flugzeugtyp A320 mit Flugschreiberdaten und einer hohen Anzahl an Flügen und der Flugzeugtyp E170 ohne Flugschreiberdaten und mit nur 89 Flügen zeigen ähnlich gute Ergebnisse. Dies ist der Fall für alle in der obenstehenden Tabelle 1 aufgeführten Typen. Somit sind die weiterentwickelten Modelle wie auch die reduzierten Modelle vergleichbar und ermöglichen das Erstellen von Modellen für unterschiedliche Eingabedaten und Flugzeugtypen. The parameters chosen for the exemplary embodiments described herein make it possible to adequately reproduce the directivity and spectra for typical flight conditions. In particular the aircraft type A320 with flight recorder data and a high number of flights and the aircraft type E170 without flight recorder data and with only 89 flights show similarly good results. This is the case for all types listed in Table 1 above. Thus the further developed models as well as the reduced models are comparable and enable the creation of models for different input data and aircraft types.

[0171] Voraussetzungen für das Erstellen des Modells nach der vorliegenden Erfindung für weitere Flugzeugtypen sind (i) Messungen an verschiedenen Standorten nahe am Flughafen und in grösserer Entfernung, (ii) Backpropagation an die Quelle und (iii) Spektralanalysen zum Bestimmen von N1 oder Verarbeiten von Flugschreiberdaten. Eine Einschränkung der Trennung von Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm stellt die Annahme dar, dass Flugzeugzellenlärm bei Triebwerken im Leerlauf dominiert. Zudem kann die Validität der Trennung nicht belegt werden, da keine Daten verfügbar sind. Prerequisites for creating the model according to the present invention for other types of aircraft are (i) measurements at various locations close to the airport and at greater distances, (ii) backpropagation to the source and (iii) spectral analyzes to determine N1 or processing of black box data. One limitation of the separation of airframe and engine noise is the assumption that airframe noise dominates when the engine is idling. In addition, the validity of the separation cannot be proven because no data are available.

[0172] Da das Quellenmodell auf dem Schallemissionspegel basiert, kann es mit jedem beliebigen Schallausbreitungsmodell kombiniert werden, um die Schallimmission am Empfänger zu berechnen. Jedoch sollte das Ausbreitungsmodell alle Effekte berücksichtigen, die bei der Backpropagation angewendet wurden (z. B. Bodeneffekt). Mittels eines Simulationsprogrammes können neue Verfahren wie das Landeanflugverfahren CDA akustisch optimiert werden, was aktuelle Studien zu Bahnoptimierung mit Lärm als Kostenfunktion erweitern könnte. Somit ermöglicht es das Schallquellenmodell, verschiedene Lärmmasse wie den effektiv wahrgenommenen Lärmpegel (EPNL), den Ereignispegel und den Höchstpegel unter freier Wahl der Spektralgewichtung zu berechnen. Since the source model is based on the sound emission level, it can be combined with any sound propagation model in order to calculate the sound immission at the receiver. However, the dispersion model should take into account all effects that were used in backpropagation (e.g. ground effect). Using a simulation program, new procedures such as the CDA landing approach procedure can be optimized acoustically, which could expand current studies on path optimization with noise as a cost function. The sound source model thus makes it possible to calculate various noise levels such as the actually perceived noise level (EPNL), the event level and the maximum level with a free choice of spectral weighting.

[0173] Ein Schallquellenmodell nach der vorliegenden Erfindung für per Turbofan angetriebene Flugzeuge schliesst die Lücke zwischen herkömmlichen Modellen und Spitzenmodellen nach dem Stand der Technik. Es stellt zwei separate Modelle für die Schallemission von Flugzeugzelle und Triebwerken bereit. Beide wurden basierend auf Wissen über explanatorische Datenanalyse, physikalische Kenntnisse und statistische Modelle erstellt. Quellenmodelle für eine breite Palette an relevanten Flugzeug- und Triebwerkstypen wurden erstellt. A sound source model according to the present invention for turbofan-powered aircraft closes the gap between conventional models and top-of-the-range models according to the prior art. It provides two separate models for airframe and engine noise emissions. Both were created based on knowledge of explanatory data analysis, physical knowledge and statistical models. Source models for a wide range of relevant aircraft and engine types have been created.

[0174] Die Flugparameter, die den Schallemissionspegel mit den aktuellen Flugbedingungen verbinden, sind im besten Fall Flugschreiberdaten oder alternativ Radardaten mit einer zusätzlichen Analyse zur Bestimmung von N1 über die Blattpassierfrequenz des Fans. Wenn verfügbar, wird empfohlen, das weiterentwickelte Modell für Untersuchungen von Einzelflügen zu verwenden. Dennoch ist auch das reduzierte Modell in ähnlicher Weise einsetzbar, obwohl die Wirkung der Flugkonfiguration nicht exakt dargestellt werden kann. Das reduzierte Modell würde wenigstens für Flughafenszenarien und Jahresberechnungen die Genauigkeit der aktuellen Lärmkarten verbessem. The flight parameters that link the sound emission level with the current flight conditions are, in the best case, flight recorder data or, alternatively, radar data with an additional analysis to determine N1 via the fan speed. If available, it is recommended to use the advanced model for investigations of single flights. Nevertheless, the reduced model can also be used in a similar way, although the effect of the flight configuration cannot be represented exactly. The reduced model would improve the accuracy of the current noise maps at least for airport scenarios and annual calculations.

[0175] Die vorgestellten beispielhaften Ausführungsformen zeigen die Fähigkeit eines Modells nach der vorliegenden Erfindung, Studien zu Lärmminderungsverfahren vorzunehmen. Es ist möglich, Daten aus Optimierungen oder Flugsimulatoren bereitzustellen, um Lärmmasse und die betroffene Bevölkerung zu berechnen und zu vergleichen. Die vorgestellte Methodik kann ohne eine Trennung der Quellen auch dazu angewendet werden, Schallemissionsmodelle für Helikopter, propellergetriebene Flugzeuge oder Militärjets zu entwickeln. The presented exemplary embodiments demonstrate the ability of a model according to the present invention to conduct studies on noise abatement methods. It is possible to provide data from optimizations or flight simulators in order to calculate and compare the noise mass and the affected population. The presented methodology can also be used without separating the sources to develop acoustic emission models for helicopters, propeller-driven aircraft or military jets.

Dreidimensionale Spektralrichtcharakteristik in Abhängigkeit von FlugbedingungenThree-dimensional spectral directivity depending on flight conditions

[0176] Wie vorstehend beschrieben wird ein halbempirisches Schallquellenmodell nach der vorliegenden Erfindung mittels multipler linearer Regression erstellt. Dafür ist ein adäquater empirischer Datensatz erforderlich, um die Modellkoeffizienten auf eine typische Palette von Flugbedingungen abzustimmen. Insbesondere sind Messungen zu unterschiedlichen Flugbedingungen und eine breiter Umfang von Winkelabdeckungen notwendig, um ein Modell nach der vorliegenden Erfindung zu erstellen. As described above, a semi-empirical sound source model according to the present invention is constructed using multiple linear regression. This requires an adequate empirical data set to match the model coefficients to a typical range of flight conditions. In particular, measurements of different flight conditions and a wide range of angle covers are necessary to create a model according to the present invention.

DatenverarbeitungData processing

[0177] Die Schalldruckpegel (SPL) an den Messstandorten können an die Quelle backpropagiert werden, um unter Verwendung des hochentwickelten Ausbreitungsmodells sonX und unter Berücksichtigung der tatsächlichen atmosphärischen Bedingungen Quellenleistung-Verteilungspegel SPL zu erhalten. Anschliessend muss der Dopplereffekt aufgrund der Bewegung der Quelle durch Anwenden einer Frequenzverschiebung und einer Intensitätsverstärkung korrigiert werden. Die sich ergebenden akustischen Daten, Richtwirkungswinkel und Lw, müssen synchronisiert und mit Flugschreiberdaten, die eine Vielzahl an Parametern wie Bahnverlauf, Rotationsgeschwindigkeit N1 der Turbine und Konfigurationsänderungen von Fahrwerk und Klappen bereitstellen, ergänzt werden. The sound pressure levels (SPL) at the measurement sites can be backpropagated to the source to obtain source power distribution levels SPL using the sophisticated sonX propagation model and taking into account the actual atmospheric conditions. Then the Doppler effect due to the movement of the source must be corrected by applying a frequency shift and an intensity gain. The resulting acoustic data, directional angle and Lw, must be synchronized and supplemented with flight recorder data, which provide a variety of parameters such as the course of the path, the rotational speed N1 of the turbine and changes to the configuration of the landing gear and flaps.

[0178] Wie obenstehend bereits ausgeführt kann für jedes Dritteloktavband von 25 Hz bis 5 kHz, notiert als Parameter f in der nachstehenden Beschreibung, ein vollständiges Modell formuliert werden. Die Richtwirkung wird unter Verwendung von Kugelkoordinaten, die aus dem Polarwinkel θ und dem Azimutwinkel φ bestehen, dreidimensional modelliert. Beide Winkel sind bezogen auf das Flugweg-Achsensystem wie in Fig. 1 dargestellt definiert, um die Anforderungen an Eingabedaten für eine Prognose zu vereinfachen, da die tatsächliche Ausrichtung des Flugzeugs in der Regel nicht bekannt ist. Der Azimut φ wird zusätzlich um den Querneigungswinkel des Flugzeugs, der aus der Bahnkurve berechnet werden kann, korrigiert. As already stated above, a complete model can be formulated for each third octave band from 25 Hz to 5 kHz, noted as parameter f in the description below. The directivity is modeled three-dimensionally using spherical coordinates consisting of the polar angle θ and the azimuth angle φ. Both angles are defined in relation to the flight path axis system as shown in FIG. 1 in order to simplify the requirements for input data for a prognosis, since the actual orientation of the aircraft is generally not known. The azimuth φ is also corrected by the bank angle of the aircraft, which can be calculated from the trajectory.

[0179] Das Schallquellenmodell kann in zwei Untermodelle, eines für Triebwerklärm und ein weiteres eines für Flugzeugzellenlärm, die wie obenstehend ausgeführt jeweils unterschiedliche Quellenmechanismen berücksichtigen, aufgeteilt werden. Ein Triebwerkmodell nach der vorliegenden Erfindung wie untenstehend in Gleichung (32) beschrieben schliesst beide Richtwirkungswinkel ein, um die Richtwirkung in Längsrichtung sowie den lateralen Installationseffekt der Triebwerke zu berücksichtigen. Der wichtigste Parameter ist N1, der die Leistung des Triebwerks wiedergibt und somit direkt mit der Strahlgeschwindigkeit und der Umdrehung von Fan und Turbinen in Verbindung steht. Mit Hilfe von Triebwerk-Prüfläufen, wie sie obenstehend im Detail beschrieben sind, kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass Lwauch von N1<2>abhängig ist. Unter Verwendung von Interaktionen zwischen N1 und θ sowie φ kann sich die Richtwirkung mit der Leistungseinstellung ändern. Zusätzlich wird die Machzahl Ma des Flugzeugs, die die Anströmung und insbesondere auch die Quellenstärke der Düse aufgrund der umgebenden Strömung beeinflusst, in das Modell eingeschlossen. The sound source model can be divided into two sub-models, one for engine noise and another one for airframe noise, which, as explained above, each take into account different source mechanisms. An engine model according to the present invention, as described below in equation (32), includes both angles of directivity in order to take into account the directivity in the longitudinal direction and the lateral installation effect of the engines. The most important parameter is N1, which reflects the power of the engine and is therefore directly related to the jet speed and the rotation of the fan and turbine. With the help of engine test runs, as described in detail above, the conclusion can be drawn that Lwauch is dependent on N1 <2>. Using interactions between N1 and θ as well as φ, the directivity can change with the power setting. In addition, the Mach number Ma of the aircraft, which influences the flow and in particular also the source strength of the nozzle due to the surrounding flow, is included in the model.

[0180] Flugzeugzellenlärm kann in erster Linie mit einer zweidimensionalen Richtwirkung modelliert werden, da der Messaufbau für Landungen, bei denen alle Flugzeuge näherungsweise derselben Bahnkurve folgen, kein zuverlässiges Feststellen von Lateraleffekten ermöglicht. Die wichtigsten konstanten Erklärungsvariablen sind die Machzahl Ma und die Dichte p des umgebenden Mediums, die beide durch den Logarithmus zur Basis 10 umgeformt werden. Die Umformungen sind erforderlich, um die Variablen zu linearisieren und entsprechen halbempirischen Modellen für Flugzeugzellenlärm. Zusätzlich schliesst das Modell verschiedene kategoriale Variablen ein, um Änderungen der Konfiguration, d. h. Fahrwerksstellung, Klappenstellung und Bremsklappen SB, zu reproduzieren. Das vollständige Modell schliesst zudem Interaktionen, z. B. von Fahrwerk und der Machzahl, ein, um den Unterschied in der Abhängigkeit von Luftgeschwindigkeit mit und ohne ausgefahrenes Fahrwerk zu berücksichtigen. Schliesslich wird der Faktor „Procedure“ (Proc) eingeschlossen, weil sich erwies, dass manche Effekte wie die Pegeländerung der Klappen in Start- und Landesituationen unterschiedlich sind. Ein anderer Anstellwinkel und somit Auftriebskoeffizienten könnten die Ursache sein, was die Lärmerzeugung direkt beeinflusst. Airframe noise can primarily be modeled with a two-dimensional directional effect, since the measurement setup for landings in which all aircraft follow approximately the same trajectory does not allow a reliable determination of lateral effects. The most important constant explanatory variables are the Mach number Ma and the density p of the surrounding medium, both of which are transformed by the logarithm to the base 10. The transformations are required to linearize the variables and correspond to semi-empirical models for airframe noise. In addition, the model includes various categorical variables to allow for changes to the configuration, i. H. Undercarriage position, flap position and airbrakes SB to reproduce. The complete model also includes interactions, e.g. B. of the landing gear and the Mach number, in order to take into account the difference in the dependence of the air speed with and without the landing gear extended. Finally, the “Procedure” (Proc) factor is included because it has been shown that some effects such as the change in level of the flaps are different in take-off and landing situations. Another angle of attack and thus the lift coefficient could be the cause, which has a direct impact on the noise generation.

[0181] Beide Modelle für Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm werden abschliessend energetisch zusammengefasst, um den gesamten Quellenleistung-Verteilungspegel in Abhängigkeit der betrachteten Parameter zu erhalten. Da die Modellparameter anhand einer Anpassung durch einen Mittlere-Kleinstquadrate-Algorithmus erhalten werden können und somit das arithmetische Mittel von Lwwiedergegeben, wird eine Energiekorrektur eingeführt, um die mittlere Quellenleistung wie obenstehend im Detail beschrieben zu korrigieren. Die Doppler-Frequenzverschiebung und Intensitätsverstärkung werden anschliessend angewendet, um den Flugeffekt zu berücksichtigen. Both models for airframe and engine noise are finally combined energetically in order to obtain the total source power distribution level as a function of the parameters considered. Since the model parameters can be obtained from an adaptation by a mean-least-squares algorithm and thus reproduce the arithmetic mean of Lw, an energy correction is introduced in order to correct the mean source power as described in detail above. The Doppler frequency shift and intensity amplification are then applied to take the flight effect into account.

[0182] Das vollständige Modell (siehe obenstehende Gleichungen (32) bis (34)) wird für sechs beispielhafte Flugzeug- und Triebwerkstypkombinationen der Swiss International Air Lines, für welche Flugschreiberdaten vorhanden waren, erstellt (siehe untenstehende Tabelle 2). Eine grosse Menge an Flügen wird gemessen, um die vorliegenden Modelle auf einer statistisch relevanten Basis zu erstellen, eine geringere Anzahl an Flügen wäre jedoch auch akzeptabel. The complete model (see equations (32) to (34) above) is created for six exemplary aircraft and engine type combinations from Swiss International Air Lines for which flight recorder data were available (see Table 2 below). A large number of flights are measured in order to create the present models on a statistically relevant basis, but a smaller number of flights would also be acceptable.

Tabelle 2: Übersicht akustischer Referenztypen mit Flugdatenschreiber und Anzahl an Flügen, die in ein Modell nach der vorliegenden Erfindung integriert wurden.Table 2: Overview of acoustic reference types with flight data recorder and number of flights that were integrated into a model according to the present invention.

[0183] A319_CFM56-5B Airbus A319-100 with CFM56-5B 120 41 161 A320_CFM-5B Airbus A320-200 with CFM56-5B 424 249 673 A321_CFM56-5B Airbus A321-200 with CFM56-5B 300 126 426 A333_TRENT7 Airbus A330-300 with TRENT 700 249 136 385 Λ343_CFM56-5C Airbus A340-300 with CFM56-5C 166 120 286 RJlH_LF507 BAE SYSTEMS AVRO RJ-100 with LF507 324 202 526A319_CFM56-5B Airbus A319-100 with CFM56-5B 120 41 161 A320_CFM-5B Airbus A320-200 with CFM56-5B 424 249 673 A321_CFM56-5B Airbus A321-200 with CFM56-5B 300 126 426 A333_TRENT7 Airbus A330-300 with TRENT 700 249 136 385 Λ343_CFM56-5C Airbus A340-300 with CFM56-5C 166 120 286 RJlH_LF507 BAE SYSTEMS AVRO RJ-100 with LF507 324 202 526

[0184] Wie obenstehend bereits ausgeführt ermöglichen Modellansätze nach der vorliegenden Erfindung das Reduzieren der Detailtiefe, wenn den Eingabedaten Parameter fehlen, was dann der Fall ist, wenn keine Flugschreiberdaten zur Verfügung stehen. In der Folge sinkt die Anzahl an Parametern im Flugzeugzellenmodell. As already stated above, model approaches according to the present invention make it possible to reduce the depth of detail if the input data lack parameters, which is the case when no flight recorder data are available. As a result, the number of parameters in the airframe model decreases.

[0185] Das Triebwerkmodell verbleibt in seiner Form, da N1 der wichtigste Parameter ist, der nicht entfernt werden sollte. Stehen keine Flugschreiberdaten zur Verfügung, kann er durch eine Erkennung der Blattpassierfrequenz mit Hilfe von erweiterter Signalanalyse bestimmt werden. Im Fall einer unzureichenden Abdeckung des Querrichtung-Richtwinkels kann das Modell einfach auf Zweidimensionalität reduziert werden, indem der Azimutwinkel φ aus dem Triebwerkmodell herausgenommen wird. The engine model remains in shape as N1 is the most important parameter that should not be removed. If no flight recorder data are available, it can be determined by recognizing the leaf passing frequency with the help of extended signal analysis. In the event of insufficient coverage of the transverse directional straightening angle, the model can simply be reduced to two-dimensionality by removing the azimuth angle φ from the engine model.

Vergleiche Comparisons

[0186] Drei beispielhafte Fälle werden vorgestellt, um die Fähigkeiten des Quellenmodells für dreidimensionale Richtcharakteristiken nach der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen und es mit beispielhaften Messungen zu vergleichen: a) Spektren von Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm bei Endanflug, b) Richtwirkung bei Start, und c) Simulation von Landeanflügen mit ausgefahrenem Fahrwerk.Three exemplary cases are presented in order to demonstrate the capabilities of the source model for three-dimensional directional characteristics according to the present invention and to compare it with exemplary measurements: a) spectra of airframe and engine noise on final approach, b) directivity at take-off, and c) Simulation of landing approaches with the landing gear extended.

[0187] Die Vergleiche (a) und (b) können für den Referenztyp A320_CFM56-5B (A320) auf der Basis von unbewerteten Lwan der Quelle vorgenommen werden, um den Einfluss von Flugbedingungen auf Spektren und Richtwirkung zu zeigen. In (c) werden sowohl der simulierte Schalldruckpegel als auch LASvon A320 und A333_TRENT7 (A330) verglichen, um die starken Auswirkungen des Fahrwerks zu zeigen. The comparisons (a) and (b) can be made for the reference type A320_CFM56-5B (A320) on the basis of unevaluated Lwan of the source in order to show the influence of flight conditions on spectra and directivity. In (c) both the simulated sound pressure level and LAS of A320 and A333_TRENT7 (A330) are compared to show the strong effects of the landing gear.

SpektralvergleichSpectral comparison

[0188] Eine massgebliche Eigenschaft eines Modells für dreidimensionale Richtcharakteristiken nach der vorliegenden Erfindung ist die Spektralauflösung In Dritteloktavbändern. Weiterhin werden das Quellenmodell und somit die Spektren in Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm getrennt Aufgrund der Dominanz von Triebwerkslärm bei Abflügen können Spektren für den Endanflug des A320 prognostiziert werden, um das Zusammenspiel von Triebwerks- und Flugzeugzellenlärm mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Flugbedingungen aufzuzeigen: Leerlaufleistung (N1 = 30 %) bei Ma = 0,26 gegenüber N1 = 50 % bei einer Endanflugsgeschwindigkeit von Ma = 0,21. Alle für die Prognose mit dem vollständigen Modell verwendeten Flugparameter sind in untenstehender Tabelle 3 aufgeführt. Gleichzeitig kann der empirische Datensatz, der ebenfalls für eine Anpassung des Modells verwendet wird, mit einer gewissen Toleranz der Parameter nach denselben Flugbedingungen gefiltert werden. Für jede Datenklasse kann das arithmetische Mittel Lwbestimmt werden, um zu prüfen, wie genau das Regressionsmodell die Eingabedaten reproduzieren kann. A decisive property of a model for three-dimensional directional characteristics according to the present invention is the spectral resolution in third-octave bands. Furthermore, the source model and thus the spectra are separated into airframe and engine noise.Due to the dominance of engine noise during departures, spectra for the final approach of the A320 can be predicted in order to show the interaction of engine and airframe noise with the help of two different flight conditions: Idle power (N1 = 30%) at Ma = 0.26 compared to N1 = 50% at a final approach speed of Ma = 0.21. All flight parameters used for the forecast with the complete model are listed in Table 3 below. At the same time, the empirical data set, which is also used to adapt the model, can be filtered for the same flight conditions with a certain tolerance of the parameters. For each class of data, the arithmetic mean Lw can be determined to test how accurately the regression model can reproduce the input data.

Tabelle 3: Parametereinstellungen für die Prognose von Endanflügen und Toleranzen der Messdaten.Table 3: Parameter settings for the forecast of final approaches and tolerances of the measurement data.

[0189] θ [°] 130 ±5 φ [°] 0 ± 90 N1 [%] 30,50 ±5 Ma [-] 0.26,0.21 ± 0.02 p [kg/m<3>] 1.12, 1.15 -/- Flaps / Gears / SB 4/1/0 -/-[0189] θ [°] 130 ± 5 φ [°] 0 ± 90 N1 [%] 30.50 ± 5 Ma [-] 0.26,0.21 ± 0.02 p [kg / m <3>] 1.12, 1.15 - / - Flaps / Gears / SB 4/1/0 - / -

RichtwirkungsvergleichDirectivity comparison

[0190] Für den Vergleich der Richtwirkung mit gemessenen Daten können typische Parametereinstellungen für einen Start gewählt werden, da die Richtwirkung bei hoher Triebwerkleistung am ausgeprägtesten ist. Analog zu der Beschreibung im nachstehenden Abschnitt kann der Regressionsdatensatz innerhalb von Toleranzbereichen der prognostizierten Mittelwerte (siehe untenstehende Tabelle 4) gefiltert werden, um eine Reproduzierbarkeit eines Modells nach der vorliegenden Erfindung zu überprüfen. To compare the directivity with measured data, typical parameter settings can be selected for a take-off, since the directivity is most pronounced at high engine power. Analogous to the description in the section below, the regression data set can be filtered within tolerance ranges of the predicted mean values (see Table 4 below) in order to check the reproducibility of a model according to the present invention.

[0191] Als erstes wird die Richtwirkung in Längsrichtung des vollständigen Modells (3D, siehe obenstehende Gleichung (32)) für vier beispielhafte Frequenzen gezeigt. Als zweites ist der integrierte Lw über alle Frequenzen für drei Leistungseinstellungen: einer Hochleistungseinstellung bei 93 %, einer mittleren Leistungseinstellung bei 90 % und einer niedrigen Leistungseinstellung nahe Leistungsdrosselung (87 %) abgebildet. Zusätzlich wird der Einfluss des reduzierten Modells (2D, siehe obenstehende Gleichung (36)) gezeigt. First, the directivity in the longitudinal direction of the complete model (3D, see equation (32) above) is shown for four exemplary frequencies. Second, the integrated Lw is shown over all frequencies for three power settings: a high power setting at 93%, a medium power setting at 90% and a low power setting close to power throttling (87%). In addition, the influence of the reduced model (2D, see equation (36) above) is shown.

Tabelle 4: Parametereinstellungen für die Prognose von Abflügen und Toleranzen der Messdaten.Table 4: Parameter settings for the forecast of departures and tolerances of the measurement data.

[0192] θ [°] 90, 130 ±5 φ[°] 0, 50 ±5 N1 [%] 87,90,93 ± 1 Ma [-] 0.24 ±0.02 p [kg/m<3>] 1.15 ±0.02 Flaps / Gears / SB 2/0/0 -/-Θ [°] 90, 130 ± 5 φ [°] 0.50 ± 5 N1 [%] 87.90.93 ± 1 Ma [-] 0.24 ± 0.02 p [kg / m 3] 1.15 ± 0.02 Flaps / Gears / SB 2/0/0 - / -

Simulation tatsächlicher LandeanflugssituationenSimulation of actual approach situations

[0193] Als letztes wird eine beispielhafte Landeanflugssituation für einen Empfänger unterhalb des Gleitwegs in einer Entfernung von 15 km von der Landeschwelle 34 des beispielhaften Flughafens, d. h. Flughafen Zürich, gezeigt. In dieser Situation liegt der Azimutwinkel φ unterhalb 5°, und das Flugzeug fliegt in einer Höhe von etwa 600 m über den Empfänger. Ähnliche Situationen können für den Flugzeugtyp A320 sowie den Flugzeugtyp A330 ausgewählt werden, um den Einfluss des ausgefahrenen Fahrwerks während des Überflugs zu zeigen. Finally, an exemplary landing approach situation for a receiver below the glideslope at a distance of 15 km from the landing threshold 34 of the exemplary airport, i. H. Zurich Airport, shown. In this situation the azimuth angle φ is below 5 ° and the aircraft flies at an altitude of about 600 m above the receiver. Similar situations can be selected for the aircraft type A320 as well as the aircraft type A330 in order to show the influence of the extended landing gear during the overflight.

[0194] Das Pegel-Zeit-Protokoll (LAS) des vollständigen 3D-Modells nach der vorliegenden Erfindung (aww über Gleichung (33)) und das reduzierte 3D-Modell (ohne Konfiguration, siehe obenstehende Gleichung (35)) werden mit der Messung verglichen. Zusätzlich werden die simulierten Flüge als unbewertete Spektrogramme mit der Änderung des Schalldruckpegels in Dritteloktavbändern über Zeit genauso dargestellt, wie ein hochentwickelter Pegelmesser sie messen würde. The level-time protocol (LAS) of the full 3D model according to the present invention (aww via equation (33)) and the reduced 3D model (without configuration, see equation (35) above) are used with the measurement compared. In addition, the simulated flights are displayed as unweighted spectrograms with the change in sound pressure level in third-octave bands over time, just as a sophisticated level meter would measure them.

Ergebnisse-SpektralvergleichResults-spectral comparison

[0195] Fig. 20 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A320 mit vollständig angestellten Klappen und ausgefahrenem Fahrwerk bei θ = 130° darstellen. Phase 1 (links) bei Leerlaufleistung und Ma = 0,26 gegenüber Phase 2 (rechts) mit N1 = 55 % und Ma = 0,21. Jedes Gesamtspektrum wird in prognostizierte Beiträge von Flugzeugzelle (strichpunktiert, blau) und Triebwerken (gestrichelt, magenta) aufgeteilt. Somit werden in Figur 20 zwei Spektren des Flugzeugtyps A320 im Endanflug mit ausgefahrenem Fahrwerk mit dem Gesamtpegel und ihren jeweiligen Beiträgen durch Lärm von Flugzeugzelle (strichpunktiert, blau) und Triebwerk (gestrichelt, magenta) abgebildet. In der ersten Phase (links) sind die Triebwerke im Leerlauf und die Machzahl beträgt 0,26. In diesem Fall deutet das Modell darauf hin, dass das gesamte Spektrum von Flugzeugzellenlärm dominiert wird. In der Tat ist es aufgrund der Modellentwicklung auf Basis von Messungen des Gesamtflugzeugs unvermeidlich, dass das Flugzeugzellenmodell den Leerlauf der Triebwerke noch umfasst. In der zweiten Phase (rechts) hat das Flugzeug die Landegeschwindigkeit erreicht, und die Triebwerke werden mit 55 % betrieben, um den Gleitweg beizubehalten. Somit prognostiziert das Triebwerkmodell Ma = 0,21 ein Spektrum, das aufgrund des erhöhten Düsen-Breitbandlärms geringfügig unterhalb von 160 Hz und aufgrund des erhöhten Fan-Breitbandlärms oberhalb 2 kHz dominiert. Das Flugzeugzellenspektrum dominiert nach wie vor die Mittelfrequenzen, wobei der Pegel im Vergleich zu Phase 1 aufgrund der niedrigeren Machzahl um 4 dB verringert ist. 20 shows two diagrams which represent exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A320 with completely opened flaps and extended landing gear at θ = 130 °. Phase 1 (left) with idle power and Ma = 0.26 compared to phase 2 (right) with N1 = 55% and Ma = 0.21. Each total spectrum is divided into forecast contributions from the airframe (dash-dotted, blue) and engines (dashed, magenta). Thus, in Figure 20, two spectra of the aircraft type A320 on the final approach with the landing gear extended with the total level and their respective contributions from noise from the airframe (dash-dotted, blue) and engine (dashed, magenta) are shown. In the first phase (left) the engines are idling and the Mach number is 0.26. In this case, the model suggests that the full spectrum of airframe noise is dominated. Indeed, due to the development of the model based on measurements of the entire aircraft, it is inevitable that the airframe model still includes the idling of the engines. In the second phase (right) the aircraft has reached landing speed and the engines are running at 55% to maintain the glide slope. The engine model Ma = 0.21 thus predicts a spectrum that dominates slightly below 160 Hz due to the increased nozzle broadband noise and above 2 kHz due to the increased fan broadband noise. The airframe spectrum still dominates the medium frequencies, with the level being reduced by 4 dB compared to phase 1 due to the lower Mach number.

[0196] Die empirischen Mittelwerte zeigen eine gute Übereinstimmung mit beiden Phasen. Abweichungen bei Frequenzen unterhalb von 100 Hz und oberhalb von 3 kHz können durch eine höhere Unsicherheit der Messungen aufgrund der Backpropagation mit hoher Luftabsorption erklärt werden. Insbesondere für Frequenzen zwischen 125 Hz und 3 kHz, das für A-bewertete Pegel am Empfänger ausschlaggebende Intervall, liegen die Abweichungen jedoch unterhalb von 1,1 dB. The empirical mean values show good agreement with both phases. Deviations at frequencies below 100 Hz and above 3 kHz can be explained by a higher uncertainty of the measurements due to the back propagation with high air absorption. In particular for frequencies between 125 Hz and 3 kHz, the interval that is decisive for A-weighted levels at the receiver, the deviations are, however, below 1.1 dB.

Ergebnisse-RichtwirkungsvergleichResults-directivity comparison

[0197] Fig. 21 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektral-Richtcharakteristiken für einen Abflug mit niedriger Leistungseinstellung (N1 = 87 %)darstellen. Die Richtwirkung in Längsrichtung gegen Polarwinkel θ (links) und für φ = 130° und die entsprechende Richtwirkung in Querrichtung gegen Azimutwinkel φ (rechts) sind abgebildet. Bei einem typischen Abflug ergibt sich der Gesamt-Lw in erster Linie aus dem Triebwerkslärm. Wie erwartet Ist das 125 Hz-Band im hinteren Bereich deutlich ausgeprägt und weist um 140° eine Spitze auf, was dem typischen Verhalten von Düsenlärm wie In Fig. 21 gezeigt entspricht. Bei höheren Frequenzbändern verschiebt sich der Höchstpegel auf 90° und ändert seine Form. Insbesondere für 2 kHz ändert sich die Form vollständig und erreicht bei 40° die Spitze. Es wird angenommen, dass es der Fanlärm ist, der den vorderen Bereich dominiert. Das vollständige Modell reproduziert die gemessenen Daten genau mit Abweichungen von überwiegend unterhalb 2 dB. Diese Abweichungen liegen innerhalb der Standardabweichung der Messung, die abhängig von Frequenz und θ zwischen 1,6 dB und 3 dB schwankt. 21 shows two diagrams which illustrate exemplary spectral directional characteristics for a departure with a low power setting (N1 = 87%). The directivity in the longitudinal direction against the polar angle θ (left) and for φ = 130 ° and the corresponding directivity in the transverse direction against the azimuth angle φ (right) are shown. During a typical take-off, the total air weight is primarily a result of the engine noise. As expected, the 125 Hz band is clearly pronounced in the rear area and has a peak around 140 °, which corresponds to the typical behavior of nozzle noise as shown in FIG. At higher frequency bands, the maximum level shifts to 90 ° and changes its shape. In particular for 2 kHz the shape changes completely and reaches the peak at 40 °. It is believed that it is fan noise that dominates the front area. The complete model reproduces the measured data exactly with deviations of mostly below 2 dB. These deviations are within the standard deviation of the measurement, which varies between 1.6 dB and 3 dB depending on the frequency and θ.

[0198] In Fig. 21 wird auf der rechten Seite die Richtwirkung in Querrichtung für θ = 130° gezeigt. Die Richtwirkung in Querrichtung ist bei Frequenzen oberhalb 125 Hz stärker ausgeprägt, da nur Frequenzen mit kurzen Wellenlängen an den Flügelflächen reflektiert werden. Höchstpegel für höhere Frequenzbänder, die den Pegel bei 0° um etwa 2 dB überschreiten, treten bei Azimutwinkeln von etwa 30° bis 60° auf. Das Modell prognostiziert die gemessenen Werte genau mit Abweichungen für φ ≤ 60° unterhalb 2 dB, während Lwfür φ > 60° überschätzt wird. Diese Winkel sind jedoch für Lärmberechnungen weniger wichtig, da sie ausschliesslich in weit entfernten seitlichen Bereichen beitragen. In FIG. 21, the directivity in the transverse direction for θ = 130 ° is shown on the right-hand side. The directional effect in the transverse direction is more pronounced at frequencies above 125 Hz, since only frequencies with short wavelengths are reflected on the wing surfaces. Maximum levels for higher frequency bands that exceed the level at 0 ° by about 2 dB occur at azimuth angles of about 30 ° to 60 °. The model predicts the measured values precisely with deviations for φ ≤ 60 ° below 2 dB, while Lw for φ> 60 ° is overestimated. However, these angles are less important for noise calculations, as they only contribute in distant lateral areas.

[0199] Fig. 22 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Richtwirkung in Längsrichtung des Gesamt-Lwfür drei verschiedene Start-Leistungseinstellungen des Flugzeugtyps A320 darstellen: unterhalb des Flugzeugs bei φ = 0° (links) und seitlich bei φ = 50° (rechts). In Fig. 22 werden integrierte, unbewertete Lwfür φ = 0° (links) und φ = 50° (rechts) dargestellt. Für relevante Polarwinkel von 60° bis 120° prognostiziert ein 3D-Modell nach der vorliegenden Erfindung die gemessenen Daten gut mit Abweichungen unterhalb von 1 dB. Für Polarwinkel ausserhalb dieses Umfangs sind die Abweichungen für beide Modelle, insbesondere für φ = 0°. jedoch grösser. Das 2D-Modell zeigt geringfügig grössere Abweichungen auf der linken Seite, die für φ = 50° auf der rechten Seite erheblich grösser werden. 22 shows two diagrams which illustrate an exemplary directivity in the longitudinal direction of the overall Lw for three different take-off power settings of the aircraft type A320: below the aircraft at φ = 0 ° (left) and to the side at φ = 50 ° (right ). In Fig. 22, integrated, unweighted Lw for φ = 0 ° (left) and φ = 50 ° (right) are shown. For relevant polar angles from 60 ° to 120 °, a 3D model according to the present invention predicts the measured data well with deviations of less than 1 dB. For polar angles outside this range, the deviations are for both models, especially for φ = 0 °. but bigger. The 2D model shows slightly larger deviations on the left side, which become considerably larger for φ = 50 ° on the right side.

[0200] Fig. 23 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Richtwirkung in Querrichtung des Gesamt-Lwfür drei verschiedene Start-Leistungseinstellungen des Flugzeugtyps A320 darstellen: senkrecht bei θ = 90° (links) und nach hinten θ = 130° (rechts). Ähnliche Ergebnisse wie die obenstehend bezugnehmend auf Fig. 22 beschriebenen sind für die in Figur 23 für θ = 90° (links) dargestellte Richtwirkung in Querrichtung erkennbar. Es ergibt sich, dass die mit einem 2D-Modell prognostizierten Pegel die Pegel direkt unterhalb der Bahnkurve systematisch überschätzen und die Pegel für Lateralpositionen mit φ zwischen 20° und 60° unterschätzen würden. Im Gegensatz dazu können für θ = 130° in Figur 23 (rechts) die Abweichungen der 2D- und 3D-Modelle wenigstens für φ < 60° vernachlässigt werden. Jeder 3 %-Schritt von N1 führt zu einer Erhöhung des Gesamt-Lwum näherungsweise 1 dB für θ = 90° und näherungsweise 2 dB für 0 = 130°, was von beiden Modellen gut reproduziert wird. 23 shows two diagrams which illustrate an exemplary directivity in the transverse direction of the overall Lw for three different take-off power settings of the A320 aircraft type: perpendicular at θ = 90 ° (left) and rearward θ = 130 ° (right). Results similar to those described above with reference to FIG. 22 can be seen for the transverse directional effect shown in FIG. 23 for θ = 90 ° (left). It turns out that the levels predicted with a 2D model would systematically overestimate the levels directly below the trajectory and underestimate the levels for lateral positions with φ between 20 ° and 60 °. In contrast to this, for θ = 130 ° in FIG. 23 (right) the deviations of the 2D and 3D models can be neglected at least for φ <60 °. Every 3% step of N1 leads to an increase in the total Lwum of approximately 1 dB for θ = 90 ° and approximately 2 dB for 0 = 130 °, which is well reproduced by both models.

Simulation tatsächlicher LandeanflugssituationenSimulation of actual approach situations

[0201] Fig. 24 zeigt sechs Diagramme, die zwei Landeanflüge in Leerlaufeinstellung und mit ausgefahrenem Fahrwerk (strichgepunktete senkrechte Linien) und Hochauftriebselementen an einem Empfänger etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen. Flugparameter der Flugschreiberdaten und die prognostizierten und gemessenen LASwerden für die Flugzeugtypen A320 (links) und A330 (rechts) gezeigt. Somit sind zwei Landeanflüge und ihre Flugparameter in Figur 24 abgebildet. Der A320 auf der linken Seite nähert sich mit Leerlaufleistung, Klappenstellung 2 und fährt das Fahrwerk mit einer kurzen Anwendung der Bremsklappen am markierten Punkt aus. Derselbe Ablauf gilt für den A330 (rechts), jedoch ohne Verwendung der Bremsklappen. Die Pegel-Zeit-Protokolle der Messung und das 3D-Modell stimmen im Wesentlichen sehr gut überein. Dies gilt jedoch nicht für das reduzierte Modell (3Dred), bei dem die Konfiguration des Flugzeugs nicht modelliert wird. Nach dem Ausfahren des Fahrwerks ist der Pegel des A320 nur geringfügig niedriger, aber beim A330 Ist der Pegel von 30 s bis 50 s erheblich niedriger und stimmt gut nicht mit der Messung überein. 24 shows six diagrams which exemplify two landing approaches in the idle setting and with the landing gear extended (dash-dotted vertical lines) and high-lift elements on a receiver about 15 km before the landing threshold. Flight parameters of the flight recorder data and the forecast and measured LAS are shown for the aircraft types A320 (left) and A330 (right). Thus, two landing approaches and their flight parameters are shown in FIG. The A320 on the left approaches with idle power, flap position 2 and extends the landing gear with a brief application of the airbrakes at the marked point. The same procedure applies to the A330 (right), but without using the airbrakes. The level-time logs of the measurement and the 3D model essentially agree very well. However, this does not apply to the reduced model (3Dred), in which the configuration of the aircraft is not modeled. After the landing gear is extended, the level of the A320 is only slightly lower, but the level of the A330 is considerably lower from 30 s to 50 s and does not agree well with the measurement.

[0202] Fig. 25 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A320 im Leerlauf etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen. Prognostiziertes (links) gegenüber gemessenem (rechts) Spektrogramm in Dritteloktavbändern von 25 Hz bis 5 kHz an einem Empfänger. Das vorgestellte Modell stellt viele Details für einen einzelnen Überflug, vergleichbar mit einer realen Messung, bereit. Figur 7 zeigt die simulierten (vollständiges Modell, links) und gemessenen (rechts) Spektrogramme desselben Ereignisses wie in Figur 24 links. Der Schalldruckpegel über Zeit zeigt eine sehr gute Übereinstimmung, wobei Niedrigfrequenzen im hinteren Bereich (A) überschätzt werden. Die Luftabsorption von Hochfrequenzbändern (B) und der Bodeneffekt (C) sind deutlich sichtbar und korrelieren mit den Messungen. Das Ausfahren des Fahrwerks an (D) zeigt eine leichte Erhöhung des Pegels für Frequenzen unterhalb von 100 Hz in der Simulation wie auch der Messung. Ein spezifischer Hohlraumton des A320, der bei 800 Hz auftritt und aufgrund der Doppler-Verschiebung auf 400 Hz abfällt, wird gut reproduziert, obwohl er während der ersten 15 s über zwei Frequenzbänder verwischt (E). FIG. 25 shows two diagrams which show exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A320 idling about 15 km before the landing threshold. Predicted (left) versus measured (right) spectrogram in third-octave bands from 25 Hz to 5 kHz on a receiver. The model presented provides many details for a single overflight, comparable to a real measurement. FIG. 7 shows the simulated (complete model, left) and measured (right) spectrograms of the same event as in FIG. 24 left. The sound pressure level over time shows very good agreement, with low frequencies in the rear area (A) being overestimated. The air absorption of high frequency bands (B) and the ground effect (C) are clearly visible and correlate with the measurements. The extension of the landing gear at (D) shows a slight increase in the level for frequencies below 100 Hz in the simulation as well as the measurement. A specific cavity tone of the A320, which occurs at 800 Hz and falls to 400 Hz due to the Doppler shift, is reproduced well, although it blurs over two frequency bands during the first 15 s (E).

[0203] Fig. 26 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Spektren eines Landeanflugs eines Flugzeugs vom Typ A330 im Leerlauf etwa 15 km vor der Landeschwelle beispielhaft darstellen. Prognostiziertes (links) gegenüber gemessenem (rechts) Spektrogramm in Dritteloktavbändern von 25 Hz bis 5 kHz an einem Empfänger. Auf dieselbe Weise wie in Fig. 26 zeigt Fig. 26 den Landeanflug des A330 wie in Figur 24 rechts gezeigt. Wiederum ist eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation (links) und Messung (rechts) mit einer leichten Überschätzung an (A) zu finden. Die Ausbreitungseffekte (B, C) korrelieren mit der Messung. Die Auswirkung des ausgefahrenen Fahrwerks an (D) ist über den gesamten Frequenzbereich auffallend und zeigt, wie wichtig es ist, Konfigurationsparameter in das Flugzeugzellenmodell einzuschliessen. 26 shows two diagrams which exemplarily show exemplary spectra of a landing approach of an aircraft of the type A330 idling about 15 km before the landing threshold. Predicted (left) versus measured (right) spectrogram in third-octave bands from 25 Hz to 5 kHz on a receiver. In the same way as in FIG. 26, FIG. 26 shows the landing approach of the A330 as shown on the right in FIG. Again, there is good agreement between simulation (left) and measurement (right) with a slight overestimation at (A). The propagation effects (B, C) correlate with the measurement. The effect of landing gear extended at (D) is striking across the frequency range and shows the importance of including configuration parameters in the airframe model.

[0204] In der Folge stimmen alle Vergleiche der Flugbedingungen, namentlich Abflug, Landeanflug und Endanflug, sehr gut mit den gemessenen Daten überein. Zusätzlich ergab sich, dass das Reduzieren des Modells auf eine 2D-Richtwirkung oder Vernachlässigen der Konfiguration zwar die Genauigkeit beeinträchtigen, aber dennoch realisierbare Optionen darstellen, wenn diese Daten nicht vorliegen, um ein Modell nach der vorliegenden Erfindung zu erstellen. As a result, all comparisons of the flight conditions, namely take-off, landing approach and final approach, agree very well with the measured data. In addition, it was found that reducing the model to a 2D directivity or neglecting the configuration, although adversely affecting the accuracy, nevertheless represent feasible options if this data is not available in order to create a model according to the present invention.

Einfluss der atmosphärischen Schichtung auf die SchallausbreitungvonEinzelflügenInfluence of the atmospheric stratification on the sound propagation of single flights

[0205] Schallausbreitung durch die Atmosphäre wird durch lokale Bedingungen von Temperatur, Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit beeinflusst. Bei Fluglärm ist der vorherrschende Witterungseffekt auf die Schallausbreitung Dissipation. Effekte zweiter Ordnung schliessen durch Turbulenzen verursachte Pegelschwankungen und In seltenen Fällen bei Schallwegen in Bodennähe die Entstehung von Schallschattenzonen und Einflüssen auf Barrierewirkungen als Folge von Temperatur und Windgradienten mit Höhengefälle ein. Sound propagation through the atmosphere is influenced by local conditions of temperature, humidity and wind speed. In the case of aircraft noise, the prevailing weather effect on sound propagation is dissipation. Second-order effects include level fluctuations caused by turbulence and, in rare cases, in sound paths close to the ground, the creation of acoustic shadow zones and influences on barrier effects as a result of temperature and wind gradients with height gradients.

[0206] Ein Element eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist die Trennung zwischen Quellenmodell und Ausbreitungsmodell. Das Quellenmodell basiert auf einem halbempirischen Ansatz und berücksichtigt Flugzeugzellen- und Triebwerkslärm unterschiedlicher Flugbedingungen. Das Schallausbreitungsmodell sonX wird an die spezifischen Probleme der Fluglärmberechnung adaptiert. Neben der detaillierten Ausbreitung werden auch Berechnungen für die Prognose von Einzelflügen verwendet, um am Empfänger gemessene Daten umgekehrt auf die Quelle umzuformen. Hierbei ist insbesondere die exakte Reproduktion der Atmosphäre ausschlaggebend. Ein differenziertes Ausbreitungsmodell erfordert zudem eine grössere Detailtiefe und höhere Qualität der Eingabedaten. Geeignete Daten des vertikalen Atmosphärenprofils können aus unterschiedlichen Quellen bezogen werden: Von Wetterballons oder aus vom Flugzeug selbst vorgenommenen Messungen. Aus Simulationsergebnissen numerischer Wettervorhersagemodelle wie COSMO für viele europäische Länder. Basierend auf Messungen von Bodenstationen in Kombination mit idealisierten Profilen.One element of a method according to the present invention is the separation between the source model and the propagation model. The source model is based on a semi-empirical approach and takes into account airframe and engine noise of different flight conditions. The sonX sound propagation model is adapted to the specific problems of aircraft noise calculation. In addition to the detailed propagation, calculations are also used to forecast individual flights in order to convert data measured at the receiver back to the source. The exact reproduction of the atmosphere is particularly important here. A differentiated dispersion model also requires a greater depth of detail and higher quality of the input data. Appropriate vertical atmospheric profile data can be obtained from various sources: From weather balloons or from measurements made by the aircraft itself. From simulation results of numerical weather forecast models such as COSMO for many European countries. Based on measurements from ground stations in combination with idealized profiles.

[0207] Nach der vorliegenden Erfindung werden Wetterdaten aus den drei unterschiedlichen Quellen vorgestellt und verglichen, um ihre Auswirkung auf die sich ergebende Schallabschwächung bei unterschiedlichen Quelle-Empfänger-Geometrien zu ermessen. Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, um idealisierte Profile aus den Wetterdaten von Bodenstationen abzuleiten. Basierend auf diesen Ergebnissen wird der Nutzen einer detaillierten Modellierung der Atmosphäre im Vergleich zu der Annahme einer homogenen Atmosphäre erörtert. According to the present invention, weather data from the three different sources are presented and compared in order to measure their effect on the resulting sound attenuation with different source-receiver geometries. A method according to the present invention is described for deriving idealized profiles from the weather data from ground stations. Based on these results, the benefit of a detailed modeling of the atmosphere compared to the assumption of a homogeneous atmosphere is discussed.

AusbreitungsmodellDispersion model

[0208] Alle Ausbreitungsberechnungen nach der vorliegenden Erfindung können durch das Modell sonX vorgenommen werden. Die Berechnung von einer punktförmigen Quelle zu einem Empfänger wird in zwei Schritten vollzogen. Zuerst wird die Direktschallausbreitung für eine einheitliche Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen gemäss untenstehender Gleichung (37) berechnet. Diese berücksichtigt die geometrische Abweichung (Adiv) und atmosphärische Dissipation (Aatm,f) in Abhängigkeit von der Frequenz f gemäss ISO 9613-1. Das Modell berücksichtigt zudem Barriere- und Bodeneffekte (Agr/bar,f) sowie Bewuchsdämpfung (Afol,f), die bei der Betrachtung nach der vorliegenden Erfindung vernachlässigbar sind. ABasic,f= Adiv+ Aatm,f+ Agr/bar,f+ Afol,f(37) All the propagation calculations according to the present invention can be carried out by the sonX model. The calculation from a point source to a receiver is carried out in two steps. First, the direct sound propagation for a uniform atmosphere with averaged conditions is calculated according to equation (37) below. This takes into account the geometric deviation (Adiv) and atmospheric dissipation (Aatm, f) depending on the frequency f according to ISO 9613-1. The model also takes into account barrier and soil effects (Agr / bar, f) as well as damping of vegetation (Afol, f), which are negligible when considered according to the present invention. ABasic, f = Adiv + Aatm, f + Agr / bar, f + Afol, f (37)

[0209] Dann werden zusätzliche Witterungseffekte wie atmosphärische Dissipation (Aatm,Meteo) aufgrund lokaler Temperatur und Feuchtigkeitsbedingungen durch untenstehende Gleichung (38) berechnet. Die Abschwächungen werden als Pegelunterschiede im Vergleich zu den grundlegenden Abschwächungen von Gleichung (37) berichtet. Zusätzlich werden Änderungen von Schirmwirkungen und die Entstehung von Schallschattenzonen aufgrund von Temperatur und Windgradienten (Dmet) unter Verwendung eines Strahlnachverfolgungsatgorithmus berechnet Diese Effekte sind für die momentane Analyse nicht relevant. AMeteo= (Aatm,Meteo- Aalm,Basic) + (Afol,Meteo-Afol,Basic) - Dmet(38) Then additional weather effects such as atmospheric dissipation (Aatm, Meteo) due to local temperature and humidity conditions are calculated by equation (38) below. The attenuations are reported as level differences compared to the basic attenuations of equation (37). In addition, changes in screen effects and the formation of acoustic shadow zones due to temperature and wind gradients (Dmet) are calculated using a ray tracking algorithm. These effects are not relevant for the current analysis. AMeteo = (Aatm, Meteo- Aalm, Basic) + (Afol, Meteo-Afol, Basic) - Dmet (38)

[0210] Informationen über das vertikale Profil der Atmosphäre können als individuelle Profile (d. h. aus Vorhersagemodellen oder Flugaufzeichnungsdaten) oder als idealisierte Profile (vgl. Abschnitt 2.3) geliefert werden. Für Letzteres wurde ein Klassifizierungsschema eingeführt (siehe untenstehende Tabelle 5). Die Klassifizierung wird auf die drei Hauptklassen instabil (U), neutral (N) und stabil (S) reduziert. Je nach Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe und der momentanen Strahlungsbilanz kann eine entsprechende Klasse für jede spezifische atmosphärische Bedingung bestimmt werden. Information about the vertical profile of the atmosphere can be provided as individual profiles (i.e. from forecast models or flight record data) or as idealized profiles (see Section 2.3). A classification scheme has been introduced for the latter (see Table 5 below). The classification is reduced to the three main classes unstable (U), neutral (N) and stable (S). Depending on the wind speed at a height of 10 m and the current radiation balance, a corresponding class can be determined for each specific atmospheric condition.

Tabelle 5: Klassifizierungsschema für unterschiedliche Wetterbedingungen.Table 5: Classification scheme for different weather conditions.

[0211] 0-1 0.0 U0 N0 S0 1-2 1.5 U1 N1 S1 2-3 2.5 U2 N2 S2 3-5 4.0 U3 N3 S3 >5 6.0 U4 N4 S40-1 0.0 U0 N0 S0 1-2 1.5 U1 N1 S1 2-3 2.5 U2 N2 S2 3-5 4.0 U3 N3 S3> 5 6.0 U4 N4 S4

Strahlungsbilanz und Entwicklung Idealisierter ProfileRadiation balance and development of idealized profiles

[0212] Die Messung der Strahlungsbilanz ist möglich, aber nicht In jedem Fall verfügbar, da mehrere Sensoren notwendig sind. Beispielsweise ist in der Schweiz üblicherweise nur die kurzwellige eingehende Strahlung verfügbar, die mit einem Pyranometer gemessen wird. Somit folgt die Bestimmung der Strahlungsbilanz der VDI-Norm 3789 Teil 2. In Bezug auf einen horizontalen Bereich ist die Strahlungsbilanz die Summe der solaren Kurzwellenstrahlung und terrestrischen Langwellenstrahlung, siehe Gleichung (39). Die solare Kurzwellenstrahlung ist der Unterschied zwischen der Globalstrahlung (G) und ihrer Reflexion (R), die von dem Kurzwellen-Albedo der Erdoberfläche abhängig ist. Die ausgesendete Wärmestrahlung (E) der Erde kann für natürliche Bodenoberflächen als ein Schwarzkörper, der Energie mit der vierten Potenz der Oberflächentemperatur abstrahlt, vereinfacht werden. Atmosphärische Gase und Wolken reflektieren an die Erde (A) zurück. Q = (G - R) + (A - E) (39) The measurement of the radiation balance is possible, but not available in every case, since several sensors are necessary. In Switzerland, for example, only the short-wave incoming radiation that is measured with a pyranometer is usually available. The determination of the radiation balance follows VDI Standard 3789 Part 2. With regard to a horizontal area, the radiation balance is the sum of the solar short-wave radiation and terrestrial long-wave radiation, see equation (39). The solar shortwave radiation is the difference between the global radiation (G) and its reflection (R), which depends on the shortwave albedo of the earth's surface. The emitted heat radiation (E) of the earth can be simplified for natural soil surfaces as a black body that radiates energy with the fourth power of the surface temperature. Atmospheric gases and clouds reflect back to the earth (A). Q = (G - R) + (A - E) (39)

[0213] Fig. 27 zeigt zwei Diagramme, die eine beispielhafte Strahlungsbilanz für einen beispielhaften Tag im September 2013 am Flughafen Zürich (oben) darstellen. In Kombination mit der Windgeschwindigkeit geben die Wetterkategorien die unterschiedlichen Bedingungen während der Tageszeit wieder (unten). Die Strahlungsbilanz kann für jeden Tag der akustischen Messungen berechnet werden, um Quellendaten zu sammeln (Fig. 27, oben). Wetterdaten auf Stationshöhe (Station KLO am Flughafen Zürich, 426 m über Normalnull) wurden in Zehn-Minuten-Auflösung als Eingabe für die Strahlungsbilanz verwendet. Die Bewölkung N in Achteln Ist ein visuell erfasster Parameter in einer Auflösung von einer Stunde, deshalb wurde er mit einem stückweisen kubisch hermitischen Interpolationspolynom interpoliert, um eine glatte Kurve für die Gegenstrahlung zu gewährleisten. Mittels der Strahlungsbilanz und der Windgeschwindigkeit wurde das Klassifizierungsschema aus der obenstehenden Tabelle 5 wie in Fig. 27 (unten) umgesetzt. 27 shows two diagrams which represent an exemplary radiation balance for an exemplary day in September 2013 at Zurich Airport (above). In combination with the wind speed, the weather categories reflect the different conditions during the time of day (below). The radiation budget can be calculated for each day of the acoustic measurements in order to collect source data (Fig. 27, top). Weather data at station height (KLO station at Zurich Airport, 426 m above sea level) were used in ten-minute resolution as input for the radiation balance. The cloudiness N in eighths is a visually recorded parameter with a resolution of one hour, therefore it was interpolated with a piecewise cubic Hermitian interpolation polynomial in order to ensure a smooth curve for the counter radiation. Using the radiation balance and the wind speed, the classification scheme from Table 5 above was implemented as in FIG. 27 (bottom).

[0214] Für jede Klasse in Tabelle 5 wurden vordefinierte Lin-Log-Profile für Temperatur, Wind und Feuchtigkeit berechnet, die idealisierte Profile für die Wetterkategorie und unterschiedliche Bodentypen wiedergeben. Für die Anwendung unter spezifischen Bedingungen wurden die Profile in Richtung der aktuellen Temperatur und Feuchtigkeit am Boden verschoben. Die hierin verwendeten Wetterdaten wiesen Referenzhöhen von 2 Metern für Temperatur und Feuchtigkeit und 6 Metern für die Windgeschwindigkeit auf. Die Profile zeigen erhebliche Schwankungen in Bodennähe. Bei grösseren Höhen (mehr 100 m) weisen sie jedoch ein einheitliches Verhalten mit konstanter Windgeschwindigkeit und -richtung und ein adiabatisches Temperaturgefälle von 9,8 K/km für ungesättigte Luft bzw. 6,5 K/km für gesättigte Luft auf. Die absolute Feuchtigkeit wird als unverändert angenommen, und somit erhöht sich die relative Feuchtigkeit mit der Höhe bis zu einem Höchstwert von 100 %. For each class in Table 5, predefined Lin-Log profiles for temperature, wind and humidity were calculated, which reflect idealized profiles for the weather category and different soil types. For use under specific conditions, the profiles have been shifted in the direction of the current temperature and humidity on the ground. The weather data used herein had reference heights of 2 meters for temperature and humidity and 6 meters for wind speed. The profiles show considerable fluctuations near the ground. At higher altitudes (more than 100 m), however, they show a uniform behavior with constant wind speed and direction and an adiabatic temperature gradient of 9.8 K / km for unsaturated air and 6.5 K / km for saturated air. The absolute humidity is assumed to be unchanged, and thus the relative humidity increases with altitude up to a maximum value of 100%.

ProfildatenProfile data

[0215] Fig. 28 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte Temperatur-, Wind- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag im September 2013 um 9.00 Uhr vormittags am Flughafen Zürich darstellen. Das Beispiel zeigt idealisierte Profile (blaue durchgezogene Linie) in hoher Divergenz zu Profilen aus dem numerischen Modell COSMO-2 (magentafarbene gestrichelte Linie) und Flugschreiberdaten (rote strichpunktierte Linie). Die gestrichelte schwarze Linie steht für eine homogene Atmosphäre mit auf Stationshöhe gemessenen Werten. Beispielhafte Studien, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, schliessen Flugdatenaufzeichnungen (Flugdatenschreiber) von 223 Abflügen am Flughafen Zürich ein, die von Swiss International Airlines bereitgestellt wurden. Aus diesen Daten wurden Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit und -richtung aufbereitet, um Senkrechtprofile wie in Fig. 28 zu erzeugen. Bei einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird, wie obenstehend ausgeführt, der Flugdatenschreiber in Kombination mit den akustischen Messungen weiter aufbereitet, um das Schallemissionsmodell in Funktion der Flugkonfiguration zu entwickeln. 28 shows two diagrams showing exemplary temperature, wind and humidity profiles for an exemplary day in September 2013 at 9:00 a.m. at Zurich Airport. The example shows idealized profiles (blue solid line) in high divergence to profiles from the numerical model COSMO-2 (magenta-colored dashed line) and flight recorder data (red dash-dotted line). The dashed black line stands for a homogeneous atmosphere with values measured at station height. Exemplary studies on which the present invention is based include flight data recordings (flight data recorders) of 223 departures at Zurich Airport, which were provided by Swiss International Airlines. From this data, air temperature and wind speed and direction were processed in order to generate vertical profiles as in FIG. 28. In a method according to the present invention, as stated above, the flight data recorder is further processed in combination with the acoustic measurements in order to develop the acoustic emission model as a function of the flight configuration.

[0216] Alle in diesem Papier betrachteten Daten stammen von Flügen, die innerhalb von vier Wochen zwischen 21. August und 13. September 2013 gemessen wurden. Die meisten Abflüge der A320-Familie fanden zu einer Tageszeit zwischen 9.00 vormittags und 16.00 Uhr nachmittags statt. Obwohl Schwankungen der atmosphärischen Bedingungen somit eingeschränkt sind, variierte die Temperatur dennoch zwischen 12 °C und 28 °C, und die Feuchtigkeit variierte zwischen 20 % und 80 %. Zusätzlich wurden zehn Flüge von A340-300-Flugzeugen und drei anderen Typen zu einer Nachtzeit gegen 23.00 Uhr gemessen, als die Temperatur immer noch zwischen etwa 17 °C und 20 °C lag und die Feuchtigkeit etwa 65 % betrug. All the data considered in this paper come from flights measured within four weeks between August 21 and September 13, 2013. Most A320 Family departures took place between 9:00 a.m. and 4:00 p.m. Although variations in atmospheric conditions are thus limited, the temperature still varied between 12 ° C and 28 ° C and the humidity varied between 20% and 80%. In addition, ten flights by A340-300 aircraft and three other types were measured at a night time around 11 p.m. when the temperature was still between about 17 ° C and 20 ° C and the humidity was about 65%.

[0217] Als Alternative wurden Profildaten des numerischen Wettervorhersagemodells COSMO-2 als Eingabedaten für die Ausbreitungsberechnung verwendet. COSMO ist das „Consortium for Small-Scale Modelling“ der nationalen Wetterdienste in Deutschland, Griechenland, Italien, Polen, Rumänien, Russland und der Schweiz. MeteoSwiss, die die Daten bereitstellten, verwendet das lokale Skalierungsmodell COSMO-2 mit einem Rasterabstand von 2,2 km, das zudem den Alpenbogen (17) elnschliesst. In der Tat integriert das numerische Modell atmosphärische Beobachtungsdaten von Radiosonden, Flugzeug-, Windprofiler- und Oberflächenniveau-Daten. Die bereitgestellten stündlichen Profile schliessen Temperatur, Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit und -richtung für die Oberflächenniveaus 24 bis 60, die Höhen über Grund von etwa 10 m bis 4.900 m entsprechen, ein. As an alternative, profile data from the numerical weather forecast model COSMO-2 were used as input data for the dispersion calculation. COSMO is the “Consortium for Small-Scale Modeling” of the national weather services in Germany, Greece, Italy, Poland, Romania, Russia and Switzerland. MeteoSwiss, which provided the data, uses the local scaling model COSMO-2 with a grid spacing of 2.2 km, which also includes the Alpine arc (17). Indeed, the numerical model integrates atmospheric observation data from radiosondes, aircraft, wind profiler and surface level data. The hourly profiles provided include temperature, humidity, and wind speed and direction for surface levels 24 to 60, which correspond to heights above ground of approximately 10 m to 4,900 m.

[0218] In Fig. 28 werden die vier Profiltypen beispielhaft miteinander verglichen. Für einen Vergleich mit einer homogenen Atmosphäre auf Basis momentaner Bedingungen wurden Wetterdaten am Flughafen Zürich in einer Referenzhöhe von 2 m über die Höhe dargestellt verwendet. Figur 2 zeigt eine instabile Situation um 10.00 Uhr vormittags, für die alle Datenquellen ein ähnliches Muster über den gesamten Höhenbereich bis auf 800 m zeigen. In FIG. 28, the four profile types are compared with one another by way of example. For a comparison with a homogeneous atmosphere on the basis of current conditions, weather data at Zurich Airport were used at a reference height of 2 m above the height. Figure 2 shows an unstable situation at 10:00 a.m. for which all data sources show a similar pattern over the entire altitude range up to 800 m.

[0219] Fig. 29 zeigt drei Diagramme, die beispielhafte Temperatur-, Wind- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag im September 2013 um 10.00 Uhr vormittags am Flughafen Zürich darstellen. Das Beispiel zeigt idealisierte Profile (blaue durchgezogene Linie) in guter Übereinstimmung mit Profilen aus dem numerischen Modell COSMO-2 (magentafarbene gestrichelte Linie) und Flugschreiberdaten (rote strichpunktierte Linie). Die gestrichelte schwarze Linie steht für eine homogene Atmosphäre mit auf Stationshöhe gemessenen Werten. Im Gegensatz zu Fig. 28 bildet Fig. 29 eine Situation ab, bei der die verschiedenen Profile erheblich voneinander abweichen. Bei den COSMO-2- und Flugschreiberprofilen nimmt die Temperatur ansteigender Höhe ab, was auf eine instabile Schichtung hindeutet. Im Gegensatz dazu nimmt das idealisierte Profil bereits einen neutralen Zustand an. Auf dieselbe Weise unterscheiden sich auch die Feuchtigkeitsprofile stark. 29 shows three diagrams showing exemplary temperature, wind and humidity profiles for an exemplary day in September 2013 at 10:00 a.m. at Zurich Airport. The example shows idealized profiles (blue solid line) in good agreement with profiles from the numerical model COSMO-2 (magenta-colored dashed line) and flight recorder data (red dash-dotted line). The dashed black line stands for a homogeneous atmosphere with values measured at station height. In contrast to FIG. 28, FIG. 29 depicts a situation in which the various profiles differ considerably from one another. In the case of the COSMO-2 and flight recorder profiles, the temperature decreases with increasing altitude, which indicates an unstable stratification. In contrast, the idealized profile already assumes a neutral state. In the same way, the moisture profiles also differ greatly.

[0220] Fig. 30 zeigt zwei Diagramme, die beispielhafte ausgewählte Temperatur- und Feuchteprofile für einen beispielhaften Tag im September 2013 zwischen 9.00 Uhr vormittags und 12.00 Uhr mittags am Flughafen Zürich darstellen. Das numerische Modell COSMO-2 (magentafarbene gestrichelte Linie) deutet darauf hin, dass die Schichtung von einer stabilen Grenzschicht in der Nacht zu einer typischerweise instabilen Schicht an einem sonnigen Tag bis zur Mittagszeit andauert. Das Klassifizierungsschema nimmt bereits eine instabile Schichtung (blaue durchgehende Linie) an. Das idealisierte Profil konnte nicht immer den zeitlichen Übergang von einer stabilen Grenzschicht in der Nacht zu einer typischerweise instabilen Schicht an einem sonnigen Tag korrekt reproduzieren. In Figur 4 werden die vertikalen Profile der idealisierten Profile und COSMO-2-Daten für drei unterschiedliche Zeitpunkte des Tages zwischen 9.30 Uhr vormittags und 12.00 Uhr mittags verglichen. An diesem sonnigen Tag (siehe Fig. 27) geht die Sonne bereits um 7.30 Uhr morgens auf, und die Strahlungsbilanz führt bereits zwei Stunden später zu einer instabilen Schichtung, wenn das Klassifizierungsschema angewendet wird. im Gegensatz dazu deuten die Daten von COSMO-2 darauf hin, dass die Änderung der Schichtung auf bis zu 500 m bis zur Mittagszeit anhält und die Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile nur langsam zusammenlaufen. 30 shows two diagrams showing exemplary selected temperature and humidity profiles for an exemplary day in September 2013 between 9:00 a.m. and 12:00 noon at Zurich Airport. The numerical model COSMO-2 (magenta dashed line) suggests that the stratification from a stable boundary layer at night to a typically unstable layer on a sunny day continues until midday. The classification scheme already assumes an unstable stratification (blue solid line). The idealized profile could not always correctly reproduce the temporal transition from a stable boundary layer at night to a typically unstable layer on a sunny day. In FIG. 4, the vertical profiles of the idealized profiles and COSMO-2 data are compared for three different times of the day between 9.30 a.m. and 12 noon. On this sunny day (see Fig. 27) the sun rises at 7:30 a.m. and the radiation balance leads to an unstable stratification two hours later if the classification scheme is applied. In contrast, the data from COSMO-2 suggest that the change in stratification continues up to 500 m until noon and that the temperature and humidity profiles only slowly converge.

[0221] Zusammengefasst sind die Wind- und Temperaturprofile von Flugdatenschreiber und COSMO-2 grundsätzlich stark konsistent. Die Extrapolation von Temperatur aus Bodenbedingungen auf höhere Höhen, wie sie von den idealisierten Profilen vorgenommen wird, scheint in den meisten Fällen stichhaltig zu sein. Wind- und Feuchtigkeitsprofile unterscheiden sich jedoch Im Vergleich zu den differenzierten Profilen aus dem COSMO-2-Modell erheblich. In summary, the wind and temperature profiles of the flight data recorder and COSMO-2 are basically very consistent. The extrapolation of temperature from soil conditions to higher altitudes, as done by the idealized profiles, appears to be valid in most cases. However, wind and moisture profiles differ considerably compared to the differentiated profiles from the COSMO-2 model.

Ausbreitungs berech nungPropagation calculation

[0222] Fig. 31 zeigt eine schematische Darstellung eines Berechnungsszenarios auf Basis eines Flugwegs. Obwohl der Flugweg der 223 verwendeten Abflüge verfügbar ist, können dieselben generischen Queilpunkte eines virtuellen Flugwegs für alle Flüge verwendet werden, um Unterschiede der Ausbreitung aufgrund von unterschiedlichen Flugweggeometrien zu vermeiden. Das in Figur 31 abgebildete Szenario zeigt drei verschiedene Quellenpositionen (S), eine auf 500 m oberhalb Empfänger R1 und die anderen in 45°- und 30°-Winkeln bezogen auf die Flugrichtung. Ein zweiter Empfänger R2 wurde 500 m seitlich aufgestellt. Die Empfänger sind 4 m über einem ebenen Grünlandgelände platziert. 31 shows a schematic illustration of a calculation scenario based on a flight path. Although the flight path of the 223 used departures is available, the same generic source points of a virtual flight path can be used for all flights in order to avoid differences in propagation due to different flight path geometries. The scenario depicted in FIG. 31 shows three different source positions (S), one at 500 m above receiver R1 and the others at 45 ° and 30 ° angles in relation to the direction of flight. A second receiver R2 was set up 500 m to the side. The receivers are placed 4 m above a level grassland area.

[0223] Nachstehend werden die Ergebnisse als Abschwächungen AMeteo(siehe obenstehende Gleichung (38)) der Ausbreitungsberechnung präsentiert, um die Unterschiede zwischen einer homogenen Atmosphäre basierend auf momentanen lokalen Bedingungen (LC) und gemittelten Bedingungen für die Schweiz aufzuzeigen. Weiterhin werden die Ergebnisse der COSMO-2-Daten mit denen der homogenen Atmosphäre basierend auf momentanen Bedingungen (siehe untenstehende Gleichung (40)) verglichen. Zusätzlich werden die Ergebnisse der idealisierten Standardprofile (IP) mit denen der COSMO-2-Profile verglichen (siehe untenstehende Gleichung (41)). Die Unterschiede in der Abschwächung in jedem der Dritteloktavbänder bis zu 5 kHz werden untenstehend näher ausgeführt. Insbesondere wird der Einfluss auf den A-bewerteten Schallexpositionspegel LAEerörtert. The results are presented below as attenuations AMeteo (see equation (38) above) of the dispersion calculation in order to show the differences between a homogeneous atmosphere based on current local conditions (LC) and averaged conditions for Switzerland. Furthermore, the results of the COSMO-2 data are compared with those of the homogeneous atmosphere based on current conditions (see equation (40) below). In addition, the results of the idealized standard profiles (IP) are compared with those of the COSMO-2 profiles (see equation (41) below). The differences in attenuation in each of the third octave bands up to 5 kHz are detailed below. In particular, the influence on the A-weighted sound exposure level LAE is discussed.

[0224] Da die Flugschreiberdaten keine Informationen zu Feuchtigkeitsdaten liefern, wurden diese Informationen für die Schallausbreitungsberechnung COSMO-2 entnommen. Es ergab sich jedoch, dass die Ergebnisse sehr ähnlich zu den Berechnungen der COSMO-2-Profile sind, weshalb sie nicht gezeigt und näher erörtert werden. ΔALC-COSMO= AMeteo,LC- AMeteo,COSMO(40) ΔAIP-COSMO= AMeteo,IP- AMeteo,COSMO(41) Since the flight recorder data do not provide any information on moisture data, this information was taken from COSMO-2 for the sound propagation calculation. However, it turned out that the results are very similar to the calculations of the COSMO-2 profiles and are therefore not shown and discussed in more detail. ΔALC-COSMO = AMeteo, LC- AMeteo, COSMO (40) ΔAIP-COSMO = AMeteo, IP- AMeteo, COSMO (41)

ErgebnisseResults

[0225] Fig. 32 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Schwankung von Luftabsorption einer homogenen Atmosphäre mit Verschiebung zu momentanen Bedingungen bei 2 m zu einer einheitlichen Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen darstellt. Fig. 32 is a diagram showing an exemplary fluctuation of air absorption of a homogeneous atmosphere with a shift from current conditions at 2 m to a uniform atmosphere with averaged conditions.

Ergebnisse der Ausbreitung von S1 zu R1 in einer Entfernung von 500 mResults of the propagation from S1 to R1 at a distance of 500 m

[0226] Verteilungen der berechneten Unterschiede von Luftabsorption werden für die 223 beispielhaften Abflüge bzw. deren zugeordnete Wettersituationen präsentiert. Für jedes Dritteloktavband werden die Unterschiede als Box-Whisker-Plots (vgl. Legende in Fig. 32) gezeigt. Da es die zuverlässigsten Daten bereitstellt, wird COSMO-2 als Referenz für den Vergleich von Ergebnissen verwendet. Distributions of the calculated differences in air absorption are presented for the 223 exemplary departures or their associated weather situations. For each third octave band, the differences are shown as box whisker plots (see legend in FIG. 32). Because it provides the most reliable data, COSMO-2 is used as a reference for comparing results.

Unterschiede zwischen homogenen AtmosphärenDifferences between homogeneous atmospheres

[0227] In einem ersten Schritt wird die Abschwächung einer homogenen Atmosphäre basierend auf momentanen Bedingung am Boden mit der Abschwächung einer homogenen Atmosphäre mit gemittelten Werten von 8 °C und 76 % für die Schweiz verglichen. Die Ergebnisse für den Punkt der grössten Annäherung (CPA) in Fig. 32 zeigen lediglich geringe Schwankungen von weniger als 0,6 dB unterhalb 500 Hz. Zwischen 500 Hz und 1,6 kHz ergaben sich Mittelwerte von etwa +0,5 dB mit Höchstwerten von +1,9 dB und positiven Minimalwerten (ausser bei 1,6 kHz). Somit führten die momentanen Bedingungen stets zu höheren Abschwächungen als die gemittelte Atmosphäre. Bei hohen Frequenzen änderte sich der Trend zu negativen Unterschieden, wies jedoch deutlich höhere Schwankungen in beide Richtungen auf. Der Mittelwert des 5 kHz-Bands liegt bei -4,3 dB mit einem Minimalwert von -10,3 dB und einem Höchstwert von +15,0 dB. In a first step, the weakening of a homogeneous atmosphere based on the current conditions on the ground is compared with the weakening of a homogeneous atmosphere with averaged values of 8 ° C. and 76% for Switzerland. The results for the point of closest approximation (CPA) in FIG. 32 show only slight fluctuations of less than 0.6 dB below 500 Hz. Between 500 Hz and 1.6 kHz there were mean values of approximately +0.5 dB with maximum values of +1.9 dB and positive minimum values (except at 1.6 kHz). Thus, the current conditions always led to higher attenuations than the mean atmosphere. At high frequencies the trend changed towards negative differences, but showed significantly higher fluctuations in both directions. The mean value of the 5 kHz band is -4.3 dB with a minimum value of -10.3 dB and a maximum value of +15.0 dB.

[0228] Fig. 33 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Schwankung von Luftabsorption einer homogenen Atmosphäre mit Verschiebung zu momentanen Bedingungen bei 2 m zu einer einheitlichen Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen darstellt. Ergebnisse der Ausbreitung von S3 zu R2 in einer Entfernung von 1.118 m. Hiermit können aus Fig. 33 die Abschwächungsspektren für die grösste Ausbreitungsentfernung von 1.118 m abgeleitet werden. Derselbe Trend wie für den CPA ist mit einer Wendung zu Negativwerten bei 2 kHz zu beobachten. Die Mittelwerte für 500 Hz bis 1,6 kHz reichten von +0,5 dB bis +1,0 dB mit Höchstwerten von +2,0 dB bis +4,3 dB und ebenfalls positiven Minimalwerten. Die hohen Frequenzen wiesen eine höhere negative Mitteldissipation für eine Atmosphäre basierend auf momentanen Bedingungen, wiederum mit starken Abweichungen zwischen -23 dB und +34 dB, auf. 33 is a diagram showing an exemplary fluctuation in air absorption of a homogeneous atmosphere with a shift from current conditions at 2 m to a uniform atmosphere with averaged conditions. Results of the propagation from S3 to R2 at a distance of 1,118 m. With this, the attenuation spectra for the greatest propagation distance of 1,118 m can be derived from Fig. 33. The same trend as for the CPA can be observed with a turn to negative values at 2 kHz. The mean values for 500 Hz to 1.6 kHz ranged from +0.5 dB to +1.0 dB with maximum values of +2.0 dB to +4.3 dB and also positive minimum values. The high frequencies showed a higher negative mean dissipation for an atmosphere based on current conditions, again with strong deviations between -23 dB and +34 dB.

Unterschiede der ProfildatenquellenDifferences in profile data sources

[0229] Fig. 34 zeigt zwei Diagramme, die beispielhaft Unterschiede der Luftabsorption zwischen einer homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und COSMO-2-Profilen darstellen. Ergebnisse der Ausbreitung von S1 zu R1 (500 m) und S3 zu R2 (1.118 m). Nach den vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Ergebnisse nur für 250 Hz bis 5 kHz präsentiert, da die Schwankungen von Niedrigfrequenzen vernachlässigbar sind. Fig. 34 (links) zeigt die Schwankungen der Luftabsorption zwischen der homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und den COSMO-2-Profilen für S1 zu R1. Unterhalb 2 kHz waren die Mittelwerte leicht positiv. Im Gegensatz dazu erhöhten sich oberhalb 2 kHz die gemittelten Unterschiede auf bis zu -3,6 dB für 5 kHz mit starken Schwankungen von -17,4 dB bis +5,7 dB. Fig. 34 (rechts) vergleicht die Ausbreitung von S3 zu R2. Der Trend Ist ähnlich, weist jedoch höhere Schwankungen bei mittleren und hohen Frequenzen als Folge der grösseren Ausbreitungsentfernung auf. 34 shows two diagrams which illustrate, by way of example, differences in air absorption between a homogeneous atmosphere under current conditions and COSMO-2 profiles. Results of the propagation from S1 to R1 (500 m) and S3 to R2 (1,118 m). In accordance with the present exemplary embodiments of the present invention, results are only presented for 250 Hz to 5 kHz, since the fluctuations from low frequencies are negligible. 34 (left) shows the fluctuations in air absorption between the homogeneous atmosphere at current conditions and the COSMO-2 profiles for S1 to R1. Below 2 kHz the mean values were slightly positive. In contrast, above 2 kHz the averaged differences increased up to -3.6 dB for 5 kHz with strong fluctuations from -17.4 dB to +5.7 dB. Fig. 34 (right) compares the propagation from S3 to R2. The trend is similar, but shows greater fluctuations at medium and high frequencies as a result of the greater distance from which it is propagated.

[0230] Fig. 35 zeigt zwei Diagramme, die beispielhaft Unterschiede der Luftabsorption zwischen idealisierten Profilen und COSMO-2-Profilen darstellen. Ergebnisse der Ausbreitung von S1 zu R1 (500 m) und S3 zu R2 (1.118 m). Die Varianz der idealisierten Profile im Vergleich zu den COSMO-2-Profilen wird in Fig. 35 präsentiert. Für beide Spektren traten keine Schwankungen von mehr als 0,5 dB unterhalb 1 kHz auf. Bei höheren Frequenzen sanken die Mittelwerte für Figur 35 (links) auf 4,2 dB bei 5 kHz mit einer Schwankung zwischen -17,3 dB und 2,3 dB. In Figur 35 (rechts) sanken die Mittelwerte ebenfalls auf 3,4 dB, schwankten jedoch von -15,1 dB bis 8,1 dB. 35 shows two diagrams which illustrate, by way of example, differences in air absorption between idealized profiles and COSMO-2 profiles. Results of the propagation from S1 to R1 (500 m) and S3 to R2 (1,118 m). The variance of the idealized profiles compared to the COSMO-2 profiles is presented in FIG. For both spectra there were no fluctuations of more than 0.5 dB below 1 kHz. At higher frequencies, the mean values for Figure 35 (left) decreased to 4.2 dB at 5 kHz with a fluctuation between -17.3 dB and 2.3 dB. In Figure 35 (right) the mean values also decreased to 3.4 dB, but fluctuated from -15.1 dB to 8.1 dB.

Einfluss auf den sich ergebenden SchallexpositionspegelInfluence on the resulting sound exposure level

[0231] Die obenstehend erörterten Ergebnisse legen nachvollziehbar erhebliche Schwankungen der Luftabsorption für Frequenzen oberhalb 250 Hz dar. Somit stellt sich die Frage, wie relevant diese Schwankungen für den sich ergebenden LAEsind. Daher können Schallemissionsrichtwirkungen von 35 Airbus A320 gemittelt werden, und die sich ergebenden A-bewerteten Spektren sowie der Gesamt-LAEam Empfänger R1 wurden berechnet (Figur 10). Dann können die Unterschiede zu LAEfür den mittleren Unterschied und die Mindest- und Höchstschwankungen wie obenstehend beschrieben bestimmt werden. The results discussed above clearly show considerable fluctuations in air absorption for frequencies above 250 Hz. The question thus arises of how relevant these fluctuations are for the resulting LAE. Sound emission directivities from 35 Airbus A320s can therefore be averaged, and the resulting A-weighted spectra and the total LAE at receiver R1 were calculated (FIG. 10). Then the differences from LAE for the mean difference and the minimum and maximum fluctuations can be determined as described above.

[0232] Schwankungen der Frequenzen oberhalb 2,5 kHz weisen insbesondere aufgrund der hohen absoluten atmosphärischen Absorption nahezu keinen Einfluss auf LAE(<0,1 dB(A)) auf. Dasselbe gilt für Frequenzen unterhalb 125 Hz, die durch die A-Bewertung stark abgeschwächt werden. Der Einfluss zwischen einer homogenen Atmosphäre bei lokalen und gemittelten Bedingungen auf LAE für 500 m (S1R1) beträgt -0,2 dB(A) als Mittel, schwankt aber zwischen -1,4 dB(A) und 0,3 dB(A) bei Einzelflügen. Bei 1.000 m (S3R1) liegt die mittlere Schwankung des LAEbei -0,6 dB(A) mit einem Umfang von -2,6 dB(A) bis 0,2 dB(A). Fluctuations in the frequencies above 2.5 kHz have almost no influence on LAE (<0.1 dB (A)), in particular due to the high absolute atmospheric absorption. The same applies to frequencies below 125 Hz, which are greatly attenuated by the A-weighting. The influence between a homogeneous atmosphere under local and averaged conditions on LAE for 500 m (S1R1) is -0.2 dB (A) as an average, but fluctuates between -1.4 dB (A) and 0.3 dB (A) for single flights. At 1,000 m (S3R1) the mean fluctuation of the LAE is -0.6 dB (A) with a range of -2.6 dB (A) to 0.2 dB (A).

[0233] Auf dieselbe Weise beträgt der Einfluss der Unterschiede der Luftabsorption zwischen einer homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und COSMO-2-Profilen - 0,6 dB(A) bis 1,3 dB(A) bei 500 m und -0,9 dB(A) bis 0,4 dB(A) bei 1.000 m. Die Unterschiede der berechneten Luftabsorption von idealisierten und COSMO-2-Profilen ändern den LAE von -0,2 dB(A) bis 1,5 dB(A) bei 500 m und von -0,5 dB(A) bis 0,7 dB(A) bei 1.000 m. In the same way, the influence of the differences in air absorption between a homogeneous atmosphere at current conditions and COSMO-2 profiles is -0.6 dB (A) to 1.3 dB (A) at 500 m and -0.9 dB (A) to 0.4 dB (A) at 1,000 m. The differences in the calculated air absorption of idealized and COSMO-2 profiles change the LAE from -0.2 dB (A) to 1.5 dB (A) 500 m and from -0.5 dB (A) to 0.7 dB (A) at 1,000 m.

[0234] Wie Fig. 35 zeigt, liegen die Unterschiede zwischen idealisierten und COSMO-2-Profilen bei Frequenzen oberhalb 1 kHz im selben Grössenbereich wie die Varianz zwischen der homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und COSMO-2. Bei Mittelfrequenzen unterhalb 1 kHz, die den LAE stark beeinflussen, sind die Schwankungen jedoch gering. As FIG. 35 shows, the differences between idealized and COSMO-2 profiles at frequencies above 1 kHz are in the same size range as the variance between the homogeneous atmosphere under current conditions and COSMO-2. However, at medium frequencies below 1 kHz, which have a strong influence on the LAE, the fluctuations are small.

[0235] Fig. 36 zeigt ein Diagramm, das einen beispielhaften Einfluss auf die Varianz der Dissipation im A-bewerteten Spektrum am Empfänger R1 des A320 für das Auftreten von S1 (90°) und von vorne an S3 (30°) darstellt. Die Indikatoren repräsentieren die minimalen und maximalen Schwankungen zwischen den homogenen Atmosphären bei momentanen bzw. gemittelten Bedingungen. 36 shows a diagram which shows an example of an influence on the variance of the dissipation in the A-weighted spectrum at the receiver R1 of the A320 for the occurrence of S1 (90 °) and from the front at S3 (30 °). The indicators represent the minimum and maximum fluctuations between the homogeneous atmospheres under current or averaged conditions.

[0236] In der Folge ist eine erhebliche Abhängigkeit des Schallpegels auf höheren Frequenzen von variierenden Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit erkennbar. Für die Frequenzbänder, die den sich ergebenden A-bewerteten Pegel erheblich beeinflussen, sind die Unterschiede geringer, weisen aber immer noch einen Umfang von mehreren Dezibel auf. Bei Betrachtung der Mittelwerte wird ersichtlich, dass die Abweichungen zwischen den verschiedenen Datensätzen einen klaren Trend zeigen und somit auch auf die sich ergebenen Langzeit-Durchschnitte einen systematischen Einfluss aufweisen. As a result, a considerable dependence of the sound level at higher frequencies on varying conditions of temperature and humidity can be seen. For the frequency bands that significantly influence the resulting A-weighted level, the differences are smaller, but still have a range of several decibels. When looking at the mean values, it becomes apparent that the deviations between the various data sets show a clear trend and thus also have a systematic influence on the long-term averages.

[0237] Für den Vergleich von verschiedenen Quellen für Wetterdaten scheinen Vorhersagemodelle wie COSMO-2 am zuverlässigsten zu sein. Während Flugschreiberdaten eine gute Übereinstimmung mit COSMO-2 für Wind und Temperatur zeigen, liefern sie keine Feuchtigkeitsdaten. Neben der Tatsache, dass Flugdatenschreiber nicht als einzige Datenquelle verwendet werden können, ist die Verfügbarkeit von Flugschreiberdaten in der Regel eingeschränkt, und die Genauigkeit der Eingabedaten hängt zudem vom Flugzeugtyp ab. Somit sind Flugschreiberdaten allein keine angemessene Quelle für Wetterdaten. For the comparison of different sources of weather data, forecast models such as COSMO-2 appear to be the most reliable. While black box data shows good agreement with COSMO-2 for wind and temperature, it does not provide humidity data. In addition to the fact that flight data recorders cannot be used as the only data source, the availability of flight recorder data is usually limited and the accuracy of the input data also depends on the type of aircraft. Thus, black box data alone is not an adequate source of weather data.

[0238] Die Verwendung standardisierter Profile der Atmosphäre, die auf Bedingungen am Boden normalisiert werden, wie obenstehend gezeigt, weist im Vergleich zu den Annahmen einer homogenen Atmosphäre eine vorteilhafte Auswirkung auf die Genauigkeit der Schallausbreitungsberechnung auf. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass die Profile mit sehr wenigen, leicht zugänglichen Eingabedaten generiert werden können. The use of standardized profiles of the atmosphere normalized to conditions on the ground, as shown above, has a beneficial effect on the accuracy of the sound propagation calculation compared to the assumptions of a homogeneous atmosphere. The advantage of this approach is that the profiles can be generated with very little, easily accessible input data.

[0239] Eine Varianz der Luftabsorption kann in einer gleichen Grössenordnung wie die hier präsentierten Ergebnisse erwartet werden. Im Gegensatz dazu ist nicht zu erwarten, dass die Schwankungen zwischen der homogenen Atmosphäre bei momentanen Bedingungen und idealisierten Profilen gegenüber den COSMO-2-Profilen sich erheblich ändern, und die nachstehenden Schlussfolgerungen können ebenso als allgemein anwendbar betrachtet werden. A variance in air absorption can be expected to be of the same order of magnitude as the results presented here. In contrast, the fluctuations between the homogeneous atmosphere at current conditions and idealized profiles compared to the COSMO-2 profiles are not expected to change significantly, and the following conclusions can also be considered generally applicable.

[0240] Die Verwendung von momentanen Bodenbedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit stellt gegenüber einer einheitlichen Atmosphäre mit gemittelten Bedingungen für die Berechnung von Einzelflügen eine wichtige Verbesserung dar. Zusätzlich weist auch eine korrekte Reproduktion der Schichtung in der Ausbreitungsberechnung eine vorteilhafte Auswirkung auf die Genauigkeit des sich ergebenden LAEauf. insbesondere wird die Verwendung von Daten aus Wettervorhersagemodellen wie COSMO-2 als genaueste Lösung angenommen. Vor allem für die Entwicklung eines Emissionsmodells nach der vorliegenden Erfindung, in dem Einzelflüge umgekehrt auf die Quelle umgeformt werden, wird empfohlen, solch detaillierte Eingabedaten zu verwenden. Obwohl Hochfrequenzen oberhalb 2,5 kHz für den LAE oberhalb 500 m vernachlässigbar sind, könnte die starke Schwankung der Luftabsorption zu grossen Fehlern in diesem Band führen. The use of current ground conditions of temperature and humidity is an important improvement over a uniform atmosphere with averaged conditions for the calculation of individual flights. In addition, a correct reproduction of the stratification in the dispersion calculation also has a beneficial effect on the accuracy of the resulting LAE on. in particular, the use of data from weather forecast models such as COSMO-2 is believed to be the most accurate solution. Particularly for the development of an emissions model according to the present invention, in which individual flights are reversely converted to the source, it is recommended to use such detailed input data. Although high frequencies above 2.5 kHz are negligible for the LAE above 500 m, the strong fluctuation in air absorption could lead to large errors in this band.

[0241] Es ist anzunehmen, dass idealisierte Profile die detaillierteren Profile aus COSMO-2 nicht ersetzen können. Die Annahmen, insbesondere für Feuchtigkeit, aber auch für die Temperatur oberhalb 100 m, führen oft zu einer Extrapolation der Bodenbedingungen, die bei grösseren Höhen nicht stichhaltig ist. Somit ändern die Unterschiede der Luftabsorption im Vergleich zu den COSMO-2-Profilen, die bei Frequenzen oberhalb 1 kHz erheblich sind, den LAEund führen zu einer weniger genauen Prognose für Einzelflüge. It can be assumed that idealized profiles cannot replace the more detailed profiles from COSMO-2. The assumptions, especially for moisture, but also for the temperature above 100 m, often lead to an extrapolation of the soil conditions, which is not valid at higher altitudes. Thus, the differences in air absorption compared to the COSMO-2 profiles, which are significant at frequencies above 1 kHz, change the LAE and lead to a less accurate forecast for single flights.

Modelle für Reflexionen an Wäldern,Klippen,Gebäuden,Mauern und sonstigenstarren OberflächenModels for reflections on forests, cliffs, buildings, walls and other rigid surfaces

[0242] Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann zudem Modelle für Reflexionen an Gebäuden, Mauern und sonstigen starren Oberflächen sowie diffuse Reflexionen an Waldrändern und Klippen einschliessen. Für eine ausführliche Beschreibung sowie Referenzen zu solchen Erweiterungen eines einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Ausbreitungsmodells wird auf die „Documentation of the sonX model“ (Dokumentation des sonX-Modells) vom 12. September 2016 sowie auf wissenschaftliche Veröffentlichungen, die in ACTA ACUSTICA UNITED WITH ACUSTICA erschienen sind, insbesondere „An Extended Model to Predict Reflections from Forests“ (Erweitertes Modell zur Vorhersage von Reflexionen von Wäldem) (Jean Marc Wunderli; Vol. 98 (2012) 263-278; DO) 10.3813/AAA.918510); „A Model to Predict Sound Reflections from Cliffs“ (Modell zur Vorhersage von Schallreflexionen von Klippen) (Reto Pieren, Jean Marc Wunderli ;Vol. 97 (2011)243- 253; DOI 10.3813/AAA.918404); „Calculation of Reflections in an Urban Environment“ (Berechnungen von Reflexionen in einer urbanen Umgebung) (Kurt Heutschi; Vol. 95 (2009) 644 - 652; DOI 10.3813/AAA.918193); und „An Engineering Model for Sound Pressure in Shadow Zones Based on Numerical Simulations“ (Entwicklungsmodell für Schalldrücke in Schattenzonen auf Basis numerischer Simulationen) (Jan Hofmann, Kurt Heutschi; Vol. 91 (2005) 661 - 670), die hierin bezugnehmend enthalten sind, verwiesen. A method according to the present invention can also include models for reflections on buildings, walls, and other rigid surfaces, as well as diffuse reflections on forest edges and cliffs. For a detailed description and references to such extensions of a propagation model on which a method according to the present invention is based, reference is made to the “Documentation of the sonX model” of September 12, 2016 and to scientific publications published in ACTA ACUSTICA UNITED WITH ACUSTICA, especially “An Extended Model to Predict Reflections from Forests” (Jean Marc Wunderli; Vol. 98 (2012) 263-278; DO) 10.3813 / AAA.918510); “A Model to Predict Sound Reflections from Cliffs” (Reto Pieren, Jean Marc Wunderli; Vol. 97 (2011) 243-253; DOI 10.3813 / AAA.918404); “Calculation of Reflections in an Urban Environment” (Kurt Heutschi; Vol. 95 (2009) 644 - 652; DOI 10.3813 / AAA.918193); and "An Engineering Model for Sound Pressure in Shadow Zones Based on Numerical Simulations" (Jan Hofmann, Kurt Heutschi; Vol. 91 (2005) 661 - 670), which are included herein by reference , referenced.

TeilraumkonzeptSubspace concept

[0243] Fig. 37 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs 111, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Flugzeugs, für das Schallemissionen und -immissionen in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung berechnet werden sollen. Ein Luftraum, den das Fahrzeug 111 durchläuft, ist in Teilräume 112 aufteilt, die Zellen bilden. Jeder dieser Teilräume 112 kann eine kubische Form aufweisen, so dass er acht Ecken 113 bereitstellt. 37 shows a schematic perspective view of a vehicle 111, for example an aircraft, in particular an aircraft, for which noise emissions and immissions are to be calculated in accordance with a method according to the present invention. An air space through which the vehicle 111 passes is divided into subspaces 112 which form cells. Each of these sub-spaces 112 can have a cubic shape so that it provides eight corners 113.

[0244] Jeder dieser Teilräume 113 stellt einen potentiellen Quellenstandort dar. Von jeder Ecke 113 eines der Teilräume 113, welche das Fahrzeug 111 durchläuft, bis zu jedem Empfängerpunkt wird eine Abschwächung in einer Datenbank gespeichert. Während individueller Flüge werden Abschwächungen von den Ecken 113 in der Datenbank nachgeschlagen. Die sich ergebende Abschwächung wird als lineare Interpolation der Abschwächungen der Ecken 113 Im Vergleich zur effektiven Quellenposition, d. h. der Position des Fahrzeugs 111, bestimmt. Each of these subspaces 113 represents a potential source location. From each corner 113 of one of the subspaces 113 through which the vehicle 111 passes to each receiver point, an attenuation is stored in a database. During individual flights, attenuations from corners 113 are looked up in the database. The resulting attenuation is expressed as the linear interpolation of the attenuations of the corners 113 versus the effective source position, i.e. H. the position of the vehicle 111.

[0245] Fig. 37 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Luftraums, der in Übereinstimmung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung in Teilräume 112 aufgeteilt ist. Quellenstandorte 114 einer Schallquelle wie eines Fahrzeugs 111 bilden eine erwartete Bahnkurve 115 oder eine definierte Bahnkurve 116. Der Luftraum und somit die Teilräume 112 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung X, einer Querrichtung Y und einer Höhenrichtung Z, die gemeinsam ein kartesisches Koordinatensystem bilden. Vorzugsweise weist in einer Projektion entlang der Höhenrichtung Z jeder der Teilräume 112 eine quadratische Form auf. Insbesondere senkrechte Kanten der Teilräume, die sich parallel zur Höhenrichtung Z erstrecken, können jedoch unterschiedliche und/oder sich ändernde Längen und Koordinaten entlang der Höhenrichtung Z aufweisen. 37 shows a schematic perspective view of an air space which is divided into subspaces 112 in accordance with a method according to the present invention. Source locations 114 of a sound source such as a vehicle 111 form an expected trajectory 115 or a defined trajectory 116. The air space and thus the subspaces 112 extend along a longitudinal direction X, a transverse direction Y and a height direction Z, which together form a Cartesian coordinate system. In a projection along the height direction Z, each of the subspaces 112 preferably has a square shape. In particular, vertical edges of the subspaces that extend parallel to the height direction Z can, however, have different and / or changing lengths and coordinates along the height direction Z.

[0246] Durch ein Aufteilen des Luftraums in die Teilräume 112 müssen erheblich weniger Abschwächungen und somit entsprechende Berechnungen vorgenommen werden, als bei dieser Simulation im Vollformat. Dies ermöglicht eine effiziente Berechnung verschiedener Verkehrsszenarien in einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung. Höchstpegelberechnungen und Simulationen individueller Flüge sowie Echtzeit-Simulationen von Lärmbelastung sind möglich. Dies ermöglicht präzise Berechnungen mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, das spektrale Lärmausbreitungsmodelle, Betrachtungen von Witterungseinflüssen, kohärenten und inkohärenten Reflexionen an Gebäuden, Schirmwirkungen durch Gebäude und/oder Betrachtungen von Bodenreflexions-/Lärmausbreitungseinflüssen in Abhängigkeit von Erdtypen wie obenstehend beschrieben integriert. Weiterhin wird ein präzises Emissionsmodell ermöglicht, das in ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung für die Simulation von lärmarmen Landeanflug- und Abflugverfahren von Fahrzeugen zum und vom Flughafen bzw. Ähnliches integriert werden kann. By dividing the air space into the subspaces 112, considerably fewer attenuations and thus corresponding calculations have to be made than in this simulation in full format. This enables an efficient calculation of different traffic scenarios in a method according to the present invention. Maximum level calculations and simulations of individual flights as well as real-time simulations of noise pollution are possible. This enables precise calculations with a method according to the present invention, which integrates spectral noise propagation models, considerations of weather influences, coherent and incoherent reflections on buildings, shielding effects through buildings and / or considerations of ground reflection / noise propagation influences depending on earth types as described above. Furthermore, a precise emission model is made possible, which can be integrated into a method according to the present invention for the simulation of low-noise landing approach and departure procedures of vehicles to and from the airport or the like.

Recheneinrichtungen,Systeme und VerfahrenComputing facilities, systems and processes

[0247] Nach wenigstens einem Aspekt eines Verfahrens und Systems nach der vorliegenden Erfindung können Schnittstellen für Lärmberechnungen an Recheneinrichtungen, die parallel zueinander arbeiten, bereitgestellt werden. Eine zentrale Datenspeicherung für erleichterte Verwaltung kann umgesetzt werden. Flexibel konfigurierbare Schnittstellen für Datenimport können zur Verfügung gestellt werden. Verfahren und Systeme nach der vorliegenden Erfindung können Funktionalitäten für Datenaufbereitung und - homogenisierung bereitstellen. Weiterhin können Module für Auswertung und Berichterstattung zum Generieren von Berichten und standardmässigen Dateiformaten in Bezug auf die Lärmexposition von Personen, Gebäuden, Wohnungen, Arbeitsplätzen, Gebieten etc. bereitgestellt werden. According to at least one aspect of a method and system according to the present invention, interfaces for noise calculations on computing devices that work in parallel with one another can be provided. Central data storage for easier administration can be implemented. Flexibly configurable interfaces for data import can be made available. Methods and systems according to the present invention can provide functionalities for data preparation and homogenization. Furthermore, modules for evaluation and reporting for generating reports and standard file formats with regard to the noise exposure of people, buildings, apartments, workplaces, areas, etc. can be provided.

[0248] Fig. 39 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein System 117 zum Vornehmen eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung darstellt. System 117 umfasst ein externes Modul 118 und ein internes Modul 119. Im externen Modul 118 können externe Daten wie Cockpitdaten, Radardaten, Transponderdaten, Emissionsdaten und Auswertungsdaten sowie Statistiken bereitgestellt und aufbereitet werden. Die Statistiken umfassen insbesondere gewisse Anzahlen an Flugbewegungen für bestimmte Flugzeugtypen und Routen. Auf der Basis solcher Statistiken werden Bahnen überlagert, um die Schallprofile zu generieren und daraus Gesamt-Schallimmissionswerte für den wenigstens einen Empfangspunkt R oder allgemein eine Anzahl an entlang der Bahnen angeordneten Empfangspunkte abzuleiten und/oder zu errechnen. Figure 39 is a schematic diagram illustrating a system 117 for performing a method in accordance with the present invention. System 117 comprises an external module 118 and an internal module 119. External data such as cockpit data, radar data, transponder data, emission data and evaluation data as well as statistics can be provided and processed in the external module 118. The statistics include, in particular, certain numbers of flight movements for certain types of aircraft and routes. On the basis of such statistics, paths are superimposed in order to generate the sound profiles and to derive and / or calculate total sound immission values for the at least one reception point R or generally a number of reception points arranged along the paths.

[0249] Im internen Modul 119 werden Berechnungen nach in einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung integrierten Modellen vorgenommen, die das Generieren von Flugereignissen und Geometrien, Quellenstandorten, Empfangsstandorten und einer darauf basierenden Schallausbreitung sowie daraus abgeleiteter Abschwächungsdaten und eine Simulation von Einzelflügen sowie das Generieren von Schallprofilen, die ein Bündel an geschätzten und/oder definierten Bahnen und schliesslich Lärmbelastungskarten umfassen. Das interne Modul 119 umfasst einen Zentralrechner und/oder Rechnerverbund 120 und wenigstens ein Client-Gerät 121. Im Rechnerverbund 120 werden die anspruchsvollsten Rechenoperationen für das Simulieren von Modellen nach der vorliegenden Erfindung wie obenstehend beschrieben vorgenommen. Dafür umfasst der Rechnerverbund 120 vorzugsweise eine Mehrzahl an digitalen Prozessoren zum Vornehmen der Berechnungen, die Zentralrechnern, Servern oder Ähnlichem umgesetzt sein können. Das Client-Gerät 121 kann ein Einzelplatzrechner oder Ähnliches sein, auf dem weniger anspruchsvolle Berechnungen und Operationen vorgenommen werden. Das System 117 nach der vorliegenden Erfindung ist adaptiert, um ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vorzunehmen, das die folgenden Schritte umfasst: Auf der Seite des externen Moduls 118, beispielsweise durch externe Datenanbieter und Anbieter sozialer Dienstleistungen, werden in einem ersten Schritt S1 Standortdaten wie Cockpitdaten, Radardaten, Transponderdaten und weitere damit zusammenhängende Daten bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 werden die Standortdaten aufbereitet, um in das interne Modul 119 eingegeben zu werden.In the internal module 119, calculations are carried out according to models integrated in a method according to the present invention, which generate flight events and geometries, source locations, receiving locations and sound propagation based thereon, as well as attenuation data derived therefrom, and a simulation of individual flights and the generation of Sound profiles that include a bundle of estimated and / or defined paths and finally noise exposure maps. The internal module 119 comprises a central computer and / or computer network 120 and at least one client device 121. The most demanding arithmetic operations for simulating models according to the present invention are carried out in the computer network 120 as described above. For this purpose, the computer network 120 preferably comprises a plurality of digital processors for performing the calculations, which central computers, servers or the like can be implemented. The client device 121 can be a stand-alone computer or the like on which less demanding calculations and operations are carried out. The system 117 according to the present invention is adapted to carry out a method according to the present invention, which comprises the following steps: On the side of the external module 118, for example by external data providers and providers of social services, in a first step S1 location data such as Cockpit data, radar data, transponder data and other related data are provided. In a second step S2, the location data are processed in order to be input into the internal module 119.

[0250] Im internen Modul 119, insbesondere im Rechnerverbund 120, werden Flugereignisse einschliesslich Geometrien in einem dritten Schritt S3 aufbereitet. Basierend auf den Flugereignissen werden in einem vierten Schritt S4 Schallquellenpositionen berechnet. Parallel oder im Anschluss an den dritten Schritt S3 werden in einem vierten Schritt S4 Empfangspunkte berechnet. Die Quellenpositionen und Empfangspunkte verlassen dann den Rechnerverbund 120, um am Client-Gerät 121 angezeigt zu werden. Im Client-Gerät 121 können anfängliche Berechnungen der tatsächlichen Schallausbreitung in einem sechsten Schritt S6 in einer Weise vorgenommen werden, dass sie durch einen Benutzer des Client-Geräts 121 angepasst und alterniert werden können. Die Ausbreitungsberechnungen werden dann vom Client-Gerät 121 an den Rechnerverbund 120 zurückgeführt. In the internal module 119, in particular in the computer network 120, flight events including geometries are processed in a third step S3. Based on the flight events, sound source positions are calculated in a fourth step S4. In parallel with or following the third step S3, reception points are calculated in a fourth step S4. The source positions and reception points then leave the computer network 120 in order to be displayed on the client device 121. In the client device 121, initial calculations of the actual sound propagation can be carried out in a sixth step S6 in such a way that they can be adapted and alternated by a user of the client device 121. The propagation calculations are then fed back from the client device 121 to the computer network 120.

[0251] Im Rechnerverbund 120 wird in einem siebten Schritt S7 die Abschwächung berechnet. Die Abschwächungsdaten werden an das Client-Gerät 121 zurückgegeben, wo in einem achten Schritt S8 Einzelflugsimulationen vorgenommen werden. Ergebnisse von wenigstens einer Einzelflugsimulation, vorzugsweise einer Mehrzahl an Einzelflugsimulationen, werden an den Rechnerverbund zurückgeführt, um Schallprofile mit sauberen Simulationsdaten, die sich auf mehrere Bahnen beziehen, unter Berücksichtigung von Emissionsdaten, die in einem neunten Schritt S9 von dem externen Modul 118 bereitgestellt werden, zu generieren. In the computer network 120, the attenuation is calculated in a seventh step S7. The attenuation data are returned to the client device 121, where single flight simulations are carried out in an eighth step S8. Results of at least one single flight simulation, preferably a plurality of single flight simulations, are fed back to the computer network in order to generate sound profiles with clean simulation data that relate to several orbits, taking into account emission data that are provided by the external module 118 in a ninth step S9, to generate.

[0252] Basierend auf dem Generieren von Schallprofilen in einem zehnten Schritt S10, der vom Rechnerverbund 120 und/oder dem Client-Gerät 121 vorgenommen werden kann, werden in Kombination mit Bewegungsstatistiken einer Bevölkerung, die in einem elften Schritt S11 vom externen Modul 118 bezogen werden, in einem zwölften Schritt S12 Lärmbelastungskarten erstellt. Basierend auf den Lärmbelastungskarten kann eine Diskussion von Bahnen, Insbesondere Flugrouten mit Hilfe eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung versachlicht werden, so dass alle beteiligten Parteien wie Betreiber, Fluglinien, die Öffentlichkeit sowie Politiker umsetzbare und akzeptable Lösungen für die Planung und Steuerung von Verkehr, insbesondere Luftverkehr, finden können. Based on the generation of sound profiles in a tenth step S10, which can be carried out by the computer network 120 and / or the client device 121, in combination with movement statistics of a population that is obtained from the external module 118 in an eleventh step S11 noise exposure maps are created in a twelfth step S12. Based on the noise pollution maps, a discussion of railways, in particular flight routes, can be objectified with the help of a method according to the present invention, so that all parties involved, such as operators, airlines, the public and politicians, can implement feasible and acceptable solutions for the planning and control of traffic, in particular Air transport, can find.

BEZUGSZEICHENREFERENCE MARK

[0253] 1 Standort Mikrofon eins 2 Standort Mikrofon zwei 3 Standort Mikrofon drei 4 Standort Mikrofon vier 5 Standort Mikrofon fünf 6 Standort Mikrofon sechs 7 Standort Mikrofon sieben 8 Standort Mikrofon acht 9 Standort Mikrofon neun 10 Standort Mikrofon zehn 16 Erste Landebahn (Abflüge) 28 Erste Landebahn (Landungen) 34 Zweite Landebahn 111 Fahrzeug 112 Teilraum 113 Teilraumecke 114 Standort der Quelle 115 Erwartete Bahnkurve 116 Definierte Bahnkurve 117 System 118 Externes Modul 119 Internes Modul 120 Rechnerverbund / Zentralrechner 121 Client-Gerät S Quelle R Empfänger X Längsrichtung J Querrichtung Z Höhenrichtung θ Polarwinkel φ Azimutwinkel ρ Mediumdichte 1 Location microphone one 2 Location microphone two 3 Location microphone three 4 Location microphone four 5 Location microphone five 6 Location microphone six 7 Location microphone seven 8 Location microphone eight 9 Location microphone nine 10 Location microphone ten 16 First runway (departures) 28 First runway (landings) 34 Second runway 111 Vehicle 112 Subspace 113 Subspace corner 114 Location of the source 115 Expected trajectory 116 Defined trajectory 117 System 118 External module 119 Internal module 120 Computer network / central computer 121 Client device S Source R Receiver X Longitudinal direction J Cross direction Z Elevation direction θ polar angle φ azimuth angle ρ medium density

Claims (7)

1. Computerimplementiertes Verfahren zum Errechnen eines Lärmpegels, der von einen Luftfahrzeug als Schallquelle (S, 111), insbesondere einem Flugzeug, das sich bezogen auf den wenigstens einen Empfangspunkt (R) entlang einer definierten Bahnkurve (116) bewegt, erzeugt wird, für wenigstens einen Empfangspunkt (R), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Schallausbreitungsmodells für einen Luftraum, der sich zwischen dem wenigstens einen Empfangspunkt und wenigstens einer erwarteten Bahnkurve (115), entlang welcher die Schallquelle sich bezogen auf den Empfangspunkt voraussichtlich bewegt, erstreckt; Errechnen des Lärmpegels durch Eingeben der definierten Bahnkurve (116) in das Schallausbreitungsmodell; und Berechnen einer Schallausbreitung zwischen der Schallquelle (S, 111) und dem wenigstens einen Empfangspunkt (R) für jeden von einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten (114), die entlang der definierten Bahnkurve angeordnet sind, wobei die Schallausbreitung basierend auf wenigstens einem Schallemissionswert der Schallquelle (S, 111) berechnet wird und der wenigstens eine Schallemissionswert in Abhängigkeit von einem Schallabstrahlungsmuster, das einem Typ der Schallquelle (S, 111) für jeden einer Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten (114), die entlang der definierten Bahnkurve (116) angeordnet sind, zugeordnet ist, berechnet wird.1. Computer-implemented method for calculating a noise level that is generated by an aircraft as a sound source (S, 111), in particular an aircraft that moves along a defined trajectory (116) based on the at least one receiving point (R), for at least a receiving point (R), the method comprising the following steps: Providing a sound propagation model for an air space which extends between the at least one receiving point and at least one expected trajectory (115) along which the sound source is expected to move relative to the receiving point; Calculate the noise level through Inputting the defined trajectory (116) into the sound propagation model; and Calculating a sound propagation between the sound source (S, 111) and the at least one receiving point (R) for each of a number of different sound source locations (114) which are arranged along the defined trajectory, wherein the sound propagation is calculated based on at least one sound emission value of the sound source (S, 111) and the at least one sound emission value depending on a sound radiation pattern that corresponds to a type of sound source (S, 111) for each of a number of different sound source locations (114), the are arranged along the defined trajectory (116), is assigned, is calculated. 2. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schallabstrahlungsmuster auf einem Schallleistungspegel, der dem Typ der Schallquelle (S, 111) zugeordnet ist, basiert.2. The computer-implemented method of claim 1, wherein the sound radiation pattern is based on a sound power level associated with the type of sound source (S, 111). 3. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Schallausbreitungsmodell ein Direktschall-Ausbreitungsszenario und ein komplexes Ausbreitungsszenario umfasst; wobei beim Direktschall-Ausbreitungsszenario eine Direktschallausbreitung zwischen der Schallquelle (S, 111) und dem wenigstens einen Empfangspunkt (R) angenommen wird; und wobei beim komplexen Ausbreitungsszenario eine komplexe Schallausbreitung zwischen der Schallquelle (S, 111) und dem wenigstens einen Empfangspunkt (R) angenommen wird.3. The computer-implemented method according to claim 1, wherein the sound propagation model comprises a direct sound propagation scenario and a complex propagation scenario; wherein in the direct sound propagation scenario a direct sound propagation between the sound source (S, 111) and the at least one receiving point (R) is assumed; and wherein in the complex propagation scenario a complex sound propagation between the sound source (S, 111) and the at least one receiving point (R) is assumed. 4. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 3, wobei für jeden der Anzahl an verschiedenen Schallquellenstandorten (114) ein Sichtlinienwinkel zwischen der Schallquelle (S, 111) und einem Horizont bestimmt wird; wobei das Direktschallausbreitungsmodell auf Sichtlinienwinkel, die eine Geringfügigkeitsschwelle überschreiten, angewendet wird; und wobei angenommen wird, dass bei Sichtlinienwinkeln, die die Geringfügigkeitsschwelle überschreiten, eine komplexe Schallausbreitung vernachlässigbar wird.4. The computer-implemented method of claim 3, wherein for each of the number of different sound source locations (114), a line-of-sight angle between the sound source (S, 111) and a horizon is determined; wherein the direct sound propagation model is applied to line-of-sight angles exceeding an insignificance threshold; and where it is assumed that at line-of-sight angles exceeding the insignificance threshold, complex sound propagation becomes negligible. 5. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst Aufteilen des Luftraums in aneinander angrenzende Teilräume (112); Errechnen eines Teilraummodells für jeden der Teilräume (112) zum Bestimmen einer endlichen Schallausbreitung innerhalb jedes der Teilräume (112); Zusammensetzen des Schallausbreitungsmodells aus den Teilraummodellen, wobei wenigstens ein Grenzbereich zwischen aneinander angrenzenden Teilräumen (112) wenigstens eines von einer virtuellen Schallquelle und einem virtuellen Empfangspunkt für einen virtuellen Schallübertragungswert, der einen zwischen wenigstens zwei aneinander angrenzenden Teilräumen (112) übertragenen virtuellen Schallleistungspegel wiedergibt, wiedergibt.5. The computer-implemented method of any one of claims 1 to 4, further comprising the following steps Dividing the air space into adjacent sub-spaces (112); Calculating a partial space model for each of the partial spaces (112) for determining a finite sound propagation within each of the partial spaces (112); Composition of the sound propagation model from the sub-room models, at least one boundary area between adjacent sub-rooms (112) reproducing at least one of a virtual sound source and a virtual reception point for a virtual sound transmission value which reproduces a virtual sound power level transmitted between at least two adjacent sub-rooms (112) . 6. Computerlesbares Medium, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.6. Computer readable medium comprising computer readable instructions that appear at the execution by a computer cause the latter to carry out a method according to any one of claims 1 to 5. 7. Computersystem (117), umfassend Mittel mit Anweisungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.7. Computer system (117) comprising means with instructions for carrying out the method according to one of claims 1 to 6.
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