Nye kampfly – støysvake, eller tvert imot?

Nils Ivar Nilsen, Fagleder luft- og støyforurensning Forsvarsbygg

På de sivile passasjerflyene har det i de siste 20 år skjedd en stor utvikling mht støynivået fra motorene, fra fly og vinger. Denne utviklingen vil nok ikke være lik for militære jagerfly, grunnet disse flyenes spesielle krav til motoreffekt.

Luftforsvarets F-16 Fighting Falcon (under) kom for fullt til Norge fra 1980 og erstattet den etter hvert så sagnomsuste F-104 Starfighter (over) som hadde kontrollert norsk luftrom under den kalde krigen.

Levetiden for F-16 flyene går nå mot slutten, til tross for flere oppdateringer, og det er behov for å erstatte disse med nye jagerfly innen 2015. Forsvaret har vurdert flere flytyper, men det virker som om de har endt opp med to alternativer. Disse alternativene er det amerikanske Joint Strike Fighter (JSF) og europeiske Eurofighter. Hvilket fly som er det rette for det Norske forsvaret, Norsk industri, Norske skattebetalere osv. er det svært mange meninger om. I dette innlegget ønsker jeg ikke å bidra til den diskusjonen, men heller forsøke å si noe om støy fra jagerfly, og da litt om utviklingen som vi kan forvente.

Hva er dominerende støykilde for støy fra jagerfly?

Jagerfly av i dag er utelukkende motorisert med en eller to jetmotorer. Til forskjell fra sivile passasjerfly som Boeing 737, har jagerfly motor som er av typen «Low-bypass-ratio», mens motorene på Boeing flyet har motorer som er av typen «High-bypass-ratio».

Den store forskjellen er at en motor som står på jagerfly «suger inn» den luften den trenger til turbinen og svært lite mer(40–60% mer). En high-bypass-ratio motor «suger inn» langt mer luft enn den trenger til turbinen(3 til 12 ganger mer).

Dette gjøres av flere årsaker, men de viktigste er drivstofføkonomi og støy. Fra en turbinmotor vil det være flere støykilder slik som innsugningsstøy, turbinstøy, jetstøy osv. Jetstøy er den av disse støykildene som høres best av naboene rundt en flyplass når et fly tar av. Jetstøy lages av turbulens mellom den hurtige jet-strålen som kommer ut i midten av turbinmotoren, og den omgivende luften som står stille. Turbulensen kommer når stillestående luft mikses med jet-strålen fra motoren. Støynivået fra slik jet-støy er avhengig av hastigheten på jet-strålen.

Høyere hastighet gir høyere støynivå. For jagerflymotorer kommer det kun én jet-stråle ut bak motoren. For high-bypass-ratio motorer sendes det i tilegg til en jet-stråle som ligger rundt kjernen. Dette medfører at luften gradvis går over fra hurtig (kjernen) til litt mindre hastighet (jet-strålen som ligger rundt kjernen), og til slutt til den stillestående omgivende luften. Dermed blir det en mykere overgang for en high-bypass motor enn for motoren i jagerflyet. High-bypass motorer har en langt større diameter på turbinen, enn motoren i et jagerfly, noe som bl.a. resulterer i at de aerodynamiske egenskapene ikke tillater overlydshastighet.

Hvilken utvikling er det støymessig for jagerfly?

Den støymessige utviklingen for jagerfly er noe spesiell. Støynivået er svært forskjellig fra flytype til flytype. Dersom en forholder seg til flytyper som vi kjenner her i Norge, har utviklingen vært slik. F-104 Starfighter var et fly med ekstreme ytelser. Dette flyet kom til Norge i 1963. Flyet hadde en rekke rekorder mht ytelse. Både hastighet og høyde-rekorder ble satt med denne flytypen. Starfighteren «bråkte noe forferdelig» ifølge dem som hørte denne. Selv har jeg ikke hatt gleden av å se dette flyet i operativ tilstand. Støydataene for Starfighter’en og F-16 viser imidlertid at de gir stort sett samme lydnivå ved typiske avstander til naboene.

Hvorfor ble Starfighteren oppfattet som mye mer bråkete enn F-16?

Til dette spørsmålet er det nok flere svar, men et av svarene ligger nok i flyegenskapene. Dersom en tar en titt på vingearealet til F-16 (27,8 m2) kontra Starfighter (18,2m2) finner en mye av svaret på flyegenskapene her.

F-16 har et større vingeareal enn Starfighteren, noe som gjør at Starfighteren trenger mer fart for å lette. Starfighteren har sine beste egenskaper ved svært høye hastigheter, noe som medfører at den bruker lang rullebane og har en flatere stigeprofil enn F-16 under normale avganger. Dette fører til at Starfighteren oppholder seg lenger i området hvor den lager støy til naboene. F-16 bruker kortere tid på å komme seg i lufta, stiger brattere,  og gir derfor støy i et kortere tidsrom hos naboene. Dersom en titter videre på ytelsene til flyene så er de som følger:

Tabellen viser at neste generasjon fly har betydelig større skyvekraft enn dagens. De har også samme bypass-ratio som dagens F-16 og fysikkens lover tilsier dermed at den hutige jet-strålen har høyere hastighet på disse flyene. Det er derfor å anta at de lager mer støy ved fullt pådrag enn dagens F-16. Dette er ikke nødvendigvis synonymt med at støynivået hos naboene til flyplassen blir høyere ved disse flyene enn F-16. Dette vil være avhengig av flyenes andre egenskaper.

Som en ser av tabellen har den neste generasjon fly (JSF og Eurofighter), et større vingearal, større vekt og følgelig også økt skyvekraft.

Dersom en ser på skyvekraft/vekt forholdet er dette interessant lesning for å avgjøre ytelse under avgang fra en flyplass. Dersom en antar at de aerodynamiske egenskapene(luftmotstand og flyveegenskaper) er tilnærmet lik for alle flytypene, vil neste generasjon fly kunne lette med maks avgangsvekt med et større ”overskudd” av krefter enn dagens og gårdagens fly. I praksis vil dette si at dersom flyene følger samme avgangsprosedyre og avgangsprofil (stiger like fort osv) vil JSF og Eurofighter kunne ta av uten å bruke 100 % skyvekraft. Å benytte lavere skyvekraft enn 100 % gir også et lavere støynivå. Et alternativ er at de nye flyene bruker sin skyvekraft fullt ut og dermed tar av hurtigere enn dagens fly. En avgang med JSF eller Eurofighter med full effekt vil trolig gi et høyere maksimalt lydnivå hos naboene, men siden flyet oppholder seg i ”hørbar” avstand over et kortere tidsrom vil det gjennomsnittlige lydnivet (som vi gjør isoleringstiltak for nå) muligens være uforandret eller kanskje lavere ved samme aktivitetsnivå.

Dessverre har ikke Forsvarsbygg klart å skaffe tilveie støydata for de nye flyene ennå. Som leseren skjønner, er undertegnede svært spent på hvordan disse støydataene ser ut. Eurofighter er i produksjon per nå, og flyr både i Storbritannia og i Tyskland. Det er derfor mulig at det kommer noen konkrete støydata i den nærmeste fremtid. Dersom noen av leserne som får sjansen til å se og ikke minst høre Eurofighter-flyet tar jeg gjerne imot subjektive lydintrykk.

En jagerflystøyende hilsen Nils Ivar Nilsen, Fagleder luft- og støyforurensning Forsvarsbygg.