Fastställande av gemensamma bedömningsmetoder för buller

EUROPEISKA KOMMISSIONEN HAR ANTAGIT DETTA DIREKTIV

med beaktande av fördraget om Europeiska unionens funktionssätt,

med beaktande av Europaparlamentets och rådets direktiv 2002/49/EG av den 25 juni 2002 om bedömning och hantering av omgivningsbuller, särskilt artikel 6.2, och

(1) Enligt artikel 1 i direktiv 2002/49/EG är direktivets syfte att fastställa ett gemensamt tillvägagångssätt för att på grundval av prioriteringar förhindra, förebygga eller minska skadliga effekter, inbegripet störningar, på grund av exponering för omgivningsbuller. I det syftet ska medlemsstaterna fastställa exponeringen för omgivningsbuller genom kartläggning av buller med bedömningsmetoder som är gemensamma för medlemsstaterna, se till att information om omgivningsbuller och dess effekter görs tillgänglig för allmänheten och anta handlingsplaner på grundval av resultaten från kartläggningen av buller för att förhindra och minska omgivningsbuller där det behövs, särskilt där exponeringsnivåerna kan leda till skadliga effekter för människors hälsa, och för att bevara kvaliteten avseende omgivningsbuller i de fall där den är god.

(2) Enligt artikel 5 i direktiv 2002/49/EG ska medlemsstaterna tillämpa de bullermått (Lden och Lnight) som avses i bilaga I till direktivet för att utarbeta och se över strategisk bullerkartläggning i enlighet med artikel 7.

(3) Enligt artikel 6 i direktiv 2002/49/EG ska värdena för bullermåtten (Lden och Lnight) bestämmas genom de bedömningsmetoder som avses i bilaga II till direktivet.

(4) Enligt artikel 6 i direktiv 2002/49/EG ska kommissionen fastställa gemensamma bedömningsmetoder för att bestämma bullermåtten Lden och Lnight genom en översyn av bilaga II.

(5) Enligt artikel 7 i direktiv 2002/49/EG ska medlemsstaterna se till att strategiska bullerkartor färdigställs senast den 30 juni 2007 och den 30 juni 2012 och därefter ses över och vid behov ändras åtminstone vart femte år.

(6) I direktiv 2002/49/EG föreskrivs att handlingsplaner ska baseras på strategiska bullerkartor. Strategiska bullerkartor ska utarbetas med de gemensamma bedömningsmetoderna när dessa metoder har antagits av medlemsstaterna. Medlemsstaterna får dock även använda andra metoder för att utforma åtgärder som tar hand om prioriterade områden som identifierats med hjälp av de gemensamma metoderna, liksom för att bedöma andra nationella åtgärder för att förhindra och minska omgivningsbuller.

(7) Kommissionen inledde 2008 utarbetandet av en gemensam ram för bedömningsmetoder avseende buller, genom projektet Cnossos-EU (Common Noise Assessment Methods in the EU) under ledning av det gemensamma forskningscentrumet. Projektet genomfördes i nära samråd med den kommitté som inrättats i enlighet med artikel 18 i Europaparlamentets och rådets direktiv 2000/14/EG och med andra experter från medlemsstaterna Resultaten offentliggjordes i det gemensamma forskningscentrumets rapport om Cnossos-EU.

(8) I bilagan till detta direktiv anges de gemensamma bedömningsmetoderna. Medlemsstaterna är skyldiga att använda dessa metoder från och med den 31 december 2018 och framåt.

(9) De bedömningsmetoder som föreskrivs i bilagan till detta direktiv ska, i enlighet med direktivets artikel 2.1, antas senast den 31 december 2018, och fram till detta datum får medlemsstaterna, i enlighet med artikel 6.2 i direktiv 2002/49/EG, fortsätta att använda de befintliga bedömningsmetoder som de tidigare har antagit på nationell nivå.

(10) I enlighet med artikel 12 i direktiv 2002/49/EG ska kommissionen anpassa bilaga II till den tekniska och vetenskapliga utvecklingen.

(11) Förutom anpassningen till den tekniska och vetenskapliga utvecklingen i enlighet med artikel 12 i direktiv 2002/49/EG ska kommissionen sträva efter att ändra bilagan på grundval av erfarenheterna från medlemsstaterna.

(12) De gemensamma bedömningsmetoderna ska också användas för annan EU-lagstiftning om denna lagstiftning hänvisar till bilaga II i direktiv 2002/49/EG.

(13) De åtgärder som föreskrivs i detta beslut är förenliga med yttrandet från den kommitté som inrättats enligt artikel 13 i direktiv 2002/49/EG.

HÄRIGENOM FÖRESKRIVS FÖLJANDE.

Artikel1¶

Bilaga II till direktiv 2002/49/EG ska ersättas med texten i bilagan till det här direktivet.

Artikel2¶

1. Medlemsstaterna ska senast den 31 december 2018 sätta i kraft de lagar och andra författningar som är nödvändiga för att följa detta direktiv. De ska genast överlämna texten till dessa bestämmelser till kommissionen.

När en medlemsstat antar dessa bestämmelser ska de innehålla en hänvisning till detta direktiv eller åtföljas av en sådan hänvisning när de offentliggörs. Närmare föreskrifter om hur hänvisningen ska göras ska varje medlemsstat själv utfärda.

2. Medlemsstaterna ska till kommissionen överlämna texten till de centrala bestämmelser i nationell lagstiftning som de antar inom det område som omfattas av detta direktiv.

Artikel3¶

Detta direktiv träder i kraft dagen efter det att det har offentliggjorts i Europeiska unionens officiella tidning.

Artikel4¶

Detta direktiv riktar sig till medlemsstaterna.

1 EGT L 189, 18.7.2002, s. 12.

2 Europaparlamentets och rådets direktiv 2000/14/EG av den 8 maj 2000 om tillnärmning av medlemsstaternas lagstiftning om buller i miljön från utrustning som är avsedd att användas utomhus (EGT L 162, 3.7.2000, s. 1).

3 Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU) – JRC Reference Report, EUR 25379 EN. Luxemburg: Europeiska unionens publikationsbyrå, 2012, ISBN 978-92-79-25281-5.

BILAGA

BEDÖMNINGSMETODER FÖR BULLERMÅTT (som avses i artikel 6 i direktiv 2002/49/EG)

1. INLEDNING

Värdena Lden och Lnight ska bestämmas vid bedömningspunkterna, genom beräkning enligt den metod som beskrivs i kapitel 2 och de data som beskrivs i kapitel 3. Mätningarna kan utföras enligt kapitel 4.

2. GEMENSAMMA METODER FÖR BULLERBEDÖMNING

2.1 Allmänna bestämmelser – buller från vägtrafik, järnväg och industri

2.1.1 Definitioner för mått, frekvensområde och band

Bullerberäkningar ska definieras i frekvensområdet 63 Hz till 8 kHz. Frekvensbandsresultat ska fastställas för motsvarande frekvensintervall.

Beräkningarna utförs i oktavband för buller från vägtrafik, järnväg och industri, med undantag av ljudeffekten från järnvägsbullrets källa, som beräknas i tredjedelsoktavband. Resultatet av oktavbandsberäkningarna används för att beräkna det A-vägda långtidsmedelvärdet för ljudtrycksnivån för dags-, kvälls- och nattperioden, enligt definitionen i bilaga I och som avses i artikel 5 i direktiv 2002/49/EG. Värdet beräknas för vägtrafikbuller, järnvägsbuller och industribuller, genom addition över alla frekvenser:

där

Ai betecknar den A-vägda korrigeringen enligt IEC 61672-1,

i = frekvensbandsindex,

och T är tidsperioden motsvarande dag, kväll eller natt.

Bullerparametrar:

Övriga fysikaliska parametrar:

2.1.2 Kvalitetsram

Ingångsvärdenas noggrannhet

Alla ingångsvärden som påverkar en källas emissionsnivå ska bestämmas med en minsta noggrannhet motsvarande osäkerheten ±2 dB(A) i källans emissionsnivå (övriga parametrar konstanta).

Standardvärden

När metoden används ska ingångsvärdena motsvara den verkliga tillämpningen. Generellt får standardvärden inte användas och antaganden får inte göras. Standardingångsvärden och antaganden kan godkännas om insamling av reella data förväntas medföra orimligt höga kostnader.

Kvalitet för programvara som används för beräkningar

Den programvara som används för att utföra beräkningarna ska vara förenlig med de metoder som beskrivs här, och programvaran ska generera bevis för lämpligheten genom att certifiera resultaten gentemot testfall.

2.2 Buller från vägtrafik

2.2.1 Beskrivning av källa

Klassificering av fordon

Vägtrafikbullrets källa ska bestämmas genom att kombinera bullret från alla fordon som ingår i trafikflödet. Fordonen grupperas till fem olika kategorier, utifrån deras bulleregenskaper:

Kategori 1: lätta motorfordon

Kategori 2: medeltunga fordon

Kategori 3: tunga fordon

Kategori 4: tvåhjuliga motorfordon

Kategori 5: öppen kategori

Kategorin för tvåhjuliga motorfordon är uppdelad i underklasser för mopeder respektive motorcyklar, eftersom dessa två typer framförs på helt olika sätt och därmed ger upphov till mycket olika värden.

De första fyra kategorierna ska användas. Den femte kategorin är valfri. Den är reserverad för fordon som kan komma att utvecklas i framtiden och behöver en egen kategori på grund av avvikande bulleregenskaper. Kategorin kan användas för exempelvis el- eller hybridfordon eller andra fordon som utvecklas i framtiden och har bulleregenskaper som kraftigt avviker från egenskaperna för kategorierna 1–4.

De olika fordonsklasserna definieras utförligare i tabell [2.2.a].

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

I den här metoden representeras varje fordon (kategori 1, 2, 3, 4 eller 5) av en punktkälla med likformig ljudutstrålning i 2π-halvrymden ovanför marken. Den första reflektionen mot vägbanan behandlas implicit. Som framgår av figur [2.2.a] är punktkällan placerad 0,05 m ovanför vägbanan.

Figur [2.2.a] Position för ekvivalent punktkälla för lätta fordon (kategori 1), tunga fordon (kategorierna 2 och 3) och tvåhjulingar (kategori 4)

Ekvivalent källa (0,05 m höjd)

Ekvivalent källa (0,05 m höjd)

Ekvivalent källa (0,05 m höjd)

Trafikflödet representeras av en källinje. Vid modellering av en väg med flera körfält, bör varje körfält representeras av en källinje som placeras i körfältets centrum. Det är dock även godtagbart att använda en modell med en källinje i mitten av en dubbelriktad väg eller en källinje per körbana i ytterfilen av flerfiliga vägar.

Ljudeffektemission

Allmänna överväganden

Källans ljudeffekt definieras i det ”halvfria fältet”, vilket innebär att den totala ljudeffekten inbegriper ljudets reflektion mot marken direkt under den modellerade källan, där det inte finns några störande objekt i den direkta omgivningen, utom reflektionen mot vägbana som inte är placerad direkt under den modellerade källan.

Trafikflöde

Bullret från ett trafikflöde representeras av en källinje med en viss riktad ljudeffekt per meter och frekvens. Trafikflödets buller är summan av bullret från de enskilda fordonen i trafikflödet, med hänsyn till den tid som fordonen befinner sig på det aktuella vägavsnittet. För att få med enskilda fordons inverkan krävs det en trafikflödesmodell.

Anta att det finns ett konstant trafikflöde av Qm fordon av kategori m per timme, med den genomsnittliga hastigheten vm (km/tim). Den riktade ljudeffekten per meter i frekvensband i för källinje LW′, eq,line,i,m definieras då av

där LW,i,m är den riktade ljudeffekten för ett enskilt fordon. LW′,m uttrycks i dB (re. 10– 12 W/m). Ljudeffektnivåerna beräknas för varje oktavband i, från 125 Hz till 4 kHz.

Komponenten Qm ska uttryckas som ett årsgenomsnitt per timme, per tidsperiod (dag-kväll-natt), per fordonsklass och per källinje. För alla kategorier ska ingångsdata ha samlats in genom trafikräkning eller ha härletts från trafikmodeller.

Hastigheten vm är en representativ hastighet per fordonskategori: I de flesta fall används den lägre hastigheten av den högsta tillåtna hastigheten för vägavsnittet och den högsta tillåtna hastigheten för fordonskategorin. Om det inte finns tillgång till lokala mätdata ska den högsta tillåtna hastigheten för fordonskategorin användas.

Enskilt fordon

I trafikflödet förutsätts alla fordon av kategori m köra med samma hastighet, dvs. vm, som är den genomsnittliga hastigheten för flödet av fordon i den aktuella kategorin.

Ett vägfordon modelleras med ett antal matematiska ekvationer som representerar de två huvudbullerkällorna:

1) Rullningsbuller från kontakten mellan däck och vägbana.

2) Framdrivningsbuller från fordonets drivlina (motor, avgassystem osv.).

Aerodynamiskt buller är inkluderat i rullningsbullerkällan.

För lätta, medeltunga och tunga motorfordon (kategori 1, 2 och 3) är den totala ljudeffekten lika med energisumman av rullningsbullret och framdrivningsbullret. Den totala ljudeffekten från källinjerna m = 1, 2 eller 3 definieras därmed av

där LWR,i,m är rullningsbullrets ljudeffektnivå och LWP,i,m framdrivningsbullrets ljudeffektnivå. Detta gäller för alla hastigheter. För lägre hastigheter än 20 km/tim definieras ljudeffektnivån av vm = 20 km/tim i samma formel.

För tvåhjulingar (kategori 4) beaktas endast källans framdrivningsbuller:

Detta gäller för alla hastigheter. För lägre hastigheter än 20 km/tim definieras ljudeffektnivån av vm = 20 km/tim i samma formel.

2.2.2 Referensförhållanden

Beräkningarna och koefficienterna för källan är giltiga för följande referensförhållanden:

Konstant fordonshastighet.

Plan vägbana.

Lufttemperaturen τref = 20 °C.

En virtuell referensvägbana som består av en genomsnittlig blandning av tät asfaltbetong (0/11) och sma-asfalt (0/11), som är mellan 2 och 7 år gammal och som är i representativt underhållsskick.

En torr vägbana.

Däck utan dubbar.

2.2.3 Rullningsbuller

Generell formel

Rullningsbullrets ljudeffekt i frekvensband i för ett fordon av klass m = 1, 2 eller 3 definieras som

Koefficienterna AR,i,m och BR,i,m anges i oktavband för varje fordonskategori och för referenshastigheten vref = 70 km/tim. ΔLWR,i,m är summan av de korrigeringskoefficienter som ska användas för rullningsbullret under specifika väg- eller fordonsförhållanden som avviker från referensförhållandena:

ΔLWR,road,i,m beskriver hur rullningsbullret påverkas när vägbanans akustiska egenskaper avviker från den virtuella referensbanan enligt definitionen i kapitel 2.2.2. Värdet inkluderar effekten både på utbredningen och på genereringen.

ΔLstudded tyres,i,m är en korrigeringskoefficient för det kraftigare rullningsbullret från lätta fordon som är utrustade med dubbdäck.

ΔLWR,acc,i,m beskriver hur rullningsbullret påverkas av en vägkorsning med trafikljus eller av en rondell. Koefficienten inbegriper effekten av hastighetsförändringar.

ΔLW,temp är en korrigeringsterm som används då den genomsnittliga temperaturen τ avviker från referenstemperaturen τref = 20 °C.

Korrigering för dubbdäck

I situationer där en betydande andel av de lätta fordonen i trafikflödet är utrustade med dubbdäck under flera månader per år, ska dubbdäckens effekt på rullningsbullret beaktas. För varje fordon av kategori m = 1 som är utrustat med dubbdäck, beräknas en hastighetsberoende ökning av rullningsbullret enligt formeln

där koefficienterna ai och bi anges för varje oktavband.

Ökningen av rullningsbullret ska endast hänföras till den andel lätta fordon som är utrustade med dubbdäck, och gälla för en begränsad period Ts (i månader) av året. Om Qstud,ratio är den genomsnittliga andelen av den totala volymen av lätta, dubbdäcksutrustade fordon per timme under perioden Ts (i månader), uttrycks den årliga andelen av dubbdäcksutrustade fordon ps enligt följande:

Korrigeringen av rullningsbullret på grund av dubbdäck för fordon av kategori m = 1 i frekvensband i blir

För fordon av alla andra kategorier ska ingen korrigering utföras:

Lufttemperaturens effekt på rullningsbullerkorrigeringen

Lufttemperaturen påverkar rullningsbullret: rullningsbullrets ljudeffektnivå ökar med högre lufttemperatur. Effekten beaktas i vägbanekorrigeringen. Vägbanekorrigeringar skattas vanligen för lufttemperaturen τref = 20 °C. Om årsgenomsnittet för temperaturen inte är 20 °C ska vägbanebullret korrigeras med

Korrigeringstermen är positiv (dvs. bullret ökar) för temperaturer under 20 °C, och den är negativ (dvs. bullret minskar) för högre temperaturer. Koefficienten K beror på vägbanan och däckegenskaperna, och är generellt även frekvensberoende i viss mån. En generisk koefficient Km = 1 = 0,08 dB/°C för lätta fordon (kategori 1) och Km = 2 = Km = 3 = 0,04 dB/°C för tunga fordon (kategorierna 2 och 3) ska användas för alla vägbanor. Korrigeringskoefficienten ska användas för alla oktavband i intervallet 63–8000 Hz.

2.2.4 Framdrivningsbuller

Generell formel

Framdrivningsbullret inkluderar bullret från motor, avgassystem, kraftöverföring, luftintag osv. Framdrivningsbullrets ljudeffektnivå i frekvensband i för ett fordon av klass m definieras som

Koefficienterna AP,i,m och BP,i,m anges i oktavband för varje fordonskategori och för referenshastigheten vref = 70 km/tim.

ΔLWP,i,m motsvarar summan av de korrigeringskoefficienter som ska användas för framdrivningsbullret under specifika körförhållanden eller lokala förhållanden som avviker från referensförhållandena:

ΔLWP,road,i,m motsvarar hur vägbanan påverkar framdrivningsbullret genom absorption. Beräkningen ska utföras enligt kapitel 2.2.6.

ΔLWP,acc,i,m och ΔLWP,grad,i,m motsvarar effekten av vägens lutning och fordonets acceleration eller retardation vid vägkorsningar. Värdena ska beräknas enligt kapitlen 2.2.4 och 2.2.5.

Effekt av vägens lutning

Vägens lutning påverkar fordonsbullret på två sätt: lutningen inverkar på fordonets hastighet och därmed på rullnings- och framdrivningsbullret. För det andra påverkas motorbelastningen och motorns varvtal av förarens upp- och nedväxlingar, vilket i sin tur påverkar framdrivningsbullret. I det här avsnittet beaktas endast hur framdrivningsbullret påverkas, och konstant hastighet förutsätts.

Väglutningens inverkan på framdrivningsbullret motsvaras av korrigeringstermen ΔLWP,grad,m,, som är en funktion av lutningen s (i %), fordonets hastighet vm (i km/tim) och fordonsklassen m. Om trafikflödet är dubbelriktat måste flödet delas upp i två komponenter, varav den ena ska korrigeras för uppförslutning och den andra för nedförslutning. Korrigeringstermen används för alla oktavband:

För m = 1 ΔLWP,grad,i,m = 1(vm) = Min 12 %; s 6 % 1 % för s < – 6 % (2.2.13) 0 för – 6 % ≤ s ≤ 2 % Min 12 %;s 2 % 1,5 % v m 100 för s > 2 %

För m = 2 ΔLWP,grad,i,m = 2(vm) = Min 12 %; s 4 % 0,7 % v m 20 100 för s < – 4 % (2.2.14) 0 för – 4 % ≤ s ≤ 0 % Min 12 %;s 1 % v m 100 för s > 0 %

För m = 3 ΔLWP,grad,i,m = 3(vm) = Min 12 %; s 4 % 0,5 % v m 10 100 för s < – 4 % (2.2.15) 0 för – 4 % ≤ s ≤ 0 % Min 12 %;s 0,8 % v m 100 för s > 0 %

För m = 4 ΔLWP,grad,i,m = 4 = 0 (2.2.16)

Korrigeringen ΔLWP,grad,m inbegriper indirekt lutningens inverkan på hastigheten.

2.2.5 Effekten av fordonens acceleration och retardation

Före och efter rondeller och vägkorsningar med trafikljus ska en korrigering för fordonets acceleration och retardation användas.

Korrigeringstermerna för rullningsbullret, ΔLWR,acc,m,k, och för framdrivningsbullret, ΔLWP,acc,m,k, är linjära funktioner av avståndet x (i m) mellan punktkällan och den aktuella källinjens närmaste korsning med en annan källinje. Båda korrigeringarna används för alla oktavband:

Koefficienterna CR,m,k och CP,m,k beror på typen av korsning k (k = 1 för en korsning med trafikljus; k = 2 för en rondell) och anges för varje fordonskategori. Korrigeringen inbegriper effekten av hastighetsändringar när fordonet närmar sig eller avlägsnar sig från en korsning eller en rondell.

Observera att vid avståndet |x| ≥ 100 m blir ΔLWR,acc,m,k = ΔLWP,acc,m,k = 0.

2.2.6 Effekten av vägbanetypen

Allmänna principer

För vägbanor med akustiska egenskaper som avviker från referensvägbanans egenskaper, ska en spektral korrigeringsterm för både rullningsbullret och framdrivningsbullret användas.

Vägbanekorrigeringen av rullningsbullret ges av

där

αi,m är den spektrala korrigeringen i dB vid referenshastigheten vref för kategori m (1, 2 eller 3) och spektralband i,

βm är hastighetens bidrag till rullningsbullrets minskning för kategori m (1, 2 eller 3), och värdet är identiskt för alla frekvensband.

Vägbanekorrigeringen för framdrivningsbullret ges av

Absorberande ytor minskar framdrivningsbullret. Icke-absorberande ytor ökar däremot inte framdrivningsbullret.

Ålderns effekt på vägbanans bulleregenskaper

Vägbanors bulleregenskaper varierar med ålder och underhållsgrad. Bullret tenderar att öka ju äldre vägbanan blir. I denna metod har vägbaneparametrarna härletts med målet att ge en representativ bild av de akustiska egenskaperna för den aktuella typen av vägbana, i genomsnitt under dess livslängd, med sedvanligt underhåll.

2.3 Buller från järnväg

2.3.1 Beskrivning av källa

Klassificering av fordon

Definition av fordon och tåg

Vid tillämpning av den här bullerberäkningsmetoden definieras ett fordon som en enskild spårburen delenhet av ett tåg (vanligtvis ett lok, ett självgående fordon, ett draget fordon eller en godsvagn) som kan flyttas oberoende av andra delar och kan avskiljas från resten av tåget. För delenheter som ingår i en fast, odelbar uppsättning, till exempel två delenheter med en gemensam boggi, kan specifika omständigheter uppstå. Vid tillämpning av den här beräkningsmetoden räknas alla sådana delenheter som ett enda fordon.

Vid tillämpning av den här beräkningsmetoden betraktas ett tåg som en uppsättning av sammankopplade fordon.

I tabell [2.3.a] definieras ett gemensamt språk för att beskriva fordonstyperna i källdatabasen. Tabellen innehåller de deskriptorer som ska användas för att klassificera fordonen. Deskriptorerna motsvarar fordonsegenskaper som påverkar den akustiska riktade ljudeffekten per längdmeter av den ekvivalenta modellerade källinjen.

Antalet fordon av varje typ ska fastställas för varje spåravsnitt för var och en av de perioder som ska användas i bullerberäkningen. Värdet ska uttryckas som det genomsnittliga antalet fordon per timme, och det beräknas genom att dividera det totala antalet passerande fordon under en given tidsperiod med antalet timmar i tidsperioden. (Exempel: Om totalt 24 fordon passerar under 4 timmar, blir genomsnittsvärdet 6 fordon i timmen.) Alla fordonstyper som körs på varje spåravsnitt ska användas.

Klassificering av spår och stödstruktur

Befintliga spår kan vara olika eftersom många komponenter och faktorer bidrar till de akustiska egenskaperna. De spårtyper som används i den här metoden listas i tabell [2.3.b] nedan. Vissa komponenter har stor inverkan på de akustiska egenskaperna, medan andra har endast marginell effekt. Generellt har följande faktorer/komponenter störst inverkan på järnvägsbullret: rälshuvudets ytjämnhet, styvheten för mellanläggsplattorna, spåröverbyggnaden, rälsskarvar och kurvradien. Alternativt kan spårets övergripande egenskaper definieras och i så fall är rälshuvudets ytjämnhet och spårets dämpfaktorer enligt ISO 3095 de två viktigaste akustiska parametrarna, utöver spårets kurvradie.

Ett spåravsnitt definieras som en del av ett spår, på en järnvägslinje eller vid en station eller depå, där de fysiska egenskaperna och grundkomponenterna inte ändras.

I tabell [2.3.b] definieras ett gemensamt språk för att beskriva spårtyperna i källdatabasen.

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

Figur [2.3.a] Positioner för ekvivalenta bullerkällor

De ekvivalenta bullerlinjekällorna är placerade på olika höjd i spårets mitt. Alla höjder räknas från det gemensamma horisontalplanet för de två rälernas toppyta.

De ekvivalenta källorna utgörs av ett antal olika fysiska källor (index p). Beroende på genereringsmekanismen delas dessa fysiska källor in i följande olika kategorier: 1) rullningsbuller (inte bara vibrationer från räler och spåröverbyggnad samt hjulvibrationer utan även, i förekommande fall, buller från godsvagnarnas överbyggnad); 2) traktionsljud; 3) aerodynamiskt buller; 4) stötljud (från korsningar, växlar och skarvar); 5) kurvskrik och 6) buller på grund av övriga faktorer såsom broar och viadukter.

1) Hjulens och rälshuvudets ytjämnhet, med tre överföringsvägar till de utstrålande ytorna (räls, hjul och överbyggnad) ger upphov till rullningsljudet. Detta är placerat vid h = 0,5 m (utstrålande ytor A) och representerar buller från spåret, inklusive effekterna av spårytan, särskilt för ballastfria spår (i enlighet med avsnittet om utbredning), buller från hjulen och buller från överbyggnaden (i godståg).

2) Ekvivalenta källhöjder för traktionsljud kan vara mellan 0,5 m (källa A) och 4,0 m (källa B), beroende på den aktuella komponentens fysiska position. Källor såsom transmissionssystem och elmotorer finns ofta vid axelhöjden 0,5 m (källa A). Höjden för ventilationsgaller och kylventiler kan variera. Avgasutloppet i dieseldrivna fordon är ofta placerat vid takhöjden 4,0 m (källa B). Andra källor till traktionsljud, t.ex. fläktar eller dieselmotorblock, kan vara placerade vid höjden 0,5 m (källa A) eller 4,0 m (källa B). Om källans exakta höjd är mellan de modellerade höjderna, fördelas ljudenergin proportionellt över de närmast intilliggande källhöjderna. Av det skälet skattas två källhöjder i den här metoden, den ena vid 0,5 m (källa A) och den andra vid 4,0 m (källa B), och den ekvivalenta ljudeffekten för varje höjd fördelas mellan de två positionerna beroende på den specifika källkonfigurationen för enhetstypen i fråga.

3) Aerodynamiskt buller associeras till källan vid 0,5 m höjd (höljen och skärmar, källa A), och till källan vid 4,0 m höjd (modell för takutrustning och strömavtagare, källa B). Användning av höjden 4,0 m för strömavtagarutrustningens effekt på bullret anses vara en enkel modell, som bör användas med viss reservation om syftet är att välja en lämplig bullerbarriärhöjd.

4) Stötljud associeras till källan på 0,5 m höjd (källa A).

5) Skrikljud associeras till källorna på 0,5 m höjd (källa A).

6) Brobuller associeras till källan på 0,5 m höjd (källa A).

2.3.2 Ljudeffektemission

Generella formler

Enskilt fordon

Modellen för järnvägstrafikbuller beskriver, analogt med modellen för vägtrafikbuller, ljudeffektemissionen från en specifik kombination av fordonstyp och spårtyp som enligt fordons- och spårklassificeringen uppfyller ett antal villkor avseende ljudeffekt per fordon (LW,0).

Trafikflöde

Bullret från ett trafikflöde på varje spår ska representeras av två källinjer som kännetecknas av sin riktade ljudeffekt per meter per frekvensband. Bullret är summan av ljudemissionerna från enskilda passerande fordon i trafikflödet och, när det gäller stillastående fordon, med beaktande av den tid som fordonet befinner sig på spåravsnittet i fråga.

Den riktade ljudeffekten per meter per frekvensband på grund av alla fordon som passerar genom varje spåravsnitt på spårtypen (j), definieras

för varje frekvensband (i),

för varje given källhöjd (h) (för källor vid 0,5 m höjd är h = 1; vid 4,0 m höjd är h = 2),

och är energisumman av alla bidrag från alla fordon som passerar det specifika j:e spåravsnittet. Dessa bidrag beräknas

för alla fordonstyper (t),

vid deras olika hastigheter (s),

under specifika driftförhållanden (konstant hastighet) (c),

för varje källtyp (rullning, stöt, kurvskrik, traktion, aerodynamik och effekter från andra källor, till exempel brobuller) (p).

Följande formel används för att beräkna den riktade ljudeffekten per meter (ingångsvärde i utbredningsberäkningar) för den genomsnittliga trafikblandningen på det j:e spåravsnittet:

där

Tref = referensperiod för genomsnittstrafiken,

X = det totala antalet befintliga kombinationer av i, t, s, c, p för varje j:e spåravsnitt,

t = index för fordonstyper på det j:e spåravsnittet,

s = index för tåghastighet: det finns lika många index som antalet genomsnittliga tåghastigheter på det j:e spåravsnittet,

c = index för driftförhållanden: 1 (för konstant hastighet), 2 (tomgång),

p = index för fysiska källtyper: 1 (för rullnings- och stötljud), 2 (kurvskrik), 3 (traktionsljud), 4 (aerodynamiskt buller), 5 (övriga effekter),

LW′,eq,line,x = x:e riktade ljudeffekten per meter för en källinje för en kombination av t, s, c, p på var j:e spåravsnitt.

Om antalet fordon per timme är Q stycken i ett konstant flöde, där fordonens genomsnittshastighet är v, finns det i genomsnitt vid varje given tidpunkt ett ekvivalent antal Q/v fordon per enhetslängd på spåravsnittet. Fordonsflödets buller i form av riktad ljudeffekt per meter LW′,eq,line (uttryckt i dB/m (re. 10– 12 W)) integreras med

där

Q är det genomsnittliga antalet fordon per timme på det j:e spåravsnittet för fordonstyp t, den genomsnittliga tåghastigheten s och driftförhållandet c,

v är deras hastighet på det j:e spåravsnittet för fordonstyp t och den genomsnittliga tåghastigheten s,

LW,0,dir är den riktade ljudeffektnivån för det specifika bullret (rullning, stötljud, kurvskrik, bromsljud, traktion, aerodynamik, övriga effekter) från ett enskilt fordon, i riktningarna ψ, φ, definierade i förhållande till fordonets rörelseriktning (se figur [2.3.b]).

När det gäller en stationär källa, t.ex. ett fordon i tomgångsläge, antas att fordonet stannar kvar tiden Tidle på en plats inom spåravsnittet med längden L. Med Tref som referensperiod för bullerbedömningen (t.ex. 12 timmar, 4 timmar, 8 timmar), definieras den riktade ljudeffekten per enhetslängd på spåravsnittet, enligt följande formel:

I allmänhet beräknas den riktade ljudeffekten från varje specifik källa enligt formeln

där

ΔLW,dir,vert,i är den vertikala direktivitetskorrigeringen (dimensionslös) som funktion av ψ (figur [2.3.b]),

ΔLW,dir,hor,i är den horisontella direktivitetskorrigeringen (dimensionslös) som funktion av φ (figur [2.3.b]).

Dessutom ska LW,0,dir,i(ψ,φ), efter härledning i tredjedelsoktavband, uttryckas i oktavband, genom energisummering av tredjedelsoktavbanden i varje oktavband.

Figur [2.3.b] Geometrisk definition

Färdriktning

Fordon (ekvivalent punktkälla)

Emissions-riktning

Horisontalplan

I beräkningarna uttrycks sedan källans styrka specifikt i riktad ljudeffekt per meter spår, LW′,tot,dir,i, så att källornas direktivitet i vertikal och horisontell riktning justeras utifrån korrigeringarna.

Flera LW,0,dir, i(ψ,φ) beaktas för varje kombination av fordon, spår, hastighet och driftförhållanden:

För ett tredjedelsoktavfrekvensband (i).

För varje spåravsnitt (j).

Källhöjden (h) (för källor på 0,5 m höjd sätts h = 1, på 4,0 m höjd sätts h = 2).

Källans direktivitet (d).

En uppsättning av LW,0,dir,i (ψ,φ) beaktas för varje kombination av fordon, spår, hastighet och driftförhållanden, för varje spåravsnitt, för höjderna h = 1 och h = 2 och för direktiviteten.

Rullningsbuller

Fordonets respektive spårets andel av rullningsbullret delas upp i fyra huvudkomponenter: hjulens ytjämnhet, rälsens ytjämnhet, överföringsfunktionen till hjulen och överbyggnaden samt överföringsfunktionen till spåret. Hjulens och rälsens ytjämnhet är orsaken till att vibrationer exciteras vid kontaktpunkten mellan rälsen och hjulet, och överföringsfunktionerna är två empiriska eller modellerade funktioner som representerar det komplexa fenomenet med mekaniska vibrationer och ljudgenerering på hjulets, rälsens, sliperns och spårunderlagets ytor. Uppdelningen i dessa komponenter motsvarar det faktum att ojämnheter i rälsen kan excitera vibrationer i rälsen men även i hjulet, och tvärtom. Alla fyra parametrar måste inkluderas. I annat fall kan inte spåren och tågen klassificeras oberoende.

Hjulens och rälsens ytjämnhet

Rullningsbuller exciteras huvudsakligen av rälsens och hjulens ojämnheter, i våglängdsområdet 5–500 mm.

Definition

Ytjämnhetsnivån Lr definieras som 10 ggr tiologaritmen av kvadraten av det kvadratiska medelvärdet, r2, av ytjämnheten hos löpytan på ett hjul eller en räl i rörelseriktningen (longitudinell nivå), mätt i μm över en viss rälslängd eller hela hjuldiametern, dividerat med kvadraten av referensvärdet, r 2 0:

där

r0 = 1 μm,

r = det kvadratiska medelvärdet av den vertikala förflyttningsskillnaden mellan kontaktytan och genomsnittsnivån.

Ytjämnhetsnivån Lr erhålls vanligen som ett spektrum av våglängder λ och ska konverteras till ett frekvensspektrum f = v/λ, där f är centrumbandfrekvensen för ett givet tredjedelsoktavband i Hz, λ är våglängden i m och v är tågets hastighet i km/tim. Ytjämnhetsspektrumet som funktion av frekvensen varierar längs frekvensaxeln för olika hastigheter. I allmänna fall är det nödvändigt att, efter konvertering till frekvensspektrumet utifrån hastigheten, beräkna nya tredjedelsoktavbandsvärden som genomsnittet av två motsvarande tredjedelsoktavband i våglängdsdomänen. För att uppskatta det totala effektiva ytjämnhetsfrekvensspektrumet motsvarande tåghastigheten, ska ett genomsnitt av de två tredjedelsoktavband som har definierats i våglängdsdomänen, beräknas energetiskt och proportionellt.

Rälsens ytjämnhetsnivå (spårsidans ytjämnhet) för det i:e vågnummerbandet definieras som Lr,TR,i.

Analogt definieras hjulets ytjämnhetsnivå (fordonssidans ytjämnhet) för det i:e vågnummerbandet som Lr,VEH,i.

Den totala och effektiva ytjämnhetsnivån för vågnummerband i (LR,tot,i) definieras som energisumman av ytjämnhetsnivåerna för rälsen och hjulet, plus kontaktfilter A3(λ), som tar hänsyn till filtreringseffekten från kontaktytan mellan rälsen och hjulet, och är i dB

uttryckt som en funktion av det i:e vågnummerbandet motsvarande våglängden λ.

Kontaktfiltret beror på räls- och hjultypen och på lasten.

Den totala effektiva ytjämnheten för det j:e spåravsnittet och var t:e fordonstyp vid sin hastighet v ska användas i metoden.

Överföringsfunktion för fordon, spår och överbyggnad

Tre hastighetsberoende överföringsfunktioner, LH,TR,i LH,VEH,i och LH,VEH,SUP,i, definieras. Den första för varje j:e spåravsnitt och de två sista för varje t:e fordonstyp. De används för att relatera den totala effektiva ytjämnhetsnivån till ljudeffekten från spåret, hjulen och överbyggnaden.

Överbyggnadens andel av bullret beaktas endast för godsvagnar, dvs. endast för typen a.

Spårets och fordonets andel av rullningsbullret beskrivs därför fullständigt av dessa överföringsfunktioner och av den totala effektiva ytjämnhetsnivån. När ett tåg är stillastående (tomgång) ska rullningsbullret uteslutas.

För ljudeffekten per fordon beräknas rullningsbullret vid axelns höjd, och som ingångsvärde används den totala effektiva ytjämnhetsnivån LR,TOT,i som funktion av fordonshastigheten v, spårets, fordonets och överbyggnadens överföringsfunktioner LH,TR,i, LH,VEH,i och LH,VEH,SUP,i samt det totala antalet axlar Na:

för h = 1:

där Na är antalet axlar per fordon för den t:e fordonstypen.

Figur [2.3.c] Schema för användning av de olika definitionerna för ytjämnhet och överföringsfunktioner

Spåröverföringsfunktion för slipper-/ballast-/ballastfria spår

Htr

Fordonsöverföringsfunktion för överbyggnadsemission

Hsup

Fordonsöverföringsfunktion för hjul- och boggiemission

Hveh

Ljudeffekt för hjul- och boggiemission

LW,0,veh

Total effektiv ytjämnhet

Ljudeffekt för slipper-/ballast-/ballastfria spår

LW,0,tr

Ljudeffekt för överbyggnadsemission

LW,0,sup

Rälsens ytjämnhet

rtr

Kontaktfilter

Cf

Hjulens ytjämnhet

rveh

Tåghastighet

v

En lägsta hastighet på 50 km/tim (30 km/tim endast för spårvagnar och lätt tunnelbana) ska användas för att bestämma den totala effektiva ytjämnheten och därmed fordonens ljudeffekt. (Ovanstående hastighet påverkar inte fordonets flödesberäkning.) Detta kompenserar för det fel som eventuellt införs genom den förenklade definitionen av rullningsljud, bromsljud och stötljud från korsningar och växlar.

Stötljud (korsningar, växlar och skarvar)

Stötljud kan orsakas av korsningar, växlar och rälsskarvar och liknande. Bullret kan variera i styrka och vara kraftigare än rullningsljudet. Stötljuden ska beaktas för skarvade spår. För stötljud på grund av växlar, korsningar och skarvar i spåravsnitt med högsta hastighet 50 km/tim (30 km/tim endast för spårvagnar och lätt tunnelbana), ska modellering undvikas, eftersom den lägsta hastigheten 50 km/tim (30 km/tim för spårvagnar och lätt tunnelbana) används för att beakta effekter enligt beskrivningen i kapitlet om rullningsbuller. Modellering av stötljud ska även undvikas vid driftvillkor c = 2 (tomgång).

Stötljuden inkluderas i uttrycket för rullningsbullret genom att man (energi)adderar en kompletterande fiktiv ytjämnhetsnivå för stötljud på varje specifikt j:e spåravsnitt där bullret förekommer. Då ska ett nytt värde LR,TOT+IMPACT,i användas i stället för LR,TOT,i så att uttrycket blir

LR,IMPACT,i är ett tredjedelsoktavbandsspektrum (som funktion av frekvens). För att få fram detta frekvensspektrum, anges ett spektrum som en funktion av våglängden λ. Detta konverteras till det relevanta spektrumet som en funktion av frekvensen genom förhållandet λ = v/f, där f är tredjedelsoktavbandets centrumfrekvens i Hz och v är den s:e fordonshastigheten i km/tim för den t:e fordonstypen.

Stötljuden beror på stötarnas kraft och antalet stötar per enhetslängd eller avståndet mellan skarvarna. I en situation där flera stötar förekommer ska ytjämnhetsnivån för stötljud i ovanstående formel därför beräknas enligt följande:

där LR,IMPACT–SINGLE,i är ytjämnhetsnivån för en enskild stöt och nl är skarvtätheten.

Standardvärdet för ytjämnhetsnivån för stötljud ges av en skarvtäthet nl = 0,01 m– 1, vilket innebär en skarv per 100 m spår. I situationer med annan skarvtäthet ska antalet skarvar uppskattas genom justering av skarvdensiteten nl. Det bör noteras att rälsens skarvtäthet ska beaktas vid modellering av spårets layout och segmentering, dvs. det kan vara nödvändigt att använda ett separat källsegment för en spårsträcka med fler skarvar. Värdet LW,0 för spårets, hjul/boggi-enhetens och överbyggnadens effekt ökas med LR,IMPACT,i i +/– 50 m före och efter rälsskarven. För en uppsättning av skarvar ska ökningen appliceras mellan – 50 m före den första skarven och +50 m efter den sista skarven.

Lämpligheten för dessa ljudeffektsspektrum bör verifieras på plats.

För skarvade spår ska standardvärdet 0,01 för nl användas.

Skrikljud

Kurvskrik är en särskild ljudkälla för kurvor. Källan är alltså lokal. Eftersom kurvskrik kan vara kraftiga krävs det en lämplig beskrivning. Kurvskrik beror i allmänhet på krökningen, friktionsförhållanden, tågets hastighet, spår- och hjulgeometri samt dynamik. Emissionsnivån bestäms för kurvor med största radie 500 m och för snävare kurvor och stickspår med mindre radier än 300 m. Bulleremissionen ska vara specifik för varje typ av rullande material, eftersom vissa hjul- och boggityper är mer benägna att avge kurvskrik än andra.

Lämpligheten för dessa ljudeffektsspektrum bör normalt verifieras på plats, särskilt för spårvagnar.

Med en enkel metod ska kurvskriket beaktas genom att, till rullningsbullrets ljudeffektsspektrum (för alla frekvenser), addera 8 dB för R<300 m och 5 dB för 300 m<R<500 m. Kurvskrikets bidrag ska appliceras på spåravsnitt där minst 50 m spårlängd har en radie inom de ovan angivna intervallen.

Traktionsljud

Generellt är traktionsljuden specifika för varje driftförhållande, dvs. för konstant hastighet, retardation, acceleration och tomgång. Trots det modelleras bullret endast för konstant hastighet (giltigt även när tåget retarderar eller accelererar) och för tomgång. Den modellerade källstyrkan motsvarar endast maximal last, vilket resulterar i storheterna LW,0,const,i = LW,0,idling,i. Dessutom motsvarar LW,0,idling,i effekten från alla fysiska källor på ett givet fordon som är hänförliga till ett viss höjd, enligt beskrivningen i 2.3.1.

LW,0,idling,i uttrycks som en statisk bullerkälla i tomgångsläge, under hela tomgångsperioden, och ska användas modellerad som fast punktkälla enligt beskrivningen i följande kapitel om industribuller. Värdet ska beaktas endast om tågen är i tomgångsläge under minst 0,5 timmar.

Ovanstående kvantiteter kan antingen fås fram genom mätning av alla källor vid varje driftförhållande, eller så kan varje delkälla karaktäriseras individuellt genom bestämning av parameterberoende och relativ styrka. Detta kan utföras genom mätningar på ett stationärt fordon, med varierande varvtal för traktionsutrustningen, enligt ISO 3095:2005. Så långt det är relevant måste flera traktionsljudkällor karaktäriseras, och alla källor kanske inte är beroende av tågets hastighet, till exempel

buller från drivlinan, t.ex. dieselmotorer (inklusive insug, avgassystem och motorblock), transmissionssystem, elgeneratorer, som främst beror på motorvarvtalet, och elkällor (t.ex. omvandlare) som mestadels är lastberoende,

buller från fläktar och kylningssystem, som beror på fläktvarvtalet – i vissa fall kan fläktarna vara direkt kopplade till drivlinan,

intermittenta källor som kompressorer, ventiler och andra komponenter med karaktäristiska driftperioder och motsvarande arbetscykelkorrigering av bulleremissionen.

Eftersom ovanstående källor kan bete sig olika vid vart och ett av driftförhållandena, ska traktionsljuden specificeras för dem. Källans styrka fås genom mätningar under kontrollerade förhållanden. I allmänhet uppvisar lok större variation i fråga om belastning, eftersom antalet dragna fordon varierar och därmed även effekten. För fasta tågformationer, t.ex. elektriskt drivna motorvagnståg (EMU-enheter), dieseldrivna motorvagnståg (DMU-enheter) och höghastighetståg, är lasten tydligare definierad.

Källans ljudeffekt är inte entydigt hänförlig till källhöjderna, utan valet beror på det specifika buller och det fordon som bedöms. Värdet ska modelleras vid källa A (h = 1) och vid källa B (h = 2).

Aerodynamiskt buller

Aerodynamiskt buller är endast relevant vid höga hastigheter, över 200 km/tim, och därför bör den första åtgärden vara att kontrollera om det är nödvändigt att beakta den här typen av buller för den specifika tillämpningen. Om rullningsbullrets ytjämnhet och överföringsfunktioner är kända, kan det aerodynamiska bullret extrapoleras till högre hastigheter, och en jämförelse kan göras med befintliga höghastighetsdata, för att kontrollera om högre nivåer genereras. Om tåghastigheten i ett järnvägsnät är högre än 200 km/tim men begränsad till 250 km/tim, är det i vissa fall inte nödvändigt att skatta det aerodynamiska bullret, beroende på fordonets utförande.

Det aerodynamiska bullret anges som en funktion av hastigheten:

där

v0 är en hastighet vid vilken det aerodynamiska bullret dominerar och är satt till 300 km/tim,

LW,0,1,i är en referensljudeffekt som har bestämts för minst två mätpunkter, för källor på känd höjd, t.ex. vid den första boggin,

LW,0,2,i är en referensljudeffekt som har bestämts för minst två mätpunkter, för källor på känd höjd, t.ex. vid fördjupningen för strömavtagaren,

α1,i är en koefficient som har bestämts för minst två mätpunkter, för källor på känd höjd, t.ex. vid den första boggin,

α2,i är en koefficient som har bestämts för minst två mätpunkter, för källor på känd höjd, t.ex. vid fördjupningen för strömavtagaren.

Källans direktivitet

Den horisontella direktiviteten ΔLW,dir,hor,i i dB anges i horisontalplanet och kan som standard antas vara en dipol för effekter från rullning, stötar (rälsskarvar osv.), kurvskrik, bromsning, fläktar och aerodynamik, och anges för varje i:e frekvensband som

Den vertikala direktiviteten ΔLW,dir,ver,i i dB anges av följande beräkning i vertikalplanet för källa A (h = 1), som en funktion av centrumbandfrekvensen fc,i för varje i:e frekvensband, och för – π/2 < ψ< π/2:

För källa B (h = 2) för den aerodynamiska effekten:

ΔLW,dir,ver,i = 0 annars

Direktiviteten ΔLdir,ver,i beaktas inte för källa B (h = 2) för andra effekter, eftersom rundstrålande verkan antas för källor i den positionen.

2.3.3 Övriga effekter

Korrigering för strukturers ljudutstrålning (broar och viadukter)

I en situation där spåravsnittet är beläget på en bro, måste det extra ljud som genereras av brons vibrationer (då tåget passerar bron) beaktas. Broar är komplexa konstruktioner vilket gör det komplicerat att modellera broemissionen som en extrakälla. Därför kompenserar man brobullret genom att öka rullningsbullret. Denna ökning ska modelleras uteslutande genom att addera ett fast värde till ljudeffekten för varje tredjedelsoktavband. Endast rullningsbullrets ljudeffekt modifieras vid korrigering, och det nya värdet LW,0,rolling–and–bridge,i ska användas i stället för LW,0,rolling-only,i:

där Cbridge är en konstant som beror på brotypen och LW,0,rolling–only,i är rullningsbullrets ljudeffekt ovanpå bron, och denna ljudeffekt är endast beroende av fordons- och spåregenskaperna.

Korrigering för andra järnvägsrelaterade bullerkällor

Det kan finnas andra källor, såsom depåer, lastnings-/lossningsområden, stationer, klockor, stationshögtalare osv., som ger upphov till järnvägsbuller. Sådana källor ska hanteras som industribullerkällor (fasta bullerkällor) och ska modelleras, om de är relevanta, enligt följande kapitel om industribuller.

2.4 Buller från industri

2.4.1 Beskrivning av källa

Klassificering av källtyper (punkt, linje, yta)

Industrikällornas omfång och mått kan variera kraftigt. De kan vara stora industrianläggningar eller små koncentrerade källor, såsom mindre verktyg eller maskiner som används i fabriker. Därför är det nödvändigt att använda en lämplig modelleringsteknik för den specifika källa som ska bedömas. Beroende på måtten (dimensionerna) och hur enskilda källor sprids i området, där alla källor ingår i samma industriområde, kan källorna modelleras som punkter, linjer eller ytor. I praktiken baseras beräkningarna av bullereffekten alltid på punktkällor, men flera punktkällor kan användas för att representera en mycket komplex källa som huvudsakligen har formen av en linje eller en yta.

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

Verkliga ljudkällor modelleras som ekvivalenta ljudkällor, som representeras av en eller flera punktkällor, så att den verkliga källans totala ljudeffekt motsvarar summan av ljudeffekterna från de olika punktkällorna.

Följande generella regler ska användas för att definiera antalet punktkällor:

Linje- eller ytkällor där det största måttet är mindre än hälften av avståndet mellan källan och mottagaren kan modelleras som punktkällor.

Källor där det största måttet är större än hälften av avståndet mellan källan och mottagaren bör modelleras som en serie av osammanhängande punktkällor i en linje eller som en serie av osammanhängande punktkällor över en yta, så att villkoret om halva avståndet uppfylls för varje källa. Fördelningen över en yta kan inbegripa vertikal fördelning av punktkällorna.

För källor där de största höjdmåtten är över 2 m eller nära marken, måste källans höjd kontrolleras särskilt noga. Att fördubbla antalet källor och fördela dem endast i z-led, ger inte nödvändigtvis ett bättre resultat för källan.

Om man fördubblar antalet källor över källområdet (i alla dimensioner) kanske resultatet inte förbättras avsevärt, oavsett källa.

Positionen för de ekvivalenta ljudkällorna får inte vara fast, p.g.a det stora antal möjliga konfigurationer för en industrianläggning. Generellt gäller bästa praxis.

Ljudeffektemission

Allmänt

Följande information beskriver den kompletta uppsättningen av indata för ljudutbredningsberäkningar med de metoder som ska användas för bullerkartläggning:

Spektrum för ljudeffektnivå i oktavband.

Arbetstid (dag, kväll, natt, uttryckt som ett genomsnitt beräknat på ett år).

Bullerkällans plats (koordinaterna x, y) och höjden (z).

Typ av källa (punkt, linje, yta).

Mått och riktning.

Källans driftförhållanden.

Källans direktivitet.

Punkt-, linje- eller ytkällans ljudeffekt ska definieras enligt följande:

För en punktkälla är ljudeffekten LW och direktiviteten en funktion av de tre ortogonala koordinaterna (x, y, z).

Två typer av källinjer kan definieras:

Källinjer som representerar transportband, rörledningar osv., där ljudeffekten per meter, LW′, och direktiviteten är en funktion av de två ortogonala koordinaterna i förhållande till källinjens axel.

Källinjer som representerar fordon under förflyttning, där (för varje fordon) ljudeffekten LW och direktiviteten är en funktion av de två ortogonala koordinaterna i förhållande till källinjens axel och där ljudeffekten per meter, LW′, härleds från hastigheten och antalet fordon som passerar längs linjen under dagtid, kvällstid och nattetid. Korrigeringen för arbetstid, som adderas till källans ljudeffekt och ger en korrigerad ljudeffekt som ska användas för beräkningar över varje tidsperiod CW (i dB), beräknas enligt följande: C W 10lg l n 1000 V T 0 (2.4.1) där

V: är fordonets hastighet [km/tim],

n: är antalet passerande fordon per period [–],

l: är källans totala längd [m].

För en ytkälla är ljudeffekten per kvadratmeter LW/m2 och ingen direktivitet antas (källan kan vara horisontell eller vertikal).

Arbetstiden är en viktig inparameter för beräkning av bullernivåer. Arbetstiden ska anges för dags-, kvälls- och nattperioden och, om utbredningen associeras med olika definierade meteorologiska klasser för dags-, natt- respektive kvällsperioden, ska en finare fördelning av arbetstiden anges i delperioder som motsvarar de meteorologiska klasserna. Informationen ska beräknas som ett årsmedelvärde.

Korrigeringen för arbetstid CW (i dB), som adderas till källans ljudeffekt för att få en korrigerad ljudeffekt att använda i beräkningar över varje tidsperiod, beräknas enligt följande:

där

T är den aktiva källtiden per period baserat på ett årsmedelvärde, i timmar,

Tref är en referensperiod i timmar (t.ex. dagsperiod som 12 timmar, kvällsperiod som 4 timmar och nattperiod som 8 timmar).

För mer dominerande källor ska korrigeringen för årsmedelvärdet av arbetstiden skattas åtminstone inom en tolerans på 0,5 dB för att få godtagbar noggrannhet (detta motsvarar mindre än 10 % osäkerhet i definitionen av källans aktiva period).

Källans direktivitet

Källans direktivitet har starkt samband med den ekvivalenta ljudkällans position relativt närliggande ytor. Eftersom utbredningsmetoden tar hänsyn till både den närliggande ytan och ljudabsorptionen, är det viktigt att noggrant beakta de närliggande ytornas plats. Generellt kan följande två situationer urskiljas:

En källas ljudeffekt och direktivitet bestäms och anges relativt en viss verklig källa när denna finns i det fria fältet (terrängeffekten utesluten). Detta överensstämmer med definitionerna för utbredning, om man antar att det inte finns någon närbelägen yta närmare än 0,01 m från källan och att ytor på minst 0,01 m avstånd inkluderas i utbredningsberäkningen.

En källas ljudeffekt och direktivitet bestäms och anges relativt en viss verklig källa om denna är placerad på en specifik plats där ljudeffekten och direktiviteten gör att källan är ekvivalent, eftersom den innefattar den modellerade effekten från närliggande ytor. Detta definieras i det halvfria fältet enligt definitionerna för utbredning. I den här situationen ska de modellerade närliggande ytorna uteslutas från utbredningsberäkningen.

Direktiviteten ska i beräkningen uttryckas som en faktor ΔLW,dir,xyz (x, y, z) som ska adderas till ljudeffekten för att få den korrekta riktade ljudeffekten från en referensljudkälla avseende ljudutbredningen i den angivna riktningen. Faktorn kan anges som en funktion av den riktningsvektor som definieras av (x,y,z) med x 2 y 2 z 2 1. Direktiviteten kan även uttryckas med hjälp av andra koordinatsystem, t.ex. ett vinkelbaserat system.

2.5 Beräkna utbredning av buller från vägtrafikkällor, järnvägskällor och industrikällor

2.5.1 Metodens omfång och tillämplighet

I det här dokumentet beskrivs en metod för att beräkna dämpning av buller vid utbredning utomhus. Med kända egenskaper för källan förutsäger metoden den ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycksnivån vid en mottagarpunkt i följande två typer av atmosfäriska situationer:

Förhållanden som ger refraktion nedåt (positiv vertikal gradient för den effektiva ljudhastigheten) vid utbredning från källan till mottagaren.

Homogena atmosfäriska förhållanden (nollgradient för den effektiva ljudhastigheten) över hela utbredningsområdet.

Den beräkningsmetod som beskrivs i det här dokumentet används för industriell infrastruktur och landtransportinfrastruktur. Den gäller alltså särskilt för vägtrafik- och järnvägsinfrastruktur. Metoden kan användas för flygtransporter, men då endast för buller som genereras vid markoperationer. Starter och landningar beaktas inte i metoden.

Industriell infrastruktur som avger pulsartade eller starka tonala ljud, enligt beskrivningen i ISO 1996-2:2007, omfattas inte av metoden.

Beräkningsmetoden ger inga resultat för förhållanden där ljudet böjs av uppåt under utbredningen (negativ vertikal gradient för den effektiva ljudhastigheten) men sådana förhållanden approximeras med homogena villkor vid beräkning av Lden.

Vid beräkning av dämpningen från atmosfärisk absorption för transportinfrastruktur, beräknas temperatur- och luftfuktighetsförhållandena enligt ISO 9613-1:1996.

Metoden ger resultat per oktavband, från 63 Hz till 8000 Hz. Beräkningarna utförs för var och en av centrumfrekvenserna.

Skärmar och hinder som vid modellering lutar mer än 15° i förhållande till vertikallinjen omfattas inte av beräkningsmetoden.

En enstaka skärm hanteras i en diffraktionsberäkning. Två eller fler skärmar hanteras som en serie av enskilda diffraktioner, enligt den metod som beskrivs nedan.

2.5.2 Definitioner

Alla avstånd, längder, mått och höjder som används i det här dokumentet uttrycks i meter (m).

Beteckningen MN står för avståndet i tre dimensioner (3D) mellan punkterna M och N, uppmätt i rät linje mellan de två punkterna.

Beteckningen M̂N står för den krökta utbredningsvägen mellan punkterna M och N under gynnsamma förhållanden.

Det är brukligt att mäta verklig höjd vertikalt, vinkelrätt mot horisontalplanet. Höjden för punkter ovan mark betecknas h. Absoluta höjder för punkter och absoluta markhöjder betecknas med bokstaven H.

För att kunna ta hänsyn till markens struktur längs utbredningsriktningen införs begreppet ”ekvivalent höjd”, vilket betecknas med bokstaven z. Denna ersätter verkliga höjder i beräkningar av markens effekt.

Ljudnivåerna, som betecknas med bokstaven L, uttrycks i dB per frekvensband när indexet A utesluts. Ljudnivåerna i dB(A) tilldelas indexet A.

Summan av ljudnivåerna från ömsesidigt osammanhängande källor betecknas med symbolen  enligt följande definition:

2.5.3 Geometriska överväganden

Källsegmentering

Verkliga källor beskrivs av en uppsättning punktkällor eller, när det gäller järnvägstrafik eller vägtrafik, av osammanhängande källinjer. I utbredningsmetoden antas att linje- eller ytkällor redan har delats upp för att representeras av en uppsättning ekvivalenta punktkällor. Uppdelningen kan ha utförts vid förbearbetning av källinformationen eller kan utföras i beräkningsprogramvarans kurvberäkningskomponent. En beskrivning av hur detta moment utförs faller utom ramarna för den metod som beskrivs här.

Utbredningsvägar

Metoden baseras på en geometrisk modell bestående av ett antal relaterade mark- och föremålsytor. En vertikal utbredningsväg innebär utbredning på ett eller flera vertikalplan i förhållande till horisontalplanet. För utbredningsvägar där det sker reflektion mot vertikala ytor som inte är ortogonala mot händelseplanet, beaktas ytterligare ett vertikalplan, inklusive den reflekterade delen av utbredningsvägen. I sådana situationer, där flera vertikalplan används för att beskriva hela utbredningsvägen från källan till mottagaren, plattas vertikalplanen sedan ut, som när man vecklar ut en vikskärm.

Signifikanta höjder ovan mark

De ekvivalenta höjderna erhålls från det genomsnittliga jordplanet mellan källan och mottagaren. Den verkliga marken ersätts alltså av ett fiktivt plan som representerar markytans genomsnittsprofil.

Figur 2.5.a Ekvivalenta höjder i förhållande till marken

1: Verklig profil

2: Genomsnittsplan

Den ekvivalenta höjden för en punkt är dess ortogonala höjd i förhållande till det genomsnittliga jordplanet. Därmed kan den ekvivalenta källhöjden zs och den ekvivalenta mottagarhöjden zr definieras. Det projicerade avståndet mellan källan och mottagaren över det genomsnittliga jordplanet betecknas med dp.

Om den ekvivalenta höjden för en punkt blir negativ, dvs. om punkten är placerad under det genomsnittliga jordplanet används höjden noll, och den ekvivalenta punkten är således identisk med dess möjliga spegelbild.

Beräkning av genomsnittsplanet

I utbredningsvägens plan kan topografin (terräng, kullar, vallar och andra byggda hinder, byggnader osv.) beskrivas av en sorterad uppsättning av diskreta punkter (xk, Hk); k є {1,…,n}. Punktuppsättningen beskriver en segmenterad linje, dvs. en linje bestående av ett antal raka segment Hk = akx + bk, x є [xk, xk+ 1]; k є {1,….n}, där

Genomsnittsplanet representeras av den räta linjen Z = ax + b; x є [x1, xn], som approximeras mot den segmenterade linjen med hjälp av minstakvadratmetoden. Formeln för genomsnittslinjen kan erhållas analytiskt.

Med

ges koefficienterna för den räta linjen av

där segment med xk + 1 = xk ska ignoreras vid utvärdering av ekv. 2.5.3.

Reflektioner mot byggnadsfasader och andra vertikala hinder

För att ta hänsyn till buller från reflektioner används spegelkällor, som beskrivs nedan.

2.5.4 Modell för ljudutbredning

För en mottagare R görs beräkningarna i följande steg:

1) För varje utbredningsväg utförs

beräkning av dämpningen under gynnsamma förhållanden,

beräkning av dämpningen under homogena förhållanden,

beräkning av långsiktig ljudnivå för varje utbredningsväg.

2) Ackumulering av de långsiktiga ljudnivåerna för alla banor som påverkar en specifik mottagare, vilket gör det möjligt att beräkna den totala ljudnivån i mottagarpunkten.

Observera att endast dämpningar som beror på markeffekten (Aground) och diffraktionen (Adif) påverkas av de meteorologiska förhållandena.

2.5.5 Beräkningsprocess

För en punktkälla S med den riktade ljudeffekten Lw,0,dir och för ett givet frekvensband, beräknas det ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycket i mottagarpunkten R under de givna atmosfäriska förhållandena enligt formlerna nedan.

Ljudnivå under gynnsamma förhållanden (LF) för en utbredningsväg (S,R)

Termen AF representerar den totala dämpningen längs utbredningsvägen under gynnsamma förhållanden, och delas upp enligt:

där

Adiv är dämpningen på grund av geometrisk divergens,

Aatm är dämpningen på grund av atmosfärisk absorption,

Aboundary,F är dämpningen på grund av utbredningsmediets gränser under gynnsamma förhållanden. Den kan innehålla följande termer:

Aground,F som är dämpningen på grund av marken under gynnsamma förhållanden.

Adif,F som är dämpningen på grund av diffraktion under gynnsamma förhållanden.

Följande två scenarier är möjliga för en given utbredningsväg och ett givet frekvensband:

Aground,F beräknas utan diffraktion (Adif,F = 0 dB) och med Aboundary,F = Aground,F.

Adif,F beräknas. Markeffekten beaktas i Adif,F -beräkningen (Aground,F = 0 dB). Detta ger att Aboundary,F = Adif,F.

Ljudnivå under homogena förhållanden (LH) för en utbredningsväg (S,R)

Proceduren är fullständigt identisk med den för gynnsamma förhållanden, som beskrevs i det föregående avsnittet.

Termen AH representerar den totala dämpningen längs utbredningsvägen under homogena förhållanden, och bryts ned så här:

där

Adiv är dämpningen på grund av geometrisk divergens,

Aatm är dämpningen på grund av atmosfärisk absorption,

Aboundary,F är dämpningen på grund av utbredningsmediets gränser under homogena förhållanden. Den kan innehålla följande termer:

Aground,H som är dämpningen på grund av marken under homogena förhållanden.

Adif,H som är dämpningen på grund av diffraktion under homogena förhållanden.

Följande två scenarier är möjliga för en given utbredningsväg och ett givet frekvensband:

Αground,H beräknas (Adif,H = 0 dB) utan diffraktion och med Aboundary,H =Αground,H;

Adif,H beräknas (Αground,H = 0 dB). Markeffekten beaktas i Adif,H -beräkningen. Detta ger att Aboundary,H = Adif,H.

Statistisk metod för utbredningsväg (S,R) i urbana områden

I urbana områden får även en statistisk metod användas för att beräkna ljudutbredningen bakom den första raden av byggnader, förutsatt att metoden är fullständigt dokumenterad, med all relevant information om metodens lämplighet och egenskaper. Metoden kan användas i stället för beräkningen av Aboundary,H och Aboundary,F genom approximering av den totala dämpningen för den direkta utbredningsvägen och alla reflektioner. Beräkningen baseras på en genomsnittlig byggnadsdensitet och den genomsnittliga höjden för byggnaderna i området.

Långsiktig ljudnivå för en utbredningsväg (S,R)

Den långsiktiga ljudnivån längs en utbredningsväg som börjar vid en given punktkälla, beräknas som den logaritmiska summan av den viktade ljudenergin under homogena förhållanden och ljudenergin under gynnsamma förhållanden.

Dessa ljudnivåer viktas med hjälp av den genomsnittliga förekomsten p av gynnsamma förhållanden i utbredningsvägens riktning (S,R):

Anmärkning: Förekomstvärdena för p uttrycks i procent. Om förekomstvärdet är till exempel 82 %, blir p = 0,82 i beräkning (2.5.9).

Långsiktig ljudnivå vid punkten R för alla utbredningsvägar

Den långsiktiga ljudnivån vid mottagaren för ett frekvensband, beräknas som energisumman av bidragen från alla (n) vägar, för alla typer:

där

n är indexet för utbredningsvägarna mellan S och R.

Hur reflektion beaktas med hjälp av spegelkällor beskrivs närmare längre fram i dokumentet. Den procentuella andelen gynnsamma förhållanden för en utbredningsväg som reflekteras på ett vertikalt hinder, antas vara identisk med förekomsten av den direkta utbredningsvägen.

Om S′ är spegelkällan för S så antas förekomsten p′ för utbredningsvägen (S′,R) vara lika med förekomsten p för utbredningsvägen (Si,R).

Långsiktig ljudnivå vid punkten R i decibel A (dBA)

Den totala ljudnivån i decibel A (dBA) fås genom att summera nivåerna i varje frekvensband:

där i är frekvensbandets index. AWC är den A-vägda korrigeringen enligt den internationella standarden IEC 61672-1:2003.

Denna nivå LAeq,LT är det slutliga resultatet, dvs. den A-vägda medelljudtrycksnivån vid mottagarpunkten för ett visst referenstidsintervall (t.ex. dag eller kväll, eller natt eller en kortare period under dagen, kvällen eller natten).

2.5.6 Beräkna utbredning av buller från vägtrafikkällor, järnvägskällor och industrikällor

Geometrisk divergens

Dämpningen på grund av geometrisk divergens, Adiv, är en minskning av ljudnivån på grund av utbredningsavståndet. För en punktljudkälla i ett fritt fält ges dämpningen i dB av

där d är det direkta tredimensionella lutande avståndet mellan källan och mottagaren.

Atmosfärisk absorption

Dämpningen på grund av atmosfärisk absorption Aatm under utbredning över avståndet d anges i dB och ges av följande beräkning:

där

d är det direkta tredimensionella lutande avståndet mellan källan och mottagaren i m,

αatm är den atmosfäriska dämpningskoefficienten i dB/km vid den nominella centrumfrekvensen för varje frekvensband, i enlighet med ISO 9613-1.

Värdena för koefficienten αatm anges för temperaturen 15 °C, 70 % relativ luftfuktighet och 101325 Pa atmosfäriskt tryck. Värdena beräknas med frekvensbandets exakta centrumfrekvenser. Värdena överensstämmer med ISO 9613-1. Ett meteorologiskt långtidsmedelvärde ska användas om det finns tillgång till meteorologiska data.

Markeffekt

Dämpningen på grund av markeffekten är huvudsakligen ett resultat av interferensen mellan det reflekterade ljudet och det ljud som breder ut sig direkt från källan till mottagaren. Den har ett samband med den akustiska absorptionen hos marken som ljudvågen breder ut sig över, men beror även i hög grad på de atmosfäriska förhållandena under utbredningen, eftersom brytning av ljudstrålen ändrar utbredningsvägens höjd ovan marken, vilket i sin tur ändrar effekterna från marken (nära källan).

Om utbredningen mellan källan och mottagaren påverkas av hinder i utbredningsplanet, beräknas markeffekten separat på käll- och mottagarsidan. I en sådan situation avses med zs och zr den ekvivalenta käll- och/eller mottagarpositionen, såsom anges där beräkningen av diffraktionen Adif beskrivs.

Akustisk karaktärisering av marken

De akustiska absorptionsegenskaperna hos marken är främst kopplade till dess porositet. Kompakt mark är i allmänhet reflekterande och porös mark i högre grad absorberande.

För de faktiska beräkningarna representeras markens akustiska absorption av den dimensionslösa koefficienten G, som är mellan 0 och 1. G är oberoende av frekvensen. Tabell 2.5.a innehåller G-värden för mark utomhus. I allmänhet blir genomsnittet för koefficienten G över en utbredningsväg ett värde mellan 0 och 1.

Gpath definieras som den befintliga andelen absorberande mark över hela den aktuella utbredningsvägen.

När källan och mottagaren finns i närheten av varandra, så att dp ≤ 30(zs + zr), kan skillnaden mellan marktypen nära källan och marktypen nära mottagaren förbises. I en sådan situation korrigeras markfaktorn Gpath enligt följande:

där Gs är källområdets markfaktor. Gs = 0 för vägytor, ballastfria spår. Gs = 1 för järnvägsspår på ballast. Det finns inget generellt svar i fråga om industriella källor och anläggningar.

G kan kopplas till flödesresistiviteten.

Figur 2.5.b Bestämning av markkoefficienten Gpath över en utbredningsväg

Väg G=0

Parkering G=0

Odlingsfält G=1

Trädgårdar G=1

I de två följande underavsnitten om beräkningar för homogena och gynnsamma förhållanden introduceras de allmänna beteckningarna Ḡw och Ḡm för markens absorption. Tabell 2.5.b ger sambandet mellan dessa beteckningar och variablerna Gpath och G′path.

Beräkningar för homogena förhållanden

Dämpningen på grund av marken under homogena förhållanden beräknas enligt följande formler:

om Gpath ≠ 0

där

fm är den nominella centrumfrekvensen för frekvensbandet i fråga (angett i Hz), c är ljudets hastighet i luft, som är lika med 340 m/s och Cf definieras av

där värdena för w ges av följande formel:

Ḡw kan vara lika med antingen Gpath eller G′path, beroende på om markeffekten beräknas med eller utan diffraktion och enligt markens egenskaper under källan (verklig eller diffrakterad källa). Detta anges i följande underavsnitt och sammanfattas i tabell 2.5.b.

är den lägre gränsen för Aground,H.

För en utbredningsväg (Si,R) under homogena förhållanden utan diffraktion:

Ḡw = G′path

Ḡm = G′path

Med diffraktion, se avsnittet om diffraktion för att få definitionerna av Ḡw och Ḡm.

om Gpath = 0: Aground,H = – 3 dB

Termen – 3(1 – Ḡm) inbegriper det faktum att den första reflektionen på källsidan inte sker på den hårda ytan utan på naturlig mark, om det är långt avstånd mellan källan och mottagaren.

Beräkning för gynnsamma förhållanden

Markens effekt under gynnsamma förhållanden beräknas med formeln för Aground,H, förutsatt att följande modifieringar görs:

Om Gpath ≠ 0

a) I formeln för Aground,H, byts höjderna zs och zr ut mot zs + δ zs + δ zT respektive zr + δ zr + δ zT där δz s a 0 z s z s z r 2 d 2 p 2 (2.5.19) δz r a 0 z r z s z r 2 d 2 p 2 ao = 2 × 10– 4 m– 1 är den omvända krökningsradien δz T 6 10 3 d p z s z r

b) Den lägre gränsen för Aground,F beror på utbredningsvägens geometri: (2.5.20)

Om Gpath = 0 Aground,F, = Aground,F,min

Höjdkorrigeringarna δ zs och δ zr förmedlar effekten av ljudstrålens avböjning. δ zT står för effekten av turbulens.

Ḡm kan också vara lika med antingen Gpath eller G′path beroende på om markeffekten beräknas med eller utan diffraktion och enligt markens egenskaper under källan (verklig eller diffrakterad källa). Detta anges i följande underavsnitt.

För en utbredningsväg (Si,R) under gynnsamma förhållanden utan diffraktion:

Ḡw = Gpath i formel (2.5.17);

Ḡm = G′path.

Med diffraktion, se nästa avsnitt för att få definitionerna av Ḡw och Ḡm.

Diffraktion

I regel gäller att diffraktionen ska undersökas högst upp på varje hinder i utbredningsvägen. Om utbredningen passerar ”tillräckligt högt” ovanför diffraktionskanten kan Adif = 0 användas och en direkt vy kan beräknas, särskilt genom att skatta Aground.

I praktiken jämförs vägskillnaden δ för varje frekvensbands centrumfrekvens med kvantiteten – λ/20. Om ett hinder inte ger upphov till diffraktion, och detta har fastställs exempelvis utifrån Rayleighs kriterium, behöver man inte beräkna Adif för frekvensbandet i fråga. I en sådan situation är alltså Adif = 0. I annat fall beräknas Adif enligt beskrivningen i återstoden av denna del. Denna regel gäller för både homogena och gynnsamma villkor, för både enkel och flerfaldig diffraktion.

När det görs en beräkning för ett givet frekvensband enligt beskrivningen i detta avsnitt, sätts Aground till 0 dB vid beräkning av den totala dämpningen. Markeffekten beaktas direkt i den generella diffraktionsberäkningen.

De beräkningar som föreslås här används för att hantera diffraktionen vid tunna skärmar, tjocka skärmar, byggnader, jordvallar (naturliga eller artificiella) och vid kanter på bankar, skärningar och viadukter.

Om utbredningsvägen innehåller flera hinder som genererar diffraktion, antas att dessa hinder genererar flerfaldig diffraktion. I en sådan situation används det förfarande som beskrivs i följande avsnitt om beräkning av vägskillnad.

De förfaranden som beskrivs här används för att beräkna dämpningen under både homogena och gynnsamma förhållanden. Strålens avböjning beaktas när vägskillnaden beräknas och för att beräkna markeffekterna före och efter diffraktionen.

Allmänna principer

Figur 2.5.c visar den allmänna metoden för beräkning av dämpning på grund av diffraktion. I metoden delas utbredningsvägen upp i två delar: dels ”källsidans väg”, som finns mellan källan och diffraktionspunkten, och dels ”mottagarsidans väg”, som finns mellan diffraktionspunkten och mottagaren.

Följande beräknas:

En markeffekt, källsidan, Δground(S,O).

En markeffekt, mottagarsidan, Δground(O,R).

Tre diffraktioner:

Mellan källan S och mottagaren R: Δdif(S,R).

Mellan spegelkällan S′ och R: Δdif(S′,R).

Mellan S och spegelmottagaren R′: Δdif(S,R′).

Figur 2.5.c Geometri för beräkning av dämpning på grund av diffraktion

1: Källsida

2: Mottagarsida

där

S är källan,

R är mottagaren,

S′ är spegelkällan relativt det genomsnittliga jordplanet på källsidan,

R′ är spegelmottagaren relativt det genomsnittliga jordplanet på mottagarsidan,

O är diffraktionspunkten,

zs är den ekvivalenta höjden för källan S relativt det genomsnittliga jordplanet på källsidan,

zo,s är den ekvivalenta höjden för diffraktionspunkten O relativt det genomsnittliga jordplanet på källsidan,

zr är den ekvivalenta höjden för mottagaren R relativt det genomsnittliga jordplanet på mottagarsidan,

zo,r är den ekvivalenta höjden för diffraktionspunkten O relativt det genomsnittliga jordplanet på mottagarsidan.

Markens ojämnheter mellan källan och diffraktionspunkten, och mellan diffraktionspunkten och mottagaren, beaktas med hjälp av ekvivalenta höjder. Dessa beräknas relativt det genomsnittliga jordplanet, först för källsidan och sedan för mottagarsidan (dvs. två genomsnittliga jordplan), enligt den metod som beskrivs i underavsnittet om signifikanta höjder ovan mark.

Ren diffraktion

För ren diffraktion, utan effekter från marken, ges dämpningen av

där

λ är våglängden vid den nominella centrumfrekvensen för frekvensbandet i fråga,

δ är vägskillnaden mellan den diffrakterade vägen och den direkta vägen (se nästa underavsnitt om beräkning av vägskillnad),

C″ är en koefficient som används för att beakta flera diffraktioner:

C″ = 1 för en enda diffraktion.

Om flera diffraktioner förekommer och e är det sammanlagda vägavståndet, O1 till O2 + O2 till O3 + O3 till O4 enligt ”gummibandsmetoden”, (se figurerna 2.5.d och 2.5.f) och om e överskrider 0,3 m (i annat fall C″ = 1), definieras denna koefficient av

Värdena för Δdif är fasta:

Om Δdif < 0: Δdif = 0 dB.

Om Δdif > 25: Δdif = 25 dB för en diffraktion vid en horisontell kant och endast på termen Δdif som förekommer i beräkningen av Adif. Denna övre gräns ska inte användas i Δdif-termer som förkommer i beräkningen av Δground, och inte för en diffraktion vid en vertikal kant (lateral diffraktion) vid kartläggning av industribuller.

Beräkning av vägskillnaden

Vägskillnaden δ beräknas i ett vertikalt plan som innehåller källan och mottagaren. Vägskillnaden skattas genom approximering enligt Fermats princip, och skattningen kan användas här (källinjer). Vägskillnaden δ beräknas enligt följande figurer, beroende på situationen i fråga.

Homogena förhållanden

Figur 2.5.d Beräkning av vägskillnaden under homogena förhållanden. O, O1 och O2 är diffraktionspunkterna

Anmärkning: Uttrycket δ ges för varje konfiguration.

Gynnsamma förhållanden

Figur 2.5.e Beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden (enkel diffraktion)

3:e situationen

2:a situationen

1:a situationen

Under gynnsamma förhållanden antas att de tre krökta ljudstrålarna SO, OR och SR har den identiska krökningsradien Γ, som definieras av

Längden för ljudstrålens krökning MN betecknas M̂N under gynnsamma förhållanden. Denna längd är lika med

I princip ska tre scenarier beaktas vid beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden δF (se figur 2.5.e). I praktiken räcker det med två ekvationer:

Om den räta ljustrålen SR blockeras av hindret (1:a och 2:a situationen i figur 2.5.e): (2.5.26)

Om den räta ljudstrålen SR inte blockeras av hindret (3:e situationen i figur 2.5.e): (2.5.27)

där A är skärningspunkten mellan den räta ljudstrålen SR och hindrets förlängning.

För flera diffraktioner under gynnsamma förhållanden:

Bestäm det konvexa ”hölje” som definieras av de olika möjliga diffraktionskanterna.

Eliminera diffraktionskanter som inte ligger på kanten av det konvexa höljet.

Beräkna δF baserat på den krökta ljudstrålens längder, genom att bryta ned den diffrakterade vägen till så många segment som behövs (se figur 2.5.f) (2.5.28)

Figur 2.5.f Exempel på beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden när flera diffraktioner förekommer

I det scenario som illustreras av figur 2.5.f är vägskillnaden

Beräkning av dämpningen Adif

Dämpningen på grund av diffraktion, med hänsyn till markeffekterna på källsidan och mottagarsidan, beräknas enligt följande allmänna formler:

där

Δdif (S,R) är dämpningen på grund av diffraktion mellan källan S och mottagaren R,

Δground(S,O) är dämpningen på grund av markeffekten på källsidan, viktad utifrån diffraktionen på källsidan, där det förutsätts att O = O1 i situationer med flera diffraktioner, som i figur 2.5.f.

Δground(O,R) är dämpningen på grund av markeffekten på mottagarsidan, viktad utifrån diffraktionen på mottagarsidan (se nästa underavsnitt om beräkning av termen Δground(O,R)).

Beräkning av termen Δground(S,O)

där

Aground(S,O) är dämpningen på grund av markeffekten mellan källan S och diffraktionspunkten O. Termen beräknas enligt beskrivningen i ett tidigare underavsnitt om beräkningar för homogena förhållanden, och i ett tidigare underavsnitt om beräkning för gynnsamma förhållanden, med följande hypoteser: zr = zo,s.

Gpath beräknas mellan S och O.

Under homogena förhållanden: Ḡw = G′path i ekvation (2.5.17), Ḡm = G′path i ekvation (2.5.18).

Under gynnsamma förhållanden: Ḡw = Gpath i ekvation (2.5.17), Ḡm = G′path i ekvation (2.5.20).

Δdif(S′,R) är dämpningen på grund av diffraktion mellan spegelkällan S′ och R, beräknat som i ett tidigare underavsnitt om ren diffraktion.

Δdif(S,R) är dämpningen på grund av diffraktionen mellan S och R, beräknat enligt beskrivningen i underavsnitt VI.4.4.b.

Beräkning av termen Δground(O,R)

där

Aground (O,R) är dämpningen på grund av markeffekten mellan diffraktionspunkten O och mottagaren R. Denna term beräknas så som beskrivs i ett tidigare underavsnitt om beräkning för homogena förhållanden och i ett tidigare underavsnitt om beräkningar för gynnsamma förhållanden, med följande hypoteser: zs = zo,r.

Gpath beräknas mellan O och R.

Korrigeringen G′path behöver inte beaktas här, eftersom källan i fråga är diffraktionspunkten. Därför måste Gpath användas i beräkningen av markeffekterna, och även för beräkning av den lägre gränsen, som blir – 3(1 – Gpath).

För homogena förhållanden är Ḡw = Gpath i ekvation (2.5.17) och Ḡm = Gpath i ekvation (2.5.18).

För gynnsamma förhållanden är Ḡw = Gpath i ekvation (2.5.17) och Ḡm = Gpath i ekvation (2.5.20).

Δdif(S,R′) är dämpningen på grund av diffraktionen mellan S och spegelmottagaren R′, beräknat enligt beskrivningen i det tidigare avsnittet om ren diffraktion.

Δdif(S,R) är dämpningen på grund av diffraktionen mellan S och R, beräknat enligt beskrivningen i ett tidigare underavsnitt om ren diffraktion.

Scenarier med vertikala kanter

Ekvation (2.5.21) kan användas för att beräkna diffraktionerna vid vertikala kanter (laterala diffraktioner) i fråga om industribuller. I en sådan situation antas att Adif = Δ dif(S,R) och termen Aground behålls. Dessutom ska Aatm och Aground beräknas utifrån utbredningsvägens totala längd. Adiv beräknas fortfarande utifrån avståndet d. Ekvationerna (2.5.8) och (2.5.6) blir

Δdif används för homogena förhållanden i ekvation (2.5.34).

Reflektioner mot vertikala hinder

Dämpning genom absorption

Reflektioner mot vertikala hinder hanteras med hjälp av spegelkällor. Reflektioner mot byggnadsfasader och bullerskydd behandlas därmed på detta sätt.

Ett hinder anses vara vertikalt om dess lutning relativt vertikalplanet är mindre än 15°.

Föremål som lutar mer än 15° relativt vertikalplanet beaktas inte.

Hinder där minst ett mått är mindre än 0,5 m ska förbises vid reflektionsberäkning, utom i vissa specialkonfigurationer.

Observera att reflektionerna mot marken inte behandlas här. De beaktas i beräkningarna av dämpningen på grund av utbredningsmediets gränser (mark, diffraktion).

Om LWS är effektnivån för källan S, och αr är absorptionskoefficienten för ytan på ett hinder enligt definitionen i EN 1793-1:2013, så är effektnivån för spegelkälla S′

där 0 ≤ αr < 1

Utbredningens dämpningar enligt ovanstående beskrivningar tillämpas sedan för denna väg (spegelkälla, mottagare), som för en direkt väg.

Figur 2.5.g Speglande reflektion mot ett hinder, hanterat med hjälp av metoden för spegelkälla (S: källa, S′: spegelkälla, R: mottagare)

Dämpning genom retrodiffraktion

Vid reflektion mot ett vertikalt hinder (skyddsvall, byggnad) är det, enligt geometrisk forskning om ljudvägar, strålens träffposition relativt hindrets övre kant som avgör hur stor del av energin som reflekteras. Denna förlust av akustisk energi när strålen reflekteras kallas för dämpning genom retrodiffraktion.

När det gäller potentiella multipla reflektioner mellan två vertikala väggar, ska åtminstone den första reflektionen beaktas.

När det gäller långsmala fördjupningar (rännor, diken) (se t.ex. figur 2.5.h) ska dämpning genom retrodiffraktion tillämpas för varje reflektion mot fördjupningens väggar.

Figur 2.5.h Ljudstråle som reflekteras fyra gånger i en fördjupning: verkligt tvärsnitt (överst), uppvikt tvärsnitt (längst ned)

I denna representation når ljudstrålen mottagaren genom att successivt ”passera genom” fördjupningens väggar, som därmed kan betraktas som öppningar.

Vid beräkning av utbredningen genom en sådan öppning, är ljudfältet hos mottagaren summan av det direkta fältet och det fält som diffrakteras av öppningens kanter. Det diffrakterade fältet säkerställer en kontinuerlig övergång mellan det fria området och skuggområdet. När strålen närmar sig öppningens kant dämpas det direkta fältet. Beräkningen är densamma som vid dämpning från en barriär i det fria området.

Vägskillnaden δ′ för varje retrodiffraktion är det negativa värdet av vägskillnaden mellan S och R relativt varje övre kant O, för ett utplacerat tvärsnitt (se figur 2.5.i).

Figur 2.5.i Utbredningsvägen för den andra reflektionen

Minustecknet i ekvation (2.5.36) innebär att mottagaren i fråga anses finnas i det fria området.

Dämpningen genom retrodiffraktion Δretrodif erhålls genom ekvation (2.5.37), som liknar ekvation (2.5.21) men har andra beteckningar.

Denna dämpning tillämpas på den direkta strålen varje gång som denna ”passerar igenom” (reflekteras mot) en vägg eller byggnad. Effektnivån för spegelkällan S′ blir därmed

I komplexa utbredningskonfigurationer kan det finnas diffraktioner mellan reflektionerna, eller mellan mottagaren och reflektionerna. I en sådan situation skattas retrodiffraktionen från väggarna genom att beakta vägen mellan källan och den första diffraktionspunkten R′ (som därför anses vara mottagaren i ekvation (2.5.36)). Principen illustreras i figur 2.5.j.

Figur 2.5.j Vägskillnaden vid förekomst av en diffraktion: verkligt tvärsnitt (överst), ”uppvikt” tvärsnitt (längst ned)

För multipla reflektioner adderas var och en av de enskilda reflektionerna.

2.6 Allmänna förutsättningar – buller från luftfartyg

2.6.1 Definitioner och symboler

Vissa viktiga termer beskrivs här med de generella betydelser som termerna har i detta dokument. Listan är inte komplett utan innehåller endast uttryck och akronymer som används ofta. Andra termer beskrivs när de används första gången.

De matematiska symbolerna (listade efter termerna) är huvudsakligen symboler som används i beräkningarna i huvudtexten. Andra symboler, som förekommer lokalt i texten och bilagorna, definieras där de används.

Läsaren påminns regelbundet om utbytbarheten mellan orden ljud och buller i detta dokument. Trots att ordet buller har subjektiva konnotationer – inom akustikområdet definieras buller vanligtvis som ”oönskat ljud” – kan de båda orden, när det gäller luftfartygsljud, användas i stort sett synonymt och deras betydelse är just ”ljud”, dvs. luftburen energi som överförs genom akustiska vågrörelser. Symbolen → betecknar korshänvisningar till andra termer i listan.

Termer

AIP: Aeronautical Information Publication.

luftfartygskonfiguration: Positionerna för vingframkantsluftledare, klaffar och landningsställ.

luftfartygsrörelse: En ankomst, avgång eller annan luftfartygshändelse som påverkar bullerexponeringen kring en flygplats.

ANP-data (aircraft noise and performance): Data som beskriver de akustiska och prestandamässiga egenskaperna för olika typer av flygplan, och som krävs för modelleringsförfarandet. Sådana data är exempelvis → NPD-samband och data som gör det möjligt att beräkna motorns dragkraft/effekt som funktion av → flygkonfigurationen. Dessa data tillhandahålls vanligtvis av flygplanstillverkaren, men kan hämtas även från andra källor. Om inga data av det här slaget är tillgängliga, är det vanligt att man låter det verkliga luftfartyget representeras av data från ett liknande luftfartyg. Förfarandet kallas för substitution.

höjd (altitud): Höjd över havsytans medelnivå.

ANP-databas: Aircraft Noise and Performance-databasen, som finns i tillägg I.

A-vägd ljudnivå, LA: Den grundläggande ljud-/bullernivåskala som används för att mäta omgivningsbuller, inbegripet buller från luftfartyg, och som de flesta bullerkonturmått baseras på.

huvudmarkspår: Ett representativt eller nominellt markspår som definierar centrum i ett omfång av spår.

grundnivå för bullerhändelse: Den i NPD-databasen avlästa nivån för bullerhändelsen.

bromssläpp: → Rullstart (start of roll, SOR).

korrigerad nettodragkraft: Vid en given effektinställning (t.ex. EPR eller N1) minskar nettodragkraften med minskad luftdensitet och därmed också med högre flyghöjd. Den korrigerade nettodragkraften är värdet vid havsytan.

ackumulerad ljud-/bullernivå: Ett decibelmått för det buller som tas emot under en angiven tidsperiod, i en punkt i närheten av en flygplats, från flygplanstrafik under normala driftförhållanden och med normala flygbanor. Värdet beräknas genom att, med någon metod, ackumulera ljudnivåerna för bullerhändelser i den aktuella punkten.

decibelsumma eller -genomsnitt: Kallas ibland, på andra platser, ”energivärde”, ”energisumma”, ”logaritmiskt mått” eller liknande, i motsats till ”aritmetiskt värde” eller ”medelvärde”. Värdet används när det är nödvändigt att summera eller beräkna ett genomsnitt av underliggande energiliknande kvantiteter, t.ex. decibelsumma 10 lg 10 L i 10.

energifraktion, F: Förhållandet mellan ljudenergi från ett segment och mottagen energi från en oändlig flygbana.

motoreffektinställning: Värdet för den→ bullerrelaterade effektparameter som används för att bestämma bulleremissionen från NPD-databasen.

ekvivalent (kontinuerlig) ljudnivå, Leq: Ett långtidsmått för ljud. Nivån för ett hypotetiskt konstant ljud, som under en angiven tidsperiod innehåller samma totala energi som det faktiska varierande ljudet.

ljudnivå för bullerhändelse: Ett decibelmått för en ändlig kvantitet av buller (eller ljud) som tas emot från ett passerande flygplan → ljudexponeringsnivå.

flygkonfiguration: = → Luftfartygets konfiguration + → flygparametrar.

flygparametrar: Luftfartygets effektinställning, hastighet, bankningsvinkel och vikt.

flygbana: Ett flygplans bana genom luften, definierad i tre dimensioner, vanligtvis med origo i en punkt vid rullstarten eller landningströskeln.

flygbanesegment: En del av ett luftfartygs flygbana, representerad av en rät linje med ändlig längd. Används i modelleringssyfte.

flygprocedur: En sekvens av operativa åtgärder som luftfartygsbesättningen eller flygledningssystemet följer. Flygproceduren uttrycks som ändringar i flygkonfigurationen, som funktion av avståndet längs markspåret.

flygprofil: Ändringar av flygplanets höjd längs markspåret (inbegriper ibland även ändringar av → flygkonfigurationen), som beskrivs av en uppsättning → profilpunkter.

jordplan: (Även ”nominellt jordplan”.) Horisontell jordyta genom flygplatsens referenspunkt på vilket konturerna vanligtvis beräknas.

markhastighet: Luftfartygets hastighet i förhållande till en fast punkt på marken.

markspår: Den vertikala projektionen av flygbanan på jordplanet.

höjd (flyghöjd): Det vertikala avståndet mellan luftfartyget och → jordplanet.

integrerad ljudnivå: På andra platser även kallat → händelses ljudexponeringsnivå eller varianter av detta uttryck.

ISA: International Standard Atmosphere – definieras av ICAO. Definierar variationen av lufttemperatur, tryck och densitet i förhållande till höjd över havsytans medelnivå. Används för att normalisera resultaten av testdata och av beräkningar som inbegriper parametrar för luftfartygets konstruktion.

lateral dämpning: Extra dämpning av ljud med avståndet, direkt eller indirekt hänförligt till markytans position. Betydande vid små höjdvinklar (för luftfartyget ovan jordplanet).

maximal buller-/ljudnivå: Den högsta ljudnivån som nås under en händelse.

havsytans medelnivå: Standardjordytans höjd, som → ISA utgår från.

nettodragkraft: Den framdrivningskraft som motorn driver flygplansskrovet med.

buller: Buller definieras som oönskat ljud. Mått som A-vägd ljudnivå (LA) och EPNL (effective perceived noise level, effektiv uppfattad störnivå) används dock för att konvertera ljudnivåer till bullernivåer. Termen ljud används synonymt och omväxlande med termen buller i detta dokument liksom på andra håll, särskilt i kombination med ordet nivå.

bullerkontur: En linje med ett konstant värde för en ackumulerad bullernivå eller ett bullerindex kring en flygplats.

bullerpåverkan: Bullrets negativa påverkan på mottagarna. Termen antyder att bullermått är indikatorer för bullerpåverkan.

bullerindex: Ett långtidsmedelvärde, eller ett ackumulerat ljud som korrelerar mot (dvs. anses vara en motsvarighet till) bullrets effekter på människor. Kan till viss del bero på särskilda faktorer utöver ljudets styrka, exempelvis tidpunkt på dagen. Ett exempel är dag-kväll-natt-nivån LDEN.

bullernivå: Ett decibelmått för ljud, på en skala som indikerar ljudstyrka eller buller. För omgivningsbuller från luftfartyg används generellt två skalor: A-vägd ljudnivå respektive uppfattad störnivå. De två skalorna har olika viktningar för ljud av olika frekvenser, i syfte att efterlikna mänsklig uppfattningsförmåga.

bullermått: Ett uttryck som används för att beskriva olika typer av bullerkvantiteter i en mottagarposition, oavsett om bullret kommer från en enskild händelse eller ackumuleras under en viss period. Det finns två vanligt förekommande mått för buller från enskilda händelser: maximal nivå som nås under händelsen, eller ljudexponeringsnivån (SEL, sound exposure level), ett mått för händelsens totala ljudenergi, som beräknas genom integrering över tid.

NPD-samband/-data (noise-power-distance): Tabellnoterade nivåer för bullerhändelser, beräknade som funktion av avståndet under ett flygplan i planflykt (på konstant höjd) vid en referenshastighet i en referensatmosfär, för varje uppsättning om ett antal → motoreffektinställningar. Informationen inbegriper effekterna av ljuddämpningen på grund av sfärisk vågutbredning (kvadratlagen) och atmosfärisk absorption. Avståndet definieras vinkelrätt mot luftfartygets flygbana och vingaxel (dvs. vertikalt under luftfartyget vid flygning utan bankning).

bullerrelaterad effektparameter: Parameter som beskriver den framdrivningskraft som en luftfartygsmotor genererar och som den akustiska effekten logiskt kan relateras till. Antas vanligen motsvara → den korrigerade nettodragkraften. Kallas även ”effekt” eller ”effektinställning” i denna text.

bullersignifikans: Bullret från ett flygbanesegment sägs vara bullersignifikant om det påverkar bullerhändelsens nivå i nämnvärd omfattning. Att förbise segment som inte är bullersignifikanta sparar mycket datorkraft vid bearbetning av information.

observatör: → mottagare.

procedursteg: Föreskriven metod för flygning av en profil – stegen innefattar ändringar av hastighet och/eller höjd.

profilpunkt: Höjden för ett flygbanesegments ändpunkt – i vertikalplanet ovan markspåret.

mottagare: En mottagare av buller från en källa, generellt i en punkt på eller nära markytan.

referensatmosfär: Tabellnoterade värden för ljudabsorptionshastigheter. Används för att standardisera NPD-data (se tillägg D).

referensdag: En uppsättning av atmosfärförhållanden som ANP-data standardiseras utifrån.

referensvaraktighet: Ett nominellt tidsintervall som används för att standardisera enskilda händelsers ljudexponeringsmått. Värdet är 1 sekund för → SEL (ljudexponeringsnivån).

referenshastighet: Flygplanets markhastighet, som används för att normalisera NPD-data→ SEL.

SEL (sound exposure level): → ljudexponeringsnivå.

ljudexponeringsnivå för händelse: Den ljudnivå som en händelse skulle ha haft om all dess ljudenergi komprimerades enhetligt till ett standardiserat tidsintervall känt som → referensvaraktigheten.

mjuk mark: En markyta som är akustiskt ”mjuk”, vanligtvis gräsbeklädd, och som förekommer runt flygplatser. Betongytor och vattenytor är exempel på akustiskt hårda ytor, dvs. kraftigt reflekterande ytor. Den bullerkonturmetod som beskrivs i detta dokument gäller för förhållanden med mjuk mark.

ljud: Energi som överförs genom luft genom en (longitudinell) vågrörelse som uppfattas av det mänskliga örat.

ljuddämpning: Det faktum att ljudets intensitet minskar med avståndet längs en utbredningsväg. I fråga om flygplansbuller kan dämpningen bero på sfärisk vågspridning, atmosfärisk absorption och → lateral dämpning.

ljudexponering: Ett mått på den totala ljudenergiemissionen under en tidsperiod.

ljudexponeringsnivå, LAE: Ett standardiserat mått enligt ISO 1996-1 och ISO 3891 = A-vägd ljudexponeringsnivå för en händelse beräknat med referensvärdet 1 sekund.

ljudintensitet: Ljudemissionens styrka i en punkt – avser akustisk energi (och indikeras genom uppmätta ljudnivåer).

ljudnivå: Ett mått för ljudenergi, uttryckt i decibelenheter. Det mottagna ljudet mäts med eller utan frekvensvägning. Nivåer uppmätta med frekvensvägning benämns ofta → bullernivåer.

sträcklängd/färdsträcka: Avståndet till ett avgående luftfartygs första destination, som antas indikera luftfartygets vikt.

rullstart, SOR: Den punkt på banan från vilken ett avgående luftfartyg börjar rulla. Kan förkortas SOR (start of roll) och kallas i detta dokument omväxlande för SOR, rullstart eller bromssläpp.

verklig flyghastighet: Luftfartygets verkliga hastighet relativt luften (= markhastighet i vindstilla).

vägd ekvivalent ljudnivå, Leq,W: En modifierad version av Leq där bullervärdena justeras med olika vikter för olika delar av dagen (vanligen dag, kväll och natt).

Symboler

d: Det kortaste avståndet från en observationspunkt till ett flygbanesegment

dp: Det vinkelräta avståndet från en observationspunkt till flygbanan (lutande avstånd)

dλ: Skalat avstånd

Fn: Verklig nettodragkraft per motor

Fn/δ: Korrigerad nettodragkraft per motor

h: Luftfartygets höjd (ovan havsytans medelnivå)

L: Nivå för bullerhändelse (odefinierad skala)

L(t): Ljudnivå vid tiden t (odefinierad skala)

LA, LA(t): A-vägd ljudtrycksnivå (vid tiden t), mätt på den långsamma ljudnivåmätskalan

LAE: Ljudexponeringsnivå (SEL, sound exposure level)

LAmax: Maxvärde för LA(t) under en händelse

LE: Ljudexponeringsnivå för händelse

LE∞: Ljudexponeringsnivå för enskild händelse, fastställd utifrån NPD-databas

LEPN: Effektiv uppfattad störnivå (effective perceived noise level)

Leq: Ekvivalent (kontinuerlig) ljudnivå

Lmax: Maxvärde för L(t) under en händelse

Lmax,seg: Högsta nivå som genereras av ett segment

: Vinkelrätt avstånd från en observationspunkt till markspåret

lg: Tiologaritm

N: Antal segment eller undersegment

NAT: Antal händelser där Lmax överskrider den specificerade tröskeln

P: Effektparameter i NPD-variabel L(P,d)

Pseg: Effektparameter, relevant för ett visst segment

q: Avståndet från segmentets början till närmaste punkt relativt mottagaren

R: Svängradie

S: Standardavvikelse

s: Avstånd längs markspåret

sRWY: Rullbanans längd

t: Tid

te: Effektiv varaktighet för en enskild ljudhändelse

t0: Referenstid för integrerad ljudnivå

V: Markhastighet

Vseg: Ekvivalent segmentmarkhastighet

Vref: Referensmarkhastighet, för vilken NPD-data definieras

x,y,z: Lokala koordinater

x′,y′,z′: Flygplanskoordinater

XARP,YARP,ZARP: Flygplatsreferenspunktens position i geografiska koordinater

z: Luftfartygets höjd ovan jordplanet/flygplatsreferenspunkt

a: Parameter som används för att beräkna korrigeringen för ändligt segment ΔF

β: Luftfartygets höjdvinkel relativt jordplanet

ε: Luftfartygets bankningsvinkel

γ: Stig-/sjunkvinkel

φ: Depressionsvinkel (lateral direktivitetsparameter)

λ: Total segmentlängd

ψ: Vinkel mellan luftfartygsrörelsens riktning och observatören

ξ: Luftfartygets kurs, mätt medurs från den magnetiska nordpolen

Λ(β,): Lateral dämpning från luft till mark

Λ(β): Lateral dämpning från luft till mark vid stora avstånd

Γ(): Avståndsfaktor för lateral dämpning

Δ: Kvantitetsändring eller korrigering (enligt beskrivning i texten)

ΔF: Korrigering för ändligt segment

ΔI: Korrigering för motorinstallation

Δi: Viktning för den i:e tidsperioden, dB

Δrev: Omvänd dragkraft

ΔSOR: Korrigering för rullstart

ΔV: Varaktighetskorrigering (hastighet)

Indexbeteckningar

1, 2: Beteckningar för ett intervalls eller segments start- och slutvärden

E: Exponering

i: Summeringsindex för luftfartygstyp/-kategori

j: Summeringsindex för markspår/underspår

k: Summeringsindex för segment

max: Högsta värde

ref: Referensvärde

seg: Segmentspecifikt värde

SOR: Avser rullstart (start of roll)

TO: Takeoff, dvs. start

2.6.2 Kvalitetsram

Ingångsvärdenas noggrannhet

Alla ingångsvärden som påverkar en källas emissionsnivå, även källans position, ska bestämmas med en minsta noggrannhet motsvarande osäkerheten ±2 dB(A) för källans emissionsnivå (övriga parametrar konstanta).

Standardvärden

När metoden används ska ingångsvärdena motsvara den verkliga användningen. Generellt får standardvärden inte användas och antaganden får inte göras. Specifikt ska flygbanor härledas från radardata när sådana är tillgängliga och av fullgod kvalitet. Standardingångsvärden och antaganden får användas, till exempel för att skapa modellerade flygvägar i stället för radarhärledda flygbanor, om insamling av verkliga data medför orimligt höga kostnader.

Kvalitet för programvara som används för beräkningar

Den programvara som används för att utföra beräkningarna ska vara förenlig med de metoder som beskrivs här, och programvaran ska generera bevis för lämpligheten genom att certifiera resultaten gentemot testfall.

2.7 Buller från luftfartyg

2.7.1 Dokumentets mål och syfte

Konturkartor används för att beskriva hur flygplansbullrets styrka och omfattning påverkar omgivningen kring flygplatser. Denna påverkan anges i värden för olika bullermått och bullerindex. En kontur är en linje längs vilken ett indexvärde är konstant. I indexvärdet inkluderas alla de enskilda bullerhändelser som inträffar under en angiven tidsperiod, som normalt mäts i dagar eller månader.

Bullret i olika punkter på marken, från ett luftfartyg som flyger in mot eller lämnar en flygplats, beror på många olika faktorer. De viktigaste faktorerna är typen av flygplan och flygplanets motor, procedurer för reglering av effekt, vingklaffar och flyghastigheten, avstånden från punkterna i fråga till de olika flygbanorna samt den lokala topografin och vädret. Kring flygplatser används vanligen olika typer av flygplan, med olika flygprocedurer och många olika operativa vikter.

Konturerna genereras genom matematisk beräkning av ytor med lokala bullerindexvärden. Det här dokumentet innehåller utförliga beskrivningar av hur man, i en observationspunkt, beräknar nivåer för enskilda bullerhändelser för specifika luftfartyg eller typer av luftfartyg. De olika nivåerna sammanställs sedan, eller ackumuleras, för att få fram indexvärden för den aktuella punkten. Ytan av indexvärden genereras genom att vid behov upprepa beräkningarna för olika luftfartygsrörelser. Metoden effektiviseras genom att man utesluter händelser som inte är bullersignifikanta (dvs. händelser som inte ger något betydande bidrag till det totala bullret).

Om det finns bullergenererande aktiviteter (förknippade med flygplatsverksamhet) som inte ger något väsentligt bidrag till befolkningens exponering mot flygplansbullret och till bullerkonturerna, kan dessa aktiviteter förbises. Sådana aktiviteter är till exempel helikopterflygning, taxning, motortester och användning av hjälpkraftaggregat. Detta innebär inte nödvändigtvis att sådana aktiviteters påverkan är obetydlig, och i situationer där de förekommer kan deras källor utvärderas enligt beskrivningarna i punkterna 2.7.21 och 2.7.22.

2.7.2 Dokumentets struktur

Processen för att skapa en bullerkontur illustreras i figur 2.7.a. Konturerna skapas för olika syften, vilket påverkar kraven för de olika källorna och för bearbetning av ingångsdata. Konturer som avbildar tidigare bullerpåverkan (historik) kan genereras utifrån befintliga loggar över luftfartygens operationer och egenskaper – rörelser, vikter, radarregistrerade flygbanor osv. Konturer som ska användas i planeringssyfte måste av naturliga skäl baseras på prognoser för exempelvis trafik och flygspår samt prestanda och bulleregenskaper för de luftfartyg som ska användas i framtiden.

Figur 2.7.a Processen för att generera en bullerkontur

Efter-bearbetning, dataexport

Beräkning av bullerkonturer

Ackumulerin av flygningar

Buller- beräkning för enstaka flygning

Definition av flygbanans geometri, hastighet och profiler

Oavsett vilken datakälla som används, definieras varje luftfartygsrörelse, ankomst eller avgång i termer av flygbanans geometri och bulleremissionen från luftfartyget när detta följer flygbanan (rörelser som väsentligen ger samma buller- och flygbaneeffekter inkluderas genom enkel multiplikation). Bulleremissionen beror på luftfartygets egenskaper och främst på den effekt som motorerna genererar. Rekommenderad metod är att dela upp flygbanan i segment. I avsnitten 2.7.3 till 2.7.6 beskrivs metodens delmoment och den segmenteringsprincip som metoden baseras på. Här förklaras också att den observerade nivån för bullerhändelsen är en sammanställning av bullret från samtliga av flygbanans bullersignifikanta segment, där varje segment kan beräknas oberoende av övriga segment. I avsnitten 2.7.3 till 2.7.6 beskrivs de indata som behövs för att skapa en uppsättning av bullerkonturer. Detaljerade specifikationer för de driftdata som krävs finns i tillägg A.

Hur flygbanans segment beräknas utifrån bearbetade ingångsdata beskrivs i avsnitten 2.7.7 till 2.7.13. Segmentberäkningen innefattar moment för prestandaanalys av luftfartyg, enligt beräkningar som beskrivs i tillägg B. Flygbanor kan variera kraftigt – olika flygplan som följer samma flygväg bildar ett omfång av olika banor på grund av de olika flygningarnas unika atmosfäriska förhållanden, olika flygplansvikter, varierade driftprocedurer, trafikkontrollbegränsningar osv. Detta beaktar man genom att beskriva en flygbana statistiskt – som ett huvudspår och ett antal tillhörande spridda underspår. Även detta beskrivs i avsnitten 2.7.7–2.7.13 med hänvisningar till ytterligare information i tillägg C.

I avsnitten 2.7.14–2.7.19 beskrivs de steg som ska följas vid beräkning av bullernivån för en händelse – det buller som en luftfartygsrörelse genererar i en punkt på marken. Tillägg D handlar om att justera NPD-data för andra förhållanden än i referenssituationen. I tillägg E förklaras den akustiska dipolkällan som i modellen används för att definiera ljudutstrålningen från flygbanesegment med ändlig längd.

För att kunna använda de modellrelationer som beskrivs i kapitlen 3 och 4 behövs det, utöver relevanta flygbanor, också lämpliga buller- och prestandadata för det aktuella luftfartyget.

Den huvudsakliga beräkningen är att bestämma händelsenivån för en enskild luftfartygsrörelse i en observationspunkt. Denna beräkning måste upprepas för alla luftfartygsrörelser i varje punkt i en föreskriven uppsättning punkter som täcker de erforderliga bullerkonturernas förväntade omfattning. I varje punkt räknas händelsenivåerna ihop, eller så beräknas ett genomsnitt, för att få en ackumulerad nivå, eller ett bullerindexvärde. Denna del av processen beskrivs i avsnitten 2.7.20 och 2.7.23–2.7.25.

I avsnitten 2.7.26–2.7.28 sammanfattas alternativ och krav för att anpassa bullerkonturer till uppsättningar av bullerindexvärden. Här finns viktiga instruktioner för konturgenerering och efterbearbetning.

2.7.3 Om segmentering

För ett visst luftfartyg innehåller databasen s.k. NPD-samband (noise-power-distance, dvs. samband mellan buller, effekt och avstånd). Dessa definierar, för konstant rak flygning vid en referenshastighet under de angivna atmosfäriska referensförhållandena och i en angiven flygkonfiguration, de mottagna nivåerna för ljudhändelsen (både maximala och tidsintegrerade) direkt under luftfartyget som en funktion av avståndet. Den för bullermodelleringen ytterst avgörande framdrivningskraften representeras av en bullerrelaterad effektparameter: vanligen används parametern korrigerad nettodragkraft. Grundnivåer för händelser som har fastställts utifrån databasen justeras i första hand för att kompensera för skillnaderna mellan de verkliga (dvs. modellerade) atmosfäriska förhållandena och referensatmosfärförhållandena samt för (i fråga om ljudexponeringsnivåer) luftfartygets hastighet. I andra hand sker justeringen för att kompensera för skillnader mellan nedåtstrålande och sidostrålande buller, för punkter som inte är placerade direkt under luftfartyget. Den sistnämnda skillnaden beror på lateral direktivitet (effekter av motorinstallationen) och lateral dämpning. De justerade händelsenivåerna gäller dock fortfarande endast för det totala bullret från luftfartyget under planflykt.

Segmentering är en process för att applicera en oändlig banas NPD-värden och laterala data på den rekommenderade bullerkonturmodellen, för att beräkna det buller som når en mottagare när flygbanan inte är enhetlig, dvs. en bana längs vilken luftfartygskonfigurationen varierar. Vid beräkning av nivån för en ljudhändelse för en luftfartygsrörelse, representeras flygbanan av en följd av sammanhängande segment. Vart och ett av dessa kan betraktas som en ändlig del av en oändlig bana för vilken NPD-data och laterala justeringar är kända. Händelsens maximala nivå är helt enkelt det största värdet av de enskilda segmentvärdena. Den tidsintegrerade nivån för hela bullerhändelsen beräknas genom att summera bullret från tillräckligt många segment, dvs. de segment som ger ett betydande bidrag till det totala händelsebullret.

En helt och hållet empirisk metod används för att uppskatta ett ändligt segments bidrag till den totala nivån för händelsen. Energifraktionen F – segmentbullret uttryckt som andel av det totala bullret från en oändlig bana – beskrivs av ett relativt enkelt uttryck som gör det möjligt att beakta luftfartygsbullrets longitudinella direktivitet och mottagarens ”vy” av segmentet. Ett skäl till att det oftast räcker med en enkel empirisk metod, är att det mesta bullret i regel kommer från det närmaste, intilliggande segmentet – för vilket den närmaste punkten (CPA, closest point of approach) relativt mottagaren är inom segmentet (inte vid någon av ändarna). Det innebär att skattningar av bullret från icke-intilliggande segment kan bli alltmer ungefärliga ju längre bort från mottagaren de finns, utan att noggrannheten äventyras.

2.7.4 Flygbanor: Spår och profiler

I modelleringssammanhang är en flygbana en fullständig beskrivning av luftfartygets rörelse i tid och rymd. Denna information behövs, tillsammans med framdrivningskraften (eller annan bullerrelaterad effektparameter), för att beräkna det genererade bullret. Markspåret är den vertikala projektionen av flygbanan på markytan. Detta kombineras med den vertikala flygprofilen för att skapa 3D-flygbanan. Vid segmenteringsmodellering måste flygbanan, för varje enskild luftfartygsrörelse, beskrivas av en serie sammanhängande raka segment. Hur segmenteringen utförs beror till stor del på hur noggrannhet ska balanseras mot effektivitet: Den verkliga flygbanan måste approximeras så noggrant som möjligt och samtidigt måste beräkningsbördan och databehoven minimeras. Varje segment måste definieras av sina ändpunkters geometriska koordinater, av den associerade hastigheten samt av luftfartygets motoreffektparametrar (som är avgörande för bulleremissionen). Flygbanor och motoreffekt kan bestämmas med olika metoder, varav de vanligaste innefattar (a) syntes av ett antal procedursteg och (b) analys av uppmätta flygprofildata.

För syntes av en flygbana (a) krävs kunskaper om (eller antaganden för) markspår och deras laterala spridning, luftfartygets vikt, hastighet, klaff- och dragkraftshantering, flygplatshöjden samt vind och lufttemperatur. Ekvationer för att beräkna flygprofilen från de nödvändiga framdrivnings- och aerodynamikparametrarna finns i tillägg B. Varje ekvation innehåller koefficienter (och/eller konstanter) som baseras på empiriska data för varje typ av luftfartyg. Ekvationerna för aerodynamiska prestanda i tillägg B gör det möjligt att ta hänsyn till rimliga kombinationer av luftfartygets operativa vikt och flygprocedur, inklusive åtgärder vid olika startbruttovikter.

Analys av uppmätta data (b), t.ex. från flygregistratorer, radar eller annan utrustning, inbegriper ”reverse engineering”, dvs. en sorts motsats till syntes (a). I stället för att skatta luftfartygs- och flygmotortillstånden i slutet av segmenten, genom att integrera effekterna av dragkraften och aerodynamiska krafter som påverkar flygkroppen, skattas krafterna genom att differentiera ändringarna av flygkroppens höjd och hastighet. Procedurer för att bearbeta flygbaneinformation beskrivs i avsnitt 2.7.12.

I en perfekt bullermodelleringstillämpning skulle varje flygning, teoretiskt, kunna representeras fristående. Detta skulle garantera fullgod hänsyn till flygbanornas spatiala spridning – som kan vara stor. För att databeredning och datorbearbetningstid ska hållas inom rimliga gränser är det dock praxis att låta omfånget av flygbanor representeras av ett mindre antal lateralt spridda ”underspår”. (Vertikal spridning kan vanligtvis representeras tillräckligt väl genom att, i de vertikala profilerna, ta hänsyn till effekterna av olika luftfartygsvikter.)

2.7.5 ANP (aircraft noise and performance), luftfartygs buller och prestanda

ANP-databasen i tillägg I innehåller data för de flesta typer av luftfartyg. Luftfartygstyper eller varianter som det saknas listade data för, representeras lämpligen med data för andra, liknande luftfartygstyper som finns i databasen.

ANP-databasen innehåller standardiserade procedursteg för att skapa flygprofiler för minst en vanlig avgångsprocedur med bullerdämpning. Några av de senast registrerade databasposterna omfattar två olika procedurer för avgång med bullerdämpning.

2.7.6 Flygplats- och luftfartygsåtgärder

Nedan följer exempel på situationsspecifika data som används för att beräkna bullerkonturer för ett visst flygplatsscenario.

Generella flygplatsdata

Flygplatsens referenspunkt (för att platsbestämma flygplatsen med lämpliga geografiska koordinater). Referenspunkten sätts till origo i det lokala kartesiska koordinatsystem som används för beräkningen.

Flygplatsens referenshöjd (höjden för flygplatsens referenspunkt). Detta är höjden för det nominella jordplanet på vilket bullerkonturerna definieras när topografiska korrigeringar saknas.

Genomsnittliga meteorologiska parametrar vid eller nära flygplatsens referenspunkt (temperatur, relativ luftfuktighet, genomsnittlig vindstyrka och vindriktning).

Data för rullbanor

För varje rullbana anges följande:

Rullbanans beteckning.

Rullbanans referenspunkt (banans mitt uttryckt i lokala koordinater).

Rullbanans längd, riktning och genomsnittliga lutning.

Plats för rullstart (SOR) och landningströskeln.

Data om markspår

Luftfartygets markspår ska beskrivas av en serie koordinater i (det horisontella) jordplanet. Markspårets datakälla beror på om det finns tillgängliga radardata. Om radardata är tillgängliga ska ett tillförlitligt huvudspår och lämpliga associerade (spridda) underspår skapas genom statistisk analys av informationen. I annat fall skapas huvudspår vanligen utifrån lämplig procedurinformation, t.ex. med hjälp av SID-procedurer (standard instrument departure procedure) från Aeronautical Information Publications. En sådan konventionell beskrivning innefattar följande information:

Beteckning för den rullbana som spåret utgår från.

Beskrivning av spårets origo (rullstart, landningströskel).

Segmentens längd (för svängar: radier och kursändringar).

Denna information är ett obligatoriskt minimum av data för att definiera huvudspåret. Genomsnittliga bullernivåer beräknade utifrån antagandet att luftfartyget följer de nominella flygvägarna exakt kan dock leda till fel på flera decibel. Därför måste den laterala spridningen representeras, vilket gör att följande information blir nödvändig:

Omfångets bredd (eller annan spridningsstatistik) i varje segmentände.

Antal underspår.

Fördelningen av rörelser, vinkelrätt mot huvudspåret.

Flygtrafikdata

Flygtrafikdata omfattar följande:

Den tidsperiod som informationen avser.

Antalet rörelser (avgångar eller landningar) för varje luftfartygstyp på varje flygspår, uppdelat i (1) tid på dagen, utifrån angivna bullerdeskriptorer, (2) avgångar, operativa vikter eller sträcklängder och (3) vid behov, driftprocedurer.

För de flesta bullerdeskriptorer måste händelserna (dvs. luftfartygsrörelserna) definieras som genomsnitt för angivna perioder under dygnet (t.ex. för dag, kväll och natt) – se avsnitten 2.7.23–2.7.25.

Topografiska data

Terrängen runt flygplatser är relativt plan. Det stämmer dock inte alltid, och ibland måste man ta hänsyn till exempelvis varierande terränghöjd relativt flygplatsens referenshöjd. Skillnader i terränghöjd kan vara särskilt viktig i närheten av inflygningsspår, där luftfartyget håller relativt låg höjd.

Terränghöjddata anges vanligen som en uppsättning av koordinater (x,y,z) för ett rektangulärt rutnät med viss maskstorlek. Parametrarna för rutnätet är sannolikt inte samma parametrar som för det rutnät som används för bullerberäkningen. I annat fall kan linjär interpolering användas för att uppskatta lämpliga z-koordinater i ”bullerrutnätet”.

En utförlig analys av effekterna på ljudutbredning vid kraftiga terrängvariationer faller utom ramarna för denna metod. Måttliga variationer kan beaktas genom att använda ett ”pseudoplan”, dvs. genom att höja eller sänka jordplanet till den lokala markhöjden (relativt referensjordplanet) i varje mottagarpunkt (se avsnitt 2.7.4).

Referensförhållanden

Internationella ANP-data (aircraft noise and performance) är normaliserade mot standardreferensförhållanden som i stor omfattning används för bullerutredning av flygplatser (se tillägg D).

Referensförhållanden för NPD-data

1) Atmosfärtryck: 101,325 kPa (1013,25 mb).

2) Atmosfärisk absorption: dämpningsvärden enligt tabell D-1 i tillägg D.

3) Nederbörd: ingen.

4) Vindhastighet: mindre än 8 m/s (15 knop).

5) Markhastighet: 160 knop.

6) Lokal terräng: plan, mjuk mark, utan stora byggnader eller andra reflekterande föremål inom flera km räknat från luftfartygets markspår.

Standardiserade mätningar av luftfartygsljud utförs 1,2 m ovan markytan. Här behövs dock ingen separat justering vid modelleringen, eftersom man kan anta att händelsenivåerna är relativt opåverkade av mottagarhöjden.

Jämförelser av beräknade och uppmätta flygplatsbullernivåer indikerar att NPD-data kan antas vara tillämpbara om de genomsnittliga förhållandena nära ytan uppfyller följande:

Lufttemperaturen är lägre än 30°C.

Produkten av lufttemperaturen (°C) och den relativa luftfuktigheten (i procent) är högre än 500.

Vindhastigheten är mindre än 8 m/s (15 knop).

Ovanstående antas omfatta förhållandena vid de flesta av världens större flygplatser. I tillägg D presenteras en metod för att konvertera NPD-data till genomsnittliga lokala förhållanden som inte uppfyller ovanstående krav. I extrema fall är rekommendationen att rådfråga flygplanstillverkaren.

Referensförhållanden för flygplanets aerodynamik och motordata

1) Rullbanans höjd: havsytans medelnivå.

2) Lufttemperatur: 15 °C.

3) Bruttovikt vid start: enligt definitionen som funktion av sträcklängden i ANP-databasen.

4) Bruttovikt vid landning: 90 % av maximal bruttovikt vid landning.

5) Motorer som levererar dragkraft: alla.

Eftersom ANP-databasens aerodynamik- och motordata baseras på ovanstående villkor kan de användas, som angivna i tabellen, för andra rullbanehöjder än referenshöjden och för genomsnittliga lufttemperaturer i ECAC-länder, utan att det har någon betydande inverkan på noggrannheten för de beräknade konturerna för ackumulerad genomsnittlig ljudnivå. (Se tillägg B.)

ANP-databasen innehåller tabeller med aerodynamiska data för bruttovikter vid start och landning, enligt punkterna 3 och 4 ovan. I beräkningar av ackumulerat buller behöver den aerodynamiska informationen inte justeras för andra bruttovikter, men beräkningar av start- och stigprofilerna, enligt de procedurer som beskrivs i tillägg B, ska baseras på korrekta operativa startbruttovikter.

2.7.7 Beskrivning av flygbanan

I bullermodellen måste varje luftfartygsrörelse beskrivas av en tredimensionell flygbana och den varierande motoreffekten och hastigheten längs denna bana. En modellerad rörelse representerar som regel en delmängd av den totala flygplatstrafiken, t.ex. ett antal (antagna) identiska rörelser, med samma luftfartygstyp, vikt och driftprocedur, på ett visst markspår. Spåret kan i sig vara ett av flera spridda underspår som används för att modellera ett omfång av spår som följer en viss flygväg. Omfången av markspår, de vertikala profilerna och luftfartygets driftparametrar bestäms utifrån scenariots ingångsdata – i kombination med luftfartygsdata från ANP-databasen.

ANP-databasens buller-effekt-avståndsdata definierar bullret från luftfartyg som vid konstant hastighet och med konstant effekt färdas längs ideala horisontella flygbanor med oändlig längd. För att anpassa dessa data så att de avbildar flygbanor nära flygplatser, där effekt och hastighet ändras ofta, delas varje bana upp i rätlinjiga segment av ändlig längd. Varje segments bidrag till det totala bullret summeras i observationspositionen.

2.7.8 Samband mellan flygbana och flygkonfiguration

De geometriska aspekterna av ljudutstrålningen och ljudets utbredning mellan luftfartyget och observatören bestäms av den tredimensionella flygbanan för en luftfartygsrörelse. Vid en viss luftfartygsvikt och under specifika atmosfäriska förhållanden, bestäms flygbanan helt och hållet av den sekvens av effekt-, klaff- och höjdändringar som piloten (eller ett automatiskt flygsystem) utför i syfte att följa flygvägen och hålla de höjder och hastigheter som flygkontrollenheten anger – i enlighet med luftfartygsoperatörens SOP-rutiner. Utifrån dessa instruktioner och åtgärder delas flygbanan upp i enskilda faser som ger naturliga segment. I horisontalplanet innefattar dessa rätlinjiga delar, angivna som avståndet till nästa sväng, respektive svängar, som definieras utifrån radie och kursändring. I vertikalplanet definieras segmenten av tiden och/eller avståndet för att uppnå de förändringar av framåthastighet och/eller höjd som krävs, vid den angivna effekten och med de angivna klaffinställningarna. Ett vanligt namn för motsvarande vertikala koordinater är profilpunkter.

Flygbaneinformation för bullermodellering genereras antingen genom syntes från ett antal procedursteg (dvs. steg som följs av piloten) eller genom analys av radardata, som är registrerade fysiska mätvärden för de verkliga flygbanorna. Oavsett metod reduceras flygbanans form, både den horisontella delen och den vertikala delen, till segmenterade versioner. Den horisontella delen (dvs. den tvådimensionella projektionen på markytan) är det markspår som definieras av den ankommande eller avgående flygvägen. Den vertikala formen, som ges av profilpunkterna och associerade flygparametrar för hastighet, bankningsvinkel och effektinställning, definierar flygprofilen som beror på den flygprocedur som vanligen föreskrivs av luftfartygstillverkaren och/eller operatören. Flygbanan skapas genom att ”sammanfoga” 2D-flygprofilen med 2D-markspåret, för att bilda en sekvens av 3D-flygbanesegment.

Man bör komma ihåg att profilen beror av markspåret, för en given uppsättning av procedursteg: Vid t.ex. samma dragkraft och hastighet är luftfartygets stighastighet mindre vid svängning än vid rätlinjig flygning. I det här dokumentet beskrivs visserligen hur detta förhållande kan tas i beaktande, men det bör påpekas att en sådan åtgärd kräver mycket höga bearbetningsprestanda. För bullermodelleringen kanske användaren i stället föredrar att behandla flygprofilen och markspåret som oberoende storheter, så att stigprofilen betraktas som opåverkad av svängar. Det är dock viktigt att bestämma de bankningsvinkeländringar som krävs för svängar, eftersom detta kan inverka betydligt på ljudemissionens direktivitet.

Det mottagna bullret från ett flygbanesegment beror av segmentets geometri i förhållande till observatören och på luftfartygets flygkonfiguration. Dessa är dock kopplade till varandra: en ändring av den ena aspekten orsakar förändring av den andra. Därför är det viktigt att säkerställa att luftfartygets konfiguration, för varje punkt på banan, överensstämmer med rörelsen längs banan.

Vid syntes av en flygbana, dvs. när man konstruerar en flygbana utifrån en uppsättning av procedursteg som beskriver pilotens åtgärder för val av motoreffekt, klaffinställning och acceleration/vertikal hastighet, är det själva rörelsen som måste beräknas. Vid flygbaneanalys gäller det omvända: Motoreffektinställningarna måste skattas utifrån flygplanets observerade rörelser – enligt registrerade radardata eller, i vissa fall, enligt data från en färdregistrator (som dock vanligen registrerar även motoreffekten). Oavsett metod ska koordinater och flygparametrar vid alla segmentändpunkter användas som ingångsvärden i bullerberäkningen.

I tillägg B beskrivs de ekvationer som används för att beskriva sambandet mellan olika krafter och flygplanets rörelser. I tillägget förklaras hur man löser ekvationerna för att definiera egenskaperna för de segment som flygbanorna består av. De olika typerna av segment (och de relaterade avsnitten i tillägg B) är markrullning vid start (B5), stigning vid konstant hastighet (B6), effektminskning (B7), accelererande stigning och klaffindragning (B8), accelererande stigning efter klaffindragning (B9), nedstigning och retardation (B10) och slutlig inflygning för landning (B11).

Praktisk modellering innebär oundvikligen att olika typer av förenklingar måste göras – dessa beror på tillämpningens egenskaper, resultatens signifikans och de tillgängliga resurserna. En sådan generell förenkling, som används även i mycket komplicerade tillämpningar, är antagandet att flygprofilerna och konfigurationerna på alla underspår är samma som för huvudspåret, när flygspårens spridning ska beaktas. Eftersom minst sex underspår måste användas (se avsnitt 2.7.11) ger detta antagande kraftigt förenklade beräkningar och kostnaden är endast en extremt liten försämring av tillförlitligheten.

2.7.9 Källor till flygbanedata

Radardata

Flygregistratorer kan leverera data av mycket hög kvalitet, men det kan vara svårt att få tillgång till dem i bullermodelleringssyfte. Radardata ska anses vara den mest lättillgängliga informationskällan för verkliga flygbanor vid flygplatser. Radardata är vanligen tillgängliga via flygplatsens buller- och flygbanebevakningssystem, och används i allt högre grad för bullermodellering.

Med övervakningsradar presenteras ett luftfartygs flygbana som en sekvens av positionskoordinater, i tidsintervaller motsvarande radarskannerns rotation, dvs. cirka 4 sekunder. Luftfartygets position över marken motsvaras av polära koordinater – bäring och avstånd – som bestäms utifrån det reflekterade radarekot (konverteras vanligen till kartesiska koordinater i övervakningssystemet). Höjden mäts av flygplanets egen höjdmätare och skickas till flygkontrolldatorn via en radarstyrd transponder. Positionsfel på grund av radiostörningar och begränsad dataupplösning är signifikanta (dock utan betydande konsekvens för trafikkontrollarbete). Om det behövs en flygbana för en viss luftfartygsrörelse innebär det här att informationen måste jämnas ut med en lämplig kurvapproximeringsmetod. Inom bullermodellering är det generella kravet en statistisk beskrivning av ett omfång av flygbanor, t.ex. för alla rörelser på en flygväg eller endast för rörelserna för en specifik typ av luftfartyg. Mätfel från det statistiska materialet kan göras insignifikanta genom att beräkna medelvärden.

Procedursteg

I många situationer är det inte möjligt att modellera flygbanor utifrån radardata – t.ex. eftersom nödvändiga resurser saknas eller scenariot inte har inträffat än, så att relevanta data saknas.

När radardata saknas, eller när de inte bör användas, måste man uppskatta flygbanorna på grundval av operativt material, t.ex. instruktioner som har getts till flygbesättningen via AIP-publikationer och flygmanualer – i detta dokument kallade procedursteg. Information om hur sådant material ska tolkas bör införskaffas hos luftfartsmyndigheter och/eller av luftfartygsoperatörer, vid behov.

2.7.10 Koordinatsystem

Det lokala koordinatsystemet

Det lokala koordinatsystemet (x,y,z) är ett kartesiskt system med origo (0,0,0) i flygplatsens referenspunkt (XARP,YARP,ZARP), där ZARP är flygplatsens referenshöjd och z = 0 är det nominella jordplan som konturerna beräknas på. Luftfartygets kurs ξ i xy-planet mäts medurs från den magnetiska nordpolen (se figur 2.7.b). Alla observationsplatser, beräkningsrutnätet och bullerkonturpunkterna uttrycks i lokala koordinater.

Figur 2.7.b Lokalt koordinatsystem (x,y,z) och fast markspårskoordinat s

Markspår

sAvgång

sInflygning

Rullbana

Nominellt jordplan (x, y, z)

(Origo: ARP – flygplatsens referenspunkt)

Markspårets fasta koordinatsystem

Denna koordinat är specifik för varje markspår och representerar avståndet s, uppmätt längs spåret i flygriktningen. För avgångsspår mäts s från rullstarten, för landningsspår mäts sträckan från landningströskeln. Det innebär att s antar ett negativt värde i områden

bakom rullstarten för avgångar,

framför landningströskeln för landningar.

Flygningens driftparametrar såsom höjd, hastighet och effektinställning uttrycks som funktioner av s.

Luftfartygets koordinatsystem

Luftfartygets fasta kartesiska koordinatsystem (x′,y′,z′) har origo där luftfartyget befinner sig. Axelsystemet definieras av stigvinkeln γ, färdriktningen ξ och bankningsvinkeln ε (se figur 2.7.c).

Figur 2.7.c Fast koordinatsystem för luftfartyg (x′,y′,z′)

Hänsyn till topografi

I situationer där topografin måste beaktas (se avsnitt 2.7.6), ska luftfartygets höjdkoordinat z ersättas med z′ = z – zo (där zo är z-koordinaten för observationspositionen O) vid uppskattning av utbredningsavståndet d. Geometrin mellan luftfartyget och observatören visas i figur 2.7.d. För definitioner av d och , se avsnitten 2.7.14 till 2.7.19.

Figur 2.7.d Markhöjd längs med markspåret (vänster) och lateralt relativt markspåret (höger). Det nominella jordplanet z = 0 går igenom flygplatsens referenspunkt. O är observatörens position

2.7.11 Markspår

Huvudspår

Huvudspåret representerar mitten av ett omfång av spår som luftfartyg i en viss flygväg följer. Vid modellering av luftfartygsbuller definieras huvudspåret antingen (i) av föreskrivna operativa data, t.ex. de instruktioner som piloten får via AIP-publikationer, eller (ii) genom statistisk analys av radardata, så som beskrivs i avsnitt 2.7.9, om sådana data är tillgängliga och lämpliga för modelleringsstudien. Att generera spåret utifrån operationsinstruktioner är vanligen ganska enkelt, eftersom instruktionerna ger ett antal naturliga delar. Dessa kan vara raka, och definieras då av längd och kurs, eller så kan de vara böjda, och definieras av svängradien och kursändringen – se figur 2.7.e.

Figur 2.7.e Markspårets geometri definierad av svängar och raka segment

Sväng-segment

Rakt segment

Standardinstrument för avgång

Rakt segment

Att skapa ett huvudspår utifrån radardata är vanligen en mer komplex uppgift, främst på grund av att verkliga svängar görs med olika hastighet men även på grund av de många datauppgifterna. Det finns inga formella metoder än, men det är praxis att matcha rätlinjiga och böjda segment till genomsnittliga positioner som beräknas utifrån tvärsnitt av radarspår i intervall längs flygvägen. I framtiden kommer det sannolikt att finnas datoralgoritmer för den här uppgiften, men i dagsläget är det upp till den som skapar modellen att bestämma hur tillgängliga data ska användas på bästa sätt. En viktig aspekt är att luftfartygets hastighet och svängradie är avgörande för bankningsvinkeln och att, vilket beskrivs i avsnitt 2.7.19, asymmetrisk ljudutstrålning kring flygbanan påverkar bullret på marken, liksom positionen på själva flygbanan.

Teoretiskt skulle en helt jämn övergång från rätlinjig flygning till en sväng med fast radie kräva en momentan tillämpning av bankningsvinkeln ε, vilket är en fysikalisk omöjlighet. I verkligheten tar det en viss tid tills bankningsvinkeln antar det värde som krävs för att bibehålla en viss hastighet och svängradie r, och under den tiden krymper svängradien från oändlighet till värdet r. Vid modellering kan radieövergången förbises och bankningsvinkeln antas öka konstant från noll (eller annat initialt värde) till ε vid svängens början och till nästa värde för ε vid svängens slut.

Spårspridning

När det är möjligt ska definitioner av lateral spridning och representativa underspår baseras på relevant erfarenhet från flygplatsstudier, normalt genom analys av radardataprov. Första steget är att gruppera data efter flygväg. Betydande lateral spridning är kännetecknande för avgångsspår. Denna spridning måste beaktas. Ankommande flygvägar smälter normalt samman till ett mycket smalt omfång kring den slutliga inflygningsvägen, och oftast räcker det att låta alla ankomster representeras av ett enda spår. Om ankomstomfången är breda inom bullerkonturområdet, kanske de måste representeras av underspår, på samma sätt som avgående flygvägar.

Enligt praxis behandlas data för en enskild flygväg som ett prov från en enskild population, dvs. att flygvägen representeras av ett huvudspår och en uppsättning av spridda underspår. Men om undersökningar indikerar att data för olika kategorier av luftfartyg eller operativa åtgärder skiljer sig kraftigt åt (t.ex. om ett stort och ett litet luftfartyg har mycket olika svängradier), kan det vara lämpligt att ytterligare dela upp informationen till olika omfång. För varje omfång bestäms de laterala spårspridningarna som en funktion av avståndet från origo, så att rörelserna sedan kan fördelas mellan ett huvudspår och ett lämpligt antal spridda underspår, utifrån fördelningsstatistiken.

Eftersom man normalt inte bör bortse från effekterna av spårspridning, ska en nominell lateral spridning tvärsöver och vinkelrätt mot huvudspåret definieras som en konventionell fördelningsfunktion, om det inte finns tillgång till registrerade omfångsdata. Beräknade värden för bullerindex är inte särskilt känsliga för den laterala fördelningens exakta form: För många radarregistrerade omfång ger normalfördelningen (gaussisk fördelning) en fullgod beskrivning.

Vanligen används sju punkters diskret approximering (dvs. en representation av lateral spridning med sex underspår jämnt fördelade kring huvudspåret). Avståndet mellan underspåren beror på standardavvikelsen för den funktion som beskriver den laterala spridningen.

För normalt fördelade spår med standardavvikelsen S är 98,8 % av spåren placerade inom en korridor med gränser vid ±2,5×S. Tabell 2.7.a innehåller avståndet för sex underspår och procentandelen rörelser för varje. Tillägg C innehåller värden för andra spårantal.

Standardavvikelsen S är en funktion av koordinaten s längs huvudspåret. Den kan anges – tillsammans med beskrivningen av huvudspåret – i flygspårdatabladet i tillägg A3. Om det saknas värden för standardavvikelsen – t.ex. i radardata som beskriver jämförbara flygspår – rekommenderas följande värden:

För spår som inbegriper svängar som är mindre än 45 grader: S(s) = 0,055 · s – 150 för 2700 m ≤ s ≤30000 m (2.7.1) S(s) = 1500 för s > 30000 m

För spår som inbegriper svängar som är mer än 45 grader: S(s) = 0,128 · s – 420 för 3300 m ≤ s ≤15000 m (2.7.2) S(s) = 1500 m för s > 15000 m

Av praktiska skäl antas S(s) vara noll mellan rullstarten och s = 2700 m eller s = 3300 m, beroende på svängens storlek. Flygvägar som omfattar fler än en sväng ska hanteras enligt ekvation (2.7.2). För ankomster kan lateral spridning förbises inom 6000 m från sättningspunkten.

2.7.12 Flygprofiler

Flygprofilen är en beskrivning av luftfartygets rörelse – i termer av position, hastighet, bankningsvinkel och motoreffekt – i vertikalplanet ovanför markspåret. En av modellanvändarens viktigaste uppgifter är att på ett effektivt och resurssnålt sätt definiera flygprofiler som uppfyller tillämpningens krav. För att få tillräckligt hög noggrannhet måste profilerna i så hög grad som möjligt motsvara luftfartygets rörelser. Därför krävs tillförlitlig information om de atmosfäriska förhållandena, typer och varianter av luftfartyg, operativa vikter och driftprocedurer – variationerna i dragkraft och klaffinställningar samt effekter av ändrade höjder och hastigheter – och alla data måste beräknas som ett genomsnitt över de tidsperioder som är av intresse. Ofta är sådan detaljerad information inte tillgänglig, vilket inte behöver vara ett hinder i sig. Även om informationen är tillgänglig måste den som skapar modellen använda sitt omdöme för att nå balans mellan noggrannheten och ingångsinformationens detaljnivå å ena sidan, och behoven och användningsområdena för den skapade konturen å andra sidan.

Syntes av flygprofilen utifrån procedursteg från ANP-databasen eller luftfartygsoperatörer beskrivs i avsnitt 2.7.13 och tillägg B. Den metoden, som vanligtvis är den enda utvägen om inga radardata är tillgängliga, ger både flygbanans geometri och associerade hastighets- och dragkraftsvariationer. Normalt förutsätts att alla (liknande) luftfartyg i ett omfång, oavsett om de är kopplade till huvudspåret eller underspåren, följer huvudspårprofilen.

Utöver ANP-databasen, som ger standardinformation om procedursteg, är luftfartygsoperatörerna, dvs. deras procedurer och uppgifter om typiska transportvikter, den mest tillförlitliga informationskällan. Den ojämförligt bästa källan för enskilda flygningar är flygregistratorn, där all relevant information kan hämtas. Men även om sådana data är tillgängliga, är förbehandlingsuppgiften mycket komplicerad. Den vanligaste praktiska lösningen, och den som oftast är mer i linje med modelleringsbudgeten, är därför att göra kvalificerade antaganden om genomsnittliga vikter och driftprocedurer.

Viss försiktighet måste iakttas när ANP-databasens standardiserade procedursteg används (steg som används när verkliga procedurer är okända). De är standardiserade procedurer som inte följs i alltför stor utsträckning men som operatörerna eventuellt använder i vissa fall. En viktig faktor är definitionen av motordragkraften vid start (och ibland stigning), som kan bero på lite olika omständigheter. I synnerhet är det praxis att minska dragkraftnivåerna under avgång (från högsta möjliga) i syfte att minska slitaget på motorn. Tillägg B ger vägledning om representation av vedertagen praxis. Detta ger generellt mer realistiska konturer än ett antagande om full dragkraft. Full dragkraft kan dock vara ett mer realistiskt antagande t.ex. om rullbanan är kort och/eller vid hög genomsnittstemperatur.

Vid modellering av verkliga scenarier kan högre noggrannhet uppnås om radardata används för att komplettera eller ersätta information av nominell karaktär. Flygprofiler kan bestämmas utifrån radardata på liknande vis som laterala huvudspår – men endast när trafiken har delats upp efter typ och variant av luftfartyg och ibland efter vikt eller sträcklängd (men inte efter spridning) – för att, för varje undergrupp, få en genomsnittsprofil för höjd och hastighet motsvarande den tillryggalagda marksträckan. Vid den efterföljande ”sammanslagningen” med markspåren, kopplas den enskilda profilen vanligen till både huvudspåret och underspåren.

Utifrån en känd flygplansvikt kan variationer av hastighet och dragkraft beräknas genom att lösa rörelsekvationerna steg för steg. Dessförinnan brukar det vara till hjälp att förbehandla tillgängliga data, så att effekterna av radarfel elimineras. Radarfel kan ge upphov till felaktiga skattningar av accelerationen. Det första steget är dock alltid att definiera profilen genom att approximera rätlinjiga segment som representerar relevanta skeden av flygningen. Varje segment klassificeras som markrullning, stigning eller nedstigning med konstant hastighet, dragkraftsminskning eller acceleration/retardation med eller utan klaffändring. Luftfartygets vikt och atmosfäriska tillstånd är obligatoriska ingångsvärden.

Av avsnitt 2.7.11 framgår att särskild hänsyn måste tas till flygspårens laterala spridning kring de nominella flygvägarna eller huvudflygvägarna. Radardataprov karaktäriseras av liknande spridningar hos flygbanorna i vertikalplanet. Det är dock inte praxis att modellera den vertikala spridningen som en oberoende variabel. Spridningen beror vanligen på skillnader i luftfartygsvikter och driftprocedurer som beaktas vid förbearbetning av trafikbaserade ingångsdata.

2.7.13 Konstruera flygbanesegment

Varje flygbana måste definieras av en uppsättning segmentkoordinater (noder) och flygparametrar. Det första steget är att bestämma koordinaterna för markspårets segment. Därefter beräknas flygprofilen, och det är då viktigt att komma ihåg att profilen beror av markspåret, för en given uppsättning av procedursteg: Vid t.ex. samma dragkraft och hastighet är luftfartygets stighastighet mindre vid svängning än vid rätlinjig flygning. Slutligen konstrueras 3D-flygbanans segment genom att sammanfoga 2D-flygprofilen med 2D-markspåret.

Markspår

Ett markspår, dvs. ett huvudspår eller ett underspår, definieras av ett antal (x,y) koordinater på jordplanet (t.ex. utifrån radarinformation) eller av ett antal vektorkommandon som beskriver raka segment och cirkulära bågar (svängar med radien r och kursändringen Δξ).

Vid segmentmodellering representeras en båge av en följd av rätlinjiga segment som tillsammans bildar bågen. Luftfartygets bankning under svängar syns inte explicit men påverkar definitionen av markspåret. I tillägg B4 förklaras hur man beräknar bankningsvinklar under en sväng, men vinklarna uppstår eller försvinner inte momentant. Det finns ingen etablerad regel för att hantera övergången mellan rak flygning och en sväng, eller mellan en sväng och en direkt efterföljande sväng. Generellt har detaljerna, som det är upp till användaren att bedöma (se avsnitt 2.7.11), förmodligen endast försumbar effekt på de slutliga konturerna. Huvudkravet är att undvika skarpa övergångar i slutet av svängen, vilket kan uppnås genom att infoga korta övergångssegment genom vilka bankningsvinkeln ändras linjärt med avståndet. Endast om en viss sväng förväntas ha stor effekt på de slutliga konturerna, är det nödvändigt att modellera övergångsdynamiken mer realistiskt, så att bankningsvinkeln relateras till luftfartygstypen och så att lämpliga bankningshastigheter används. Här räcker det att konstatera att delbågarna Δξtrans i svängens början och slut beror av bankningsvinkelns ändring. Den resterande delen av bågen med kursändringen Δξ – 2 · Δξtrans grader delas upp i nsub delbågar enligt följande ekvation:

där int(x) är en funktion som returnerar heltalsdelen av x. Kursändringen Δξsub för varje delbåge beräknas som

där nsub måste vara så stor att Δξsub ≤ 30 grader. Segmentering av en båge (exklusive de avslutande övergångsdelsegmenten) visas i figur 2.7.f.

Figur 2.7.f Konstruktion av flygbanesegment, med sväng som delas upp i segment med längden Δs (övre vy i horisontalplan, undre vy i vertikalplan)

Nya segmentpunkter från markspårssegmentering

Markspår

Flygprofil

Flygprofil

Följande parametrar beskriver varje flygprofilsegment vid segmentets start (suffix 1) och slut (suffix 2):

s1, s2: Avstånd längs markspåret.

z1, z2: Flyghöjden.

V1, V2: Markhastighet.

P1, P2: Bullerrelaterad effektparameter (överensstämmer med parametern som NPD-kurvor definieras för).

ε 1, ε 2: Bankningsvinkel.

För att sätta samman en flygprofil utifrån ett antal procedursteg (flygbanesyntes), skapar man en följd av segment vars ändpunkter motsvarar de efterfrågade förhållandena. Ändpunktsparametrarna för varje segment blir startpunktsparametrarna för nästa segment. I alla segmentberäkningar är parametrarna kända vid start. De specifika förhållandena i slutet anges av procedursteget. De enskilda stegen definieras antingen av ANP-standardvärden eller av användaren (t.ex. utifrån luftfartygens flygmanualer). Slutförhållandena är vanligen höjd och hastighet. Uppgiften att sätta samman profilen utgörs av att bestämma hur lång spårsträcka som krävs för att uppfylla villkoren. De odefinierade parametrarna bestäms med de flygprestandaberäkningar som beskrivs i tillägg B.

Om markspåret är rakt kan profilpunkterna och associerade flygparametrar bestämmas oberoende av markspåret (bankningsvinkeln är alltid noll). Markspår är dock sällan raka, utan brukar innefatta svängar som måste beaktas om resultatet ska bli så bra som möjligt när den tvådimensionella flygprofilen bestäms. Där det behövs måste profilsegmenten delas upp vid markspårnoderna, så att ändringar av bankningsvinkeln beaktas. I regel är nästa segments längd okänd i början, och beräknas preliminärt med antagandet att bankningsvinkeln är oförändrad. Om det sedan visar sig att det preliminärt beräknade segmentet omfattar en eller flera markspårnoder, där den första finns vid s, dvs. s1 < s < s2, förkortas segmentet vid s, och parametrarna beräknas där genom interpolering (se nedan). Dessa blir slutpunktsparametrar för segmentet i fråga, och startpunktsparametrar för det nya segmentet – som fortfarande har samma slutvillkor. Finns det ingen mellanliggande markspårnod, gäller det preliminärt beräknade segmentet.

Om svängarnas effekt på flygprofilen ska förbises, används lösningen med rak flygning i ett segment men informationen om bankningsvinkeln behålls för användning senare.

Oavsett om svängar modelleras fullt ut, genereras varje tredimensionell flygbana genom att sammanfoga den tvådimensionella flygprofilen med det tvådimensionella markspåret. Resultatet är en sekvens av koordinatgrupper (x,y,z), och varje grupp är antingen en nod i det segmenterade markspåret, en nod i flygprofilen eller en nod i både markspåret och flygprofilen. Profilpunkterna motsvaras av värden för höjden z, markhastigheten V, bankningsvinkeln ε och motoreffekten P. För en spårpunkt (x,y) som ligger mellan ett flygprofilsegments ändpunkter, interpoleras flygparametrarna enligt följande:

där

Observera att z och ε antas variera linjärt med avståndet, men att V och P antas variera linjärt med tiden (dvs. konstant acceleration).

När flygprofilsegment ska matchas mot radardata (flygbaneanalys) bestäms alla ändpunktsavstånd, höjder, hastigheter och bankningsvinklar direkt från den befintliga informationen. Endast effektinställningarna måste beräknas med hjälp av prestandaekvationer. Eftersom även koordinaterna för markspår och flygprofil kan matchas korrekt, är metoden praktisk.

Segmentering av markrullning vid start

När ett flygplan startar – från bromssläppet (kallas även rullstart eller SOR) till dess att planet lyfter från marken – ökar hastigheten från noll till ca 80–100 m/s under en sträcka på 1500–2500 m.

Denna markrullning delas upp i segment av olika längd, och i varje segment ökar hastigheten med en viss mängd ΔV som är högst 10 m/s (ca 20 kn). Trots att accelerationen ändras under startrullningen kan konstant acceleration antas. I det här skedet, dvs. startfasen, är V1 den inledande hastigheten, V2 är starthastigheten, nTO är antalet startsegment och sTO är den ekvivalenta startsträckan. För den ekvivalenta startsträckan sTO (se tillägg B), den inledande hastigheten V1 och starthastigheten V2 är antalet segment, nTO, i markrullningen

vilket innebär att hastighetsändringen längs ett segment är

och tiden Δt på varje segment (konstant acceleration förutsätts) är

Längden sTO,k för segment k (1 ≤ k ≤ nTO) i startrullningen är alltså

Exempel:

För startsträckan sTO = 1600 m, V1 = 0 m/s och V2 = 75 m/s, ger ovanstående att nTO = 8 segment med längder från 25 m till 375 m (se figur 2.7.g):

Figur 2.7.g Segmentering av startrullning (exempel med 8 segment)

Utöver hastighetsändringen, ökar också flygplanets dragkraft över varje segment med en konstant mängd ΔP, som beräknas som

där PTO är flygplanets dragkraft vid lyftpunkten och Pinit är flygplanets dragkraft i början av startrullningen.

Ovanstående ekvation för dragkraftens ökning (i stället för kvadreringsekvationen 2.7.8) ger konsekvens med det linjära dragkraft-hastighetsförhållandet för jetmotorflygplan (ekvation B-1).

Segmentering av det inledande stigsegmentet

I det inledande stigsegmentet ändras geometrin snabbt, särskilt med avseende på observationsplatserna vid sidan om flygspåret, där betavinkeln ändras snabbt under luftfartygets stigning i det inledande segmentet. Jämförelser med beräkningar i mycket små segment visar att endast ett stigsegment ger en dålig approximering av bullret vid sidan om flygspåret. Beräkningsnoggrannheten förbättras om man skapar undersegment av det första marklyftsegmentet. Längden för varje segment och antalet segment beror på den laterala dämpningen. Utifrån uttrycket för total lateral dämpning för luftfartyg med flygkroppsmonterade motorer kan man visa att det inledande stigsegmentet, för en begränsad ändring på 1,5 dB per undersegment, ska undersegmenteras baserat på följande uppsättning av höjdvärden:

z = {18,9; 41,5; 68,3; 102,1; 147,5; 214,9; 334,9; 609,6; 1289,6} meter, eller

z = {62; 136; 224; 335; 484; 705; 1099; 2000; 4231} fot

Ovanstående uppsättningar implementeras genom att identifiera vilket av höjdvärdena som ligger närmast det ursprungliga segmentets ändpunkt. De faktiska undersegmenthöjderna beräknas sedan med

där z är det ursprungliga segmentets sluthöjd, zi är det i:e värdet i uppsättningen av höjdvärden och zN är den närmaste övre gränsen mot höjden z. Denna process resulterar i att ändringen av den laterala dämpningen över varje undersegment förblir konstant, vilket ger mer exakta konturer utan att man behöver använda mycket korta segment.

Exempel:

Om höjden för det ursprungliga segmentets ändpunkt är z = 304,8 m, så ger uppsättningen av höjdvärden att 214,9 < 304,8 < 334,9 och för z = 304,8 m är den närmaste övre gränsen z7 = 334,9 m. Undersegmentets ändpunktshöjder beräknas sedan som

zi′ = 304,8 [zi/334,9] (i = 1..N)

z1′ blir därmed 17,2 m och z2′ blir 37,8 m osv.

Värdena för hastighet och motoreffekt i de insatta punkterna interpoleras med hjälp av ekvationerna (2.7.11) och (2.7.13).

Segmentering av luftburna segment

När den segmenterade flygbanan har fastställts enligt beskrivningen i avsnitt 2.7.13 och när undersegmentering har utförts, kanske segmenteringskorrigering måste utföras. Detta kan innebära att

ta bort flygbanepunkter som ligger för nära varandra,

sätta in flera punkter när hastighetsändringar längs segment är för stora.

Om avståndet mellan intilliggande punkter är mindre än 10 m, och om motsvarande hastigheter och dragkrafter är samma, ska någon av punkterna tas bort.

Om det förekommer betydande hastighetsändringar längs ett luftburet segment, ska detta delas upp ytterligare, som för markrullningen, dvs.

där V1 och V2 är segmentets start- och sluthastigheter. Motsvarande undersegmentparametrar beräknas på liknande sätt som för markrullningen vid start, med hjälp av ekvationerna 2.7.11 till 2.7.13.

Markrullning vid landning

Markrullningen vid landning är väsentligen en omvänd version av markrullningen vid start, men särskild hänsyn måste tas till

den omvända dragkraften, som ibland används för att minska luftfartygets hastighet,

flygplan som lämnar rullbanan efter retardation (luftfartyg som lämnar rullbanan bidrar inte till bullret, eftersom ljud från taxning inte beaktas).

I motsats till rullsträckan vid start, som bestäms utifrån luftfartygets prestandaparametrar, är stoppsträckan sstop (dvs. avståndet från sättningspunkten till den punkt där luftfartyget lämnar rullbanan) inte fullständigt luftfartygsspecifik. En minsta stoppsträcka kan visserligen bestämmas utifrån luftfartygets massa och prestanda (och tillgänglig omvänd dragkraft), men den verkliga stoppsträckan beror även på taxibanornas placering, på trafiksituationen och på flygplatsens specifika regler för hur omvänd dragkraft får användas.

Användning av omvänd dragkraft är inte en standardprocedur – den används endast om nödvändig retardation inte kan uppnås med hjälp av hjulbromsning. (Omvänd dragkraft kan vara mycket störande eftersom en snabb ändring av motoreffekten, från tomgång till omvänd dragkraft, ger upphov till plötsligt buller.)

De flesta rullbanor används för både avgångar och landningar, vilket innebär att omvänd dragkraft har mycket liten effekt på bullerkonturerna eftersom den totala ljudenergin i rullbanans närhet domineras av buller från avgångar. Den omvända dragkraftens bidrag till konturerna är vanligen av betydelse endast om rullbanan bara används för landningar.

Fysikaliskt sett är omvänd dragkraft en mycket komplicerad process men eftersom den har minimal inverkan på bullerkonturerna räcker det med en enklare modell, där den snabba ändringen av motoreffekten beaktas genom lämplig segmentering.

Att modellera markrullning vid landning är alltid mer komplicerat än att modellera markrullning vid start. Följande förenklade modelleringsantaganden rekommenderas generellt, om ingen detaljerad information är tillgänglig (se figur 2.7.h).

Figur 2.7.h Modellering av markrullning vid landning

Rullbanans slutpunkt

Luftfartygshastighet

Nivåökning omvänd dragkraft

Motoreffekt

Sättningspunkt

Landningströskel

Flygplanets sättningspunkt är placerad 300 m bakom landningströskeln (som har koordinaten s = 0 längs inflygningsmarkspåret). Luftfartyget bromsas sedan in (retardation) under stoppsträckan sstop – luftfartygsspecifika värden finns i ANP-databasen – från den avslutande inflygningshastigheten Vfinal till 15 m/s. På grund av de snabba hastighetsändringarna i detta segment, måste det undersegmenteras på samma sätt som markrullningen vid start (eller som luftburna segment med snabba hastighetsändringar), med hjälp av ekvationerna 2.7.10 till 2.7.13.

Motoreffekten ändras från den avslutande inflygningseffekten vid sättningspunkten, till en omvänd dragkraft med effektinställningen Prev under ett avstånd 0,1×sstop, och minskar sedan till 10 % av maximal tillgänglig effekt under resterande 90 % av stoppsträckan. Fram till slutet av rullbanan (vid s = –sRWY) förblir luftfartygets hastighet konstant.

NPD-kurvor för omvänd dragkraft finns för närvarande inte i ANP-databasen. Därför används konventionella kurvor för modellering av denna effekt. Vanligen är den omvända dragkraftseffekten Prev ca 20 % av den högsta effektinställningen, vilket rekommenderas om ingen driftinformation är tillgänglig. Men vid en given effektinställning tenderar den omvända dragkraften att generera mer buller än den framåtriktade dragkraften, och ökningen ΔL ska appliceras på den NPD-härledda händelsenivån, som ökar från noll till ett värde ΔLrev (5 dB rekommenderas preliminärt) längs 0,1×sstop och sedan minskar linjärt till noll längs återstoden av stoppsträckan.

2.7.14 Bullerberäkning för en händelse

Kärnan i modelleringsprocessen, som här beskrivs i sin helhet, är att beräkna händelsens bullernivå utifrån flygbaneinformationen, enligt beskrivningen i avsnitten 2.7.7–2.7.13.

2.7.15 Mått för händelse

Det ljud som uppstår i en observationspunkt när en luftfartygsrörelse inträffar sägs vara ”en händelses buller- eller ljudnivå”, vilket är en storhet som beskriver bullrets påverkan på människor. Det mottagna bullret mäts enligt en enkel decibelskala L(t) med en frekvensviktning (eller ett filter) för att efterlikna den mänskliga hörseln. Den viktigaste skalan för modellering av flygplansbuller är den A-vägda ljudnivån, LA.

Det vanligaste måttet för att fånga upp hela händelser är ”bullerexponeringsnivåer för händelse”, LE, som inbegriper all (eller nästan all) ljudenergi i enskilda händelser. Eftersom tidsperioden måste integreras krävs det avancerad segmentering (eller simulering) för att modellera situationen. Enklare att modellera är ett alternativt mått, Lmax, som är den högsta momentana nivå som nås under händelsen. Dock är LE ett grundmått i de flesta flygplansbullerindex nuförtiden, och i framtiden kommer de praktiska modellerna förmodligen att innefatta både Lmax och LE. Vilket som helst av måtten kan mätas på olika bullerskalor. I det här dokumentet används endast den A-vägda ljudnivån. I symboler indikeras skalan vanligen genom att komplettera måttets suffix, som i LAE, LAmax.

Ljudexponeringsnivån för en händelse uttrycks exakt som

där t0 betecknar en referenstid. Integreringsintervallet [t1,t2] har valts för att säkerställa att (nästan) allt signifikant ljud i händelsen inkluderas. Mycket ofta väljs gränserna t1 och t2 för att definiera den period då nivån L(t) som lägst är 10 dB från Lmax. Perioden kan kallas ”10 dB under”. Ljudexponeringsnivåerna i ANP-databasens tabeller är sådana ”10 dB under”-värden.

Huvudversionen av ekvation 2.7.17 är standardmåttet för ljudexponeringsnivån LAE (SEL) vid modellering av bullerkonturer för flygplan:

Ekvationer för exponeringsnivåer kan användas för att bestämma händelsenivåer när hela tidshistoriken för L(t) är känd. Inom rekommenderad bullermodelleringsmetodik definieras inte sådan tidshistorik – händelsernas exponeringsnivåer beräknas genom summering av segmentvärden, dvs. nivåer för delhändelser som får definiera bidraget från ett enskilt, ändligt segment i flygbanan.

2.7.16 Bestämma händelsenivåer från NPD-data

Den huvudsakliga källan till flygplansbullerdata är ANP-databasen (Aircraft Noise and Performance). Denna innehåller tabeller för Lmax och LE som funktioner av utbredningsavståndet d – för specifika luftfartygstyper, flygkonfigurationer (inflygning, avgång, klaffinställningar) och effektinställningar P. Värdena gäller vid konstant flygning vid specifika referenshastigheter Vref längs en fiktiv, oändlig, rak flygbana.

Hur värden för de oberoende variablerna P och d anges beskrivs senare. En sökning med ingångsvärdena P och d resulterar i att erforderliga utgångsvärden är grundnivåerna Lmax(P,d) och/eller LE∞(P,d) (tillämpligt på flygbana med oändlig längd). Om det saknas exakta tabellvärden för P och/eller d, måste man vanligtvis skatta händelsens bullernivåer genom att interpolera. Linjär interpolering används mellan tabellnoterade effektinställningar, medan logaritmisk interpolering används mellan tabellnoterade avstånd (se figur 2.7.i).

Figur 2.7.i Interpolering i buller-effekt-avståndskurvor

Lutningsavstånd (logaritmisk skala)

Bullernivå

Effekt

Om Pi och Pi +1 är motoreffektvärden som har tabellnoterade värden för bullernivå kontra avstånd, ges bullernivån L(P) vid ett givet avstånd för effekten P, mellan Pi och Pi +1, av:

Om, vid någon effektinställning, di och di +1 är avstånd som motsvaras av tabellnoterade bullervärden, ges bullernivån L(d) för avståndet d, mellan di och di +1, av

Med ekvationerna (2.7.19) och (2.7.20) kan en bullernivå L(P,d) erhållas för en valfri effektinställning P och ett valfritt avstånd d som är inom NPD-databasens omfång.

För avstånd d som inte omfattas av NPD-omfånget används ekvation 2.7.20 för att extrapolera från de sista två värdena, dvs. inåt från L(d1) och L(d2) eller utåt från L(dI – 1) och L(dI), där I är det totala antalet NPD-punkter på kurvan. Således:

För korta avstånd d ökar bullernivåerna mycket snabbt med minskat utbredningsavstånd. Därför rekommenderas att en undre gräns på 30 m används för d, dvs. d = max(d, 30 m).

Impedansjustering av normaliserade NPD-data

NPD-data i ANP-databasen är normaliserade för specifika atmosfäriska förhållanden (temperaturen 25 °C och trycket 101,325 kPa). Innan den ovan beskrivna interpolerings-/extrapoleringsmetoden används, måste den normaliserade NPD-informationen kompenseras för akustisk impedans.

Akustisk impedans har att göra med utbredningen av ljudvågor i ett akustiskt medium och definieras som produkten av luftens densitet och ljudets hastighet. För en given ljudintensitet (effekt per areaenhet) uppfattad vid ett visst avstånd från källan, beror det associerade ljudtrycket (som används för att definiera ljudexponeringsnivå och LAmax) på den akustiska impedansen för luften vid mätplatsen. Den akustiska impedansen är en funktion av temperaturen och atmosfärtrycket (och indirekt av höjden). De normaliserade NPD-värdena i ANP-databasen måste därför justeras, för att ta hänsyn till mottagarpunktens verkliga temperatur- och tryckförhållanden, som vanligen skiljer sig från ANP-databasens normaliserade förhållanden.

På de standardiserade NPD-nivåerna ska följande impedansjustering tillämpas:

där

ΔImpedance: är impedansjusteringen för de verkliga atmosfäriska förhållandena vid mottagarpunkten (dB),

ρ·c: är akustisk impedans (newtonsekunder/m3) för luften i mottagarpunkten (med 409,81 som luftens impedans för de atmosfäriska referensförhållandena i ANP-databasens NPD-data).

Impedansen ρ·c beräknas så här:

där

δ: p/po, är förhållandet mellan omgivningsluftens tryck vid observationshöjden och standardlufttrycket vid havsytans medelnivå: po = 101,325 kPa (eller 1013,25 mb),

θ: (T + 273,15)/(T0 + 273,15) är förhållandet mellan lufttemperaturen på observationshöjden och standardlufttemperaturen vid havsytans medelnivå: T0 = 15,0 °C.

Justeringen av den akustiska impedansen är vanligen mindre än några tiondelar av 1 dB. Under vissa atmosfäriska förhållanden (po = 101,325 kPa och T0 = 15,0 °C) är impedansjusteringen mindre än 0,1 dB (0,074 dB). Om de verkliga värdena för temperatur och atmosfäriskt tryck skiljer sig kraftigt från NPD-förhållandena kan justeringen vara större.

2.7.17 Allmänna uttryck

Segmenthändelsenivå (segment event level) – Lseg

Segmentvärdena bestäms genom att använda justeringar för de grundvärden (oändlig bana) som hämtas i NPD-informationen. Maximal bullernivå från ett flygbanesegment Lmax,seg kan generellt uttryckas som

och bidraget från ett flygbanesegment till LE som

Med korrigeringstermerna i ekvationerna 2.7.25 och 2.7.26 – som beskrivs utförligt i avsnitt 2.7.19 – beaktas följande effekter:

ΔV: Varaktighetskorrigering: NPD-värdena gäller för en viss referensflyghastighet. Med den här termen korrigeras exponeringsnivåerna för andra hastigheter. (Används inte för Lmax,seg.)

ΔI (φ): Installationseffekt: beskriver en variation i lateral direktivitet på grund av avskärmning, refraktion och reflektion som orsakas av flygplansskrovet, motorer och omgivande flöden.

Λ(β,): Lateral dämpning: Denna är signifikant för ljudutbredning vid små vinklar gentemot marken, och korrigeringen tar hänsyn till effekterna av direkta och reflekterade ljudvågor (markeffekt) och av atmosfäriska olikformigheter (främst orsakade av marken) som reflekterar ljudvågor på väg mot observatören vid sidan om flygbanan.

ΔF: Korrigering för ändligt segment (bullerfraktion): tar hänsyn till det ändliga segmentet, som uppenbart ger mindre bullerexponering än ett oändligt segment. Används endast för exponeringsmått.

Om segmentet är en del av start- eller landningsmarkrullningen och observatören är placerad bakom segmentet i fråga, vidtas särskilda åtgärder för att representera den tydliga direktiviteten för jetmotorbuller som observeras bakom ett luftfartyg som ska starta. Dessa åtgärder resulterar i att en särskild bullerekvation används för exponeringsnivån:

där

Δ′F: är en specialform för segmentkorrigering,

ΔSOR: är direktivitetskorrigering – för att ta hänsyn till den tydliga direktiviteten för jetmotorbullret bakom markrullsegmentet.

Hur markrullsegment hanteras specifikt beskrivs i avsnitt 2.7.19.

I nedanstående avsnitt beskrivs beräkning av segmentbullernivåer.

Händelsens bullernivå L för en luftfartygsrörelse

Maximal nivå, Lmax, är det största av alla segmentvärden Lmax,seg (se ekvation 2.7.25 och 2.7.27)

där varje segmentvärde bestäms utifrån luftfartygets NPD-data för effekten P och avståndet d. Parametrarna och modifieringstermerna ΔI (φ) och Λ(β,) beskrivs nedan.

Exponeringsnivå, LE, beräknas som decibelsumman av bidragen LE,seg från alla bullersignifikanta segment i flygbanan, dvs.

Summeringen utförs stegvis genom flygbanesegmenten.

Återstoden av det här kapitlet handlar om bestämning av segmentbullernivåerna Lmax,seg och LE,seg.

2.7.18 Parametrar för flygbanesegment

Effekten P och avståndet d, för vilka grundnivåerna Lmax,seg(P,d) och LE∞(P,d) interpoleras utifrån NPD-tabellerna, bestäms utifrån geometri- och driftparametrar som definierar segmentet. Hur detta utförs beskrivs nedan med hjälp av bilder av det plan som innehåller segmentet och observatören.

Geometriska parametrar

Figurerna 2.7.j–2.7.l visar källa-mottagar-geometrin när observatören O finns (a) bakom, (b) vid sidan om och (c) framför segmentet S1S2 där flygriktningen är från S1 till S2. I diagrammen avses med

O: observatörens position,

S1, S2: segmentets start och slut,

Sp: en punkt på segmentet eller på en förlängning av segmentet som finns på det kortaste vinkelräta avståndet till observatören,

d1, d2: avstånden mellan observatören och segmentets startpunkt respektive slutpunkt,

ds: det kortaste avståndet mellan observatören och segmentet,

dp: det vinkelräta avståndet mellan observatören och det förlängda segmentet (minsta lutande avstånd),

λ: flygbanesegmentets längd,

q: avståndet från S1 till Sp (negativt om observatören är placerad bakom segmentet).

Figur 2.7.j Flygbanesegmentets geometri för observatör bakom segment

Figur 2.7.k Flygbanesegmentets geometri för observatör vid sidan om segmentet

Figur 2.7.l Flygbanesegmentets geometri för observatör framför segmentet

I ovanstående figurer är flygbanesegmentet ritat med en fetmarkerad heldragen linje. Den prickade linjen representerar flygbanans förlängning som kan dras ut oändligt i båda riktningarna. För luftburna segment, när händelsemåttet är en exponeringsnivå LE, motsvarar NPD-avståndsparametern d avståndet dp mellan Sp och observatören, kallat det minsta lutande avståndet (dvs. det vinkelräta avståndet från observatören till segmentet eller den förlängda delen av segmentet, som bildar en hypotetiskt oändlig flygbana).

För exponeringsnivåmått där observatören är placerad bakom marksegmenten under startrullningen och framför marksegmenten under landningsrullningen, motsvaras NPD-avståndsparametern d av avståndet ds, som är det kortaste avståndet mellan observatören och segmentet (dvs. samma som för maxnivåmåttet).

För maxnivåmått motsvaras NPD-avståndsparametern d av ds, som är det kortaste avståndet mellan observatören och segmentet.

Segmenteffekten P

Tabellnoterade NPD-data beskriver bullret från ett luftfartyg vid konstant, rak flygning på en oändlig flygbana, vilket betyder att motoreffekten P är konstant. Med de rekommenderade metoderna delas de verkliga flygbanorna (där hastigheten och riktningen varierar) upp i ett antal ändliga segment, och varje segment betraktas som en del av en enhetlig, oändlig flygbana för vilken den tillgängliga NPD-informationen gäller. Men metoden tar hänsyn till effektändringen längs ett segment. Effekten antas ändras linjärt med avståndet från P1 vid segmentets start till P2 vid segmentets slut. Därför är det nödvändigt att definiera ett ekvivalent konstant segmentvärde P. Detta antas ha samma värde som vid den punkt på segmentet som ligger närmast observatören. Om observatören är placerad vid sidan om segmentet (figur 2.7.k) erhålls värdet genom interpolering enligt ekvation 2.7.8 mellan ändvärdena, dvs.

Om observatören är placerad bakom eller framför segmentet, motsvaras värdet av den närmaste ändpunkten, P1 eller P2.

2.7.19 Korrigeringstermer för segmenthändelsenivå

I NPD-informationen definieras nivåer för bullerhändelser som en funktion av avståndet vinkelrätt under en teoretiskt perfekt, rak bana av oändlig längd, längs vilken luftfartyget håller konstant effekt och en fast referenshastighet. Den händelsenivå som interpoleras från NPD-tabellen för en specifik effektinställning och ett visst lutande avstånd sägs därmed vara en grundnivå. Den gäller för en oändlig flygbana och måste korrigeras för effekterna av (1) annan hastighet än referenshastigheten, (2) motorinstallationen (lateral direktivitet), (3) lateral dämpning, (4) ändlig segmentlängd och (5) longitudinell direktivitet bakom rullstarten vid start – se ekvationerna 2.7.25 och 2.7.26.

Varaktighetskorrigeringen ΔV (endast exponeringsnivåer, LE)

Den här korrigeringen tar hänsyn till ändringar av exponeringsnivåer i situationer då segmentets faktiska markhastighet inte är densamma som referenshastigheten Vref, som NPD-informationen utgår från. Precis som motoreffekten, ändras hastigheten längs segmentet (markhastigheten ändras från V1 till V2), vilket gör det nödvändigt att definiera en ekvivalent segmenthastighet Vseg och ta hänsyn till segmentets lutning mot marken, dvs.

där V i det här fallet är en ekvivalent segmentmarkhastighet (för utförlig information, se ekvation B-22 där V uttrycks i termer av kalibrerad flyghastighet, Vc), och

För luftburna segment antas V vara markhastigheten vid den närmaste punkten S, interpolerat mellan segmentets ändpunktsvärden, med antagandet att hastigheten ändras linjärt med tiden. Således, om observatören befinner sig vid sidan om segmentet:

Om observatören är placerad bakom eller framför segmentet, antas hastigheten vara samma som i den närmaste ändpunkten, V1 eller V2.

För rullbanesegment (delar av markrullning vid start eller landning, för vilka γ = 0) sätts Vseg som ett genomsnittsvärde av hastigheten vid segmentets början och slut, dvs.

I båda fallen blir den totala varaktighetskorrigeringen

Geometri för ljudutbredning

Figur 2.7.m visar den grundläggande geometrin i normalplanet mot luftfartygets flygbana. Marklinjen är skärningspunkten mellan normalplanet och det horisontella jordplanet. (Om flygbanan är horisontell är marklinjen en ändvy av jordplanet.) Luftfartyget bankar med vinkeln ε, mätt moturs runt rotationsaxeln (dvs. styrbords vinge upp). Vinkeln är alltså positiv för vänstersvängar och negativ för högersvängar.

Figur 2.7.m Observationsvinklar i normalplanet mot flygbanan

Depressionsvinkel

Bankningsvinkel

Höjdvinkel

Vingplan

Marklinje

Höjdvinkeln β (0–90 grader) mellan den direkta ljudutbredningsvägen och den horisontella marklinjen är, tillsammans med flygbanans lutning och observatörens laterala avstånd  från markspåret, avgörande för den laterala dämpningen.

Depressionsvinkeln φ mellan vingplanet och utbredningsvägen bestämmer effekterna av motorinstallationen. Med hänsyn till bankningsvinkeln blir depressionsvinkeln φ = β ± ε med ett positivt tecken för observatörer åt styrbord (höger) och negativt tecken för observatörer åt babord (vänster).

Korrigering för motorinstallation ΔI

Ett luftfartyg under pågående flygning är en mycket komplex ljudkälla. Motorn (och flygplansskrovet) är komplexa källor i sig. Dessutom påverkas bullerutstrålningen av flygplanets konfiguration, särskilt motorernas placering, genom reflektion, refraktion och spridning från solida ytor och aerodynamiska flödesfält. Detta resulterar i ojämn direktivitet för ljud som strålar ut lateralt kring luftfartygets rotationsaxel, i detta dokument kallat lateral direktivitet.

För luftfartyg med motorer monterade på flygplanskroppen är den laterala direktiviteten annorlunda än för luftfartyg där motorerna är placerade under vingarna. Dessa skillnader beaktas genom följande uttryck:

där ΔI (φ) är korrigeringen (i dB) vid depressionsvinkeln φ (se figur 2.7.m) och

För propellerflygplan är direktivitetsvariationerna försumbara, och det kan antas att

Figur 2.7.n visar ändringen ΔI(φ) runt luftfartygets rotationsaxel för tre typer av motorinstallationer. Dessa empiriska samband har härletts av SAE (Society of Automotive Engineers), i experiment där mätningar främst har gjorts under vingen. Tills data ovanför vingen har analyserats, rekommenderas (om φ är negativt) att ΔI(φ) = ΔI(0) för alla installationer.

Figur 2.7.n Lateral direktivitet för installationseffekter

Jetflygplan, motorer på flygplanskroppen

Jetflygplan, ving-monterade motorer

5 dB

φ

Propeller (okorrigerat)

Vingplan

Det förutsätts att ΔI (φ) är tvådimensionell, dvs. att värdet är oberoende av andra parametrar, och i synnerhet att det inte varierar med det longitudinella avståndet mellan observatören och luftfartyget. Det innebär att höjdvinkeln β för ΔI (φ) definieras som β = tan– 1(z/). Sambandet används endast i modelleringssyfte, tills det finns mer kunskap om mekanismerna. I verkligheten är effekterna av installationen väsentligen tredimensionella. En tvådimensionell modell motiveras dock av det faktum att händelsenivåerna mestadels domineras av sidostrålande buller från det närmaste segmentet.

Lateral dämpning Λ(β,) (oändlig flygbana)

Tabellnoterade NPD-händelsenivåer utgår från flygning på konstant höjd och baseras generellt på mätningar som har registrerats 1,2 m ovanför mjuk mark, under luftfartyget: avståndsparametern är höjden över ytan. Ytans eventuella effekt på händelsebullernivåer under luftfartyget, som kan göra att tabellnivåerna skiljer sig från frifältsvärdena, antas vara inbegripna i informationen (dvs. i form av sambanden mellan nivå och avstånd).

Vid sidan om flygbanan är avståndsparametern det minsta lutande avståndet – normalens längd från mottagaren till flygbanan. Vid en valfri lateral position är bullernivån generellt sett lägre än vid samma avstånd direkt under luftfartyget. Utöver lateral direktivitet eller beskrivna installationseffekter, beror ovanstående på lateral dämpning som gör att ljudnivån sänks snabbare med avståndet än vad NPD-kurvorna visar. En tidigare ofta använd metod för modellering av lateral utbredning av flygplansbuller utvecklades av Society of Automotive Engineers (SAE) i AIR-1751, och de algoritmer som beskrivs nedan baseras på förbättringar som SAE nu rekommenderar i AIR-5662. Lateral dämpning är en reflektionseffekt som beror på interferens mellan direkt utstrålande ljud och ljud som reflekteras från ytan. Ytans egenskaper har stor betydelse och kan ge kraftigt minskade ljudnivåer vid små höjdvinklar. Den laterala dämpningen påverkas också starkt av konstant eller ojämn ljudrefraktion som beror på vind- och temperaturgradienter, och på turbulens som beror på ytan. Mekanismerna för ytreflektion är välkända, och för enhetliga atmosfär- och ytförhållanden kan reflektionen beskrivas teoretiskt med viss precision. Men oenhetliga atmosfär- och ytförhållanden som inte kan analyseras teoretiskt har stark inverkan på reflektionen och tenderar att sprida den till större höjdvinklar, vilket innebär att teorin har begränsad tillämplighet. SAE arbetar för att utveckla bättre förståelse av yteffekterna, vilket förväntas resultera i bättre modeller. Till dess rekommenderas följande metod (som beskrivs i AIR-5662) för beräkning av lateral dämpning. Metoden är begränsad till ljudutbredning över mjuk mark, vilket gäller de flesta av de större trafikflygplatserna i världen. Justeringar för effekter av hård markyta (eller vatten, som är akustiskt ekvivalent) håller på att utvecklas men finns inte än.

Metoden baseras på en stor mängd experimentella data om ljudutbredning från flygplan med kroppsmonterade motorer och under konstant rak (inga svängar) flygning på konstant höjd, ursprungligen rapporterade i AIR-1751. Utifrån antagandet att (för flygning på konstant höjd), luft-till-mark-dämpningen beror på (i) höjdvinkeln β mätt i vertikalplanet, och (ii) det laterala avståndet från luftfartygets markspår , analyserades datamängden för att få fram en empirisk funktion för den totala laterala justeringen ΛT(β,) (= lateral händelsenivå minus nivån på samma avstånd under luftfartyget).

Eftersom termen ΛT(β,) tar hänsyn till både lateral direktivitet och lateral dämpning, kan den laterala dämpningen subtraheras. När den laterala direktiviteten beskrivs av ekvation 2.7.37, med koefficienter för kroppsmonterade motorer och med φ ersatt av β (gäller för flygning utan svängar), blir den laterala dämpningen:

där β och  mäts enligt figur 2.7.m, i ett normalplan mot den oändliga flygbanan, som vid flygning på konstant höjd också är vertikalt.

Λ(β,) kan beräknas direkt med hjälp av ekvation 2.7.39, med ΛT(β,) hämtat från AIR-1751. Ett bättre samband rekommenderas dock, nämligen följande empiriska approximering från AIR-5662:

där Γ() är en avståndsfaktor som ges av

och Λ(β) är den laterala dämpning från luft till mark vid stora avstånd som ges av

Uttrycket för lateral dämpning Λ(β,), ekvation 2.7.40, som antas vara lämplig för alla luftfartyg – propellerplan eller jetplan med motorer under vingarna eller på flygplanskroppen – illustreras i figur 2.7.o.

Under vissa förhållanden (med terräng) kan β vara mindre än noll. I sådana situationer rekommenderas att Λ(β) = 10,57.

Figur 2.7.o Ändring av lateral dämpning Λ(β,) med höjdvinkel och avstånd

Lateral dämpning i ändligt segment

Ekvationerna 2.7.41–2.7.44 beskriver den laterala dämpningen Λ(β,) för ljud som når observatören från ett flygplan under konstant flygning, på konstant höjd längs en oändlig flygbana. När ekvationerna används för ändliga bansegment som inte har konstant höjd, måste dämpningen beräknas för en ekvivalent bana med konstant höjd – eftersom den närmaste punkten på en enkel förlängning av det lutande segmentet (som i någon punkt passerar genom markytan) generellt inte ger rätt höjdvinkel β.

Att bestämma den laterala dämpningen för ändliga segment utförs på mycket olika sätt för måttet Lmax respektive måttet LE. Segmentets maxnivå Lmax bestäms utifrån NPD-data som funktion av ett utbredningsavstånd d från den närmaste punkten på segmentet. Det krävs inga korrigeringar för att ta hänsyn till segmentets dimension. På samma sätt antas den laterala dämpningen Lmax bero endast på höjdvinkeln för samma punkt och på avståndet till denna. Endast koordinaterna för denna punkt krävs. Bestämning av LE är en mer komplicerad process.

Den grundnivå för händelsen LE(P,d) som bestäms utifrån NPD-informationen gäller för en oändlig flygbana, även om parametrar för ändliga segment används. En händelses exponeringsnivå från ett segment, LE,seg, är mindre än grundnivån – närmare bestämt grundnivån minus ett visst korrigeringsvärde för ändliga segment, som definieras i avsnitt 2.7.19. Denna korrigering, en funktion av geometrin för trianglarna OS1S2 i figurerna 2.7.j–2.7.l, definierar hur stor andel av den oändliga banans totala bullerenergi som kommer från segmentet (och tas emot i O). Samma korrigering gäller oavsett om lateral dämpning förekommer. Men lateral dämpning ska beräknas för den oändliga flygbanan, dvs. som en funktion av dess sidoavstånd och höjd, inte av det ändliga segmentet.

Genom att addera korrigeringarna ΔV och ΔI, och subtrahera den laterala dämpningen Λ(β,) från NPD-grundnivån, får man den justerade händelsebullernivån för ekvivalent konstant flygning på konstant höjd på en intilliggande, oändlig rak bana. Men de flygbanesegment som modelleras, och som påverkar bullerkonturerna, har sällan konstant höjd – ett luftfartygs flyghöjd brukar ändras fortlöpande under flygningen.

Figur 2.7.p illustrerar ett avgångssegment S1S2 – luftfartyget stiger med en viss vinkel γ – men förhållandena är liknande för ett ankomstsegment. Återstoden av den ”riktiga” flygbanan visas inte. Det räcker att konstatera att S1S2 representerar endast en del av hela banan (som generellt innehåller kurvor). I det här fallet är observatören O placerad vid sidan, till vänster om segmentet. Luftfartyget bankar (moturs kring flygbanan) med vinkeln ε mot den laterala horisontalaxeln. Depressionsvinkeln φ från vingplanet, som installationseffekten ΔI är en funktion av (ekvation 2.7.39), ligger i normalplanet mot flygbanan där ε definieras. Således är φ = β - ε där β = tan– 1(h/) och  det vinkelräta avståndet OR från observatören till markspåret, dvs. det laterala avståndet till observatören. Luftfartygets närmaste punkt relativt observatören, S, definieras av det vinkelräta avståndet OS med längden (det lutande avståndet) dp. Triangeln OS1S2 överensstämmer med figur 2.7.k, geometrin för beräkning av segmentkorrigeringen ΔF.

Figur 2.7.p Observatör vid sidan om segment

För att beräkna den laterala dämpningen med hjälp av ekvation 2.7.40 (där β mäts i vertikalplanet), definieras en ekvivalent flygbana med konstant höjd i vertikalplanet, genom S1S2 och med samma vinkelräta lutande avstånd dp från observatören. Detta kan illustreras genom att vrida triangeln ORS och den tillhörande flygbanan kring OR (se figur 2.7.p) en vinkel γ, så att triangeln ORS′ bildas. Höjdvinkeln för denna ekvivalenta bana med konstant höjd (nu i ett vertikalplan) är β = tan– 1(h/) ( förblir oförändrad). I det här fallet, med observatören vid sidan om segmentet, är den laterala dämpningen Λ(β,) samma för måtten LE och Lmax.

Figur 2.7.q illustrerar en situation där observatörspositionen O är bakom det ändliga segmentet, inte vid sidan om det. Här observeras segmentet som en mer avlägsen del av en oändlig bana. En vinkelrät linje kan endast ritas till punkten Sp på den förlängda delen. Triangeln OS1S2 överensstämmer med figur 2.7.j som definierar segmentkorrigeringen ΔF. I det här fallet är dock parametrarna för lateral direktivitet och dämpning mindre uppenbara.

Figur 2.7.q Observatör bakom segment

γ = stigvinkel

ε = bankningsvinkel

β = höjdvinkel för LE = tan– 1 (h/)

β1 = höjdvinkel för Lmax = sin– 1 (z1/d1)

φ = depressionsvinkel = β – ε

Horisontal

Vingplan

Flygbanesegment

Ekvivalent bana på constant höjd

Förlängt segment

Vingplan

Horisontal

Markspår

För modellering betraktas den laterala direktiviteten (effekt av installation) som tvådimensionell, och depressionsvinkeln φ mäts lateralt från luftfartygets vingplan. (Grundnivån för händelsen är fortfarande den som genereras av luftfartyget längs den oändliga flygbana som representeras av det förlängda segmentet.) Depressionsvinkeln bestäms alltså vid den närmaste punkten relativt mottagaren, dvs. φ = βp - ε där βp är vinkeln SpOC.

För måttet maximal nivå, sätts NPD-avståndsparametern som det kortaste avståndet till segmentet, dvs. d = d1. För måttet exponeringsnivå används det kortaste avståndet dp från O till Sp på den förlängda flygbanan, dvs. den nivå som interpoleras från NPD-tabellen är LE∞ (P1, dp).

Även för lateral dämpning används olika parametrar för beräkning av maximal nivå och exponeringsnivå. För beräkning av maximal nivå ges korrigeringen Λ(β,) av ekvation 2.7.40 med β = β1 = sin– 1(z1/d1) och , där β1 och d1 definieras av triangeln OC1S1 i vertikalplanet genom O och S1.

Vid beräkning av den laterala dämpningen för endast luftburna segment och för exponeringsnivå är  det kortaste laterala avståndet från segmentförlängningen (OC). Men för att definiera rätt värde för β måste man åter tänka sig en (oändlig) ekvivalent flygbana med konstant höjd, som segmentet kan betraktas som del av. Denna ritas genom S1′, höjden h ovan ytan, där h är lika med längden av RS1 vinkelrätt från markspåret till segmentet. Detta är liktydigt med att rotera den faktiska förlängda flygbanan en vinkel γ kring punkten R (se figur 2.7.q). När R är vinkelrät mot S1, den punkt på segmentet som är närmast O, kan den ekvivalenta flygbanan konstrueras på samma sätt som när O är placerad vid sidan om segmentet.

Den ekvivalenta banans närmaste punkt relativt observatören O infaller vid S′, med det lutande avståndet d, så att triangeln OCS′ som bildas i det vertikala planet definierar höjdvinkeln β = cos– 1(/d). Ovanstående transformering kan tyckas invecklad, men det bör noteras att den grundläggande källgeometrin (definierad av d1, d2 och φ) inte ändras – ljudet som färdas från segmentet mot observatören är samma som om hela flygningen längs det oändligt utsträckta lutande segmentet gjordes med den konstanta hastigheten V och effekten P1. Den laterala dämpningen av ljudet från segmentet, mottaget hos observatören, är å andra sidan inte kopplat till β p, den förlängda banans höjdvinkel, utan till β, dvs. den ekvivalenta banans höjdvinkel.

Situationen där observatören befinner sig framför segmentet beskrivs inte separat – situationen är densamma som när observatören befinner sig bakom segmentet.

För exponeringsnivåmått där observatören är placerad bakom marksegment under startrullningen, och framför marksegment under landningsrullningen, blir dock värdet för β samma som vid mätning av maximal nivå, dvs. β = β 1 = sin– 1(z1/d1) och

Korrigering för ändligt segment ΔF (endast exponeringsnivåer, LE)

Den korrigerade grundexponeringsnivån gäller för ett luftfartyg under kontinuerlig, rak flygning på konstant höjd (även vid bankningsvinkeln ε som inte motsvarar rak flygning). Om en (negativ) korrigering för ändligt segment ΔF = 10×lg(F), där F är energifraktionen, korrigeras nivån ytterligare, till ett värde som gäller om luftfartyget endast passerade genom det ändliga segmentet (eller om det var fullständigt tyst under återstoden av den oändliga flygbanan).

Energifraktionstermen står för luftfartygsbullrets longitudinella direktivitet och den vinkel som segmentet bildar relativt observatörspositionen. De processer som orsakar direktivitet är mycket komplexa, men forskning har visat att de resulterande konturerna är relativt opåverkade av de exakta antagna direktivitetsegenskaperna. Uttrycket för ΔF nedan baseras på en 90-graders dipolmodell av ljudutstrålning i fjärde potens. Lateral direktivitet och dämpning antas inte påverka. Härledningen av denna korrigering beskrivs utförligt i tillägg E.

Energifraktionen F är en funktion av ”vytriangeln” OS1S2 (som definieras i figurerna 2.7.j–2.7.l), enligt följande:

med

där dλ är känt som det ”skalade avståndet” (se tillägg E). Observera att Lmax(P, dp) är den maximala nivån, från NPD-informationen, för det vinkelräta avståndet dp, inte segmentet Lmax.

Rekommendationen är att använda en undre gräns på –150 dB för ΔF.

I specialfallet med observationsplatser bakom varje segment av markrullning vid start och varje segment av markrullning vid landning, används en reducerad form av bullerfraktionen i ekvation 2.7.45, motsvarande den specifika situationen q = 0. Detta beräknas med

där α2 = λ/dλ och ΔSOR är den direktivitetsfunktion för rullstart som definieras av ekvationerna 2.7.51 och 2.7.52.

Den logiska grunden för att använda denna form av bullerfraktion förklaras närmare i avsnittet nedan, som del av metoden för direktivitet vid rullstart (SOR).

Specifika åtgärder för markrullsegment, inklusive funktionen för direktivitet vid rullstart ΔSOR

För markrullsegment (både vid start och landning) används särskilda åtgärder, som beskrivs nedan.

Funktionen för direktivitet vid rullstart ΔSOR

Bullret från luftfartyg – särskilt när motorerna har ett lägre genomströmningsförhållande – har ett ”flikigt” utstrålningsmönster i den bakre bågen, vilket är kännetecknande för jetflygplansbuller. Mönstret blir tydligare med högre jetstrålehastighet och lägre luftfartygshastighet. Detta är av särskild betydelse för observatörspositioner bakom rullstarten, när båda villkoren uppfylls. Effekten beaktas med hjälp av direktivitetsfunktionen ΔSOR.

Funktionen ΔSOR har härletts från flera bullermätningsprojekt där mikrofoner var placerade bakom och vid sidan om SOR för ett avgående jetluftfartyg.

Figur 2.7.r visar geometrin. Bäringsvinkeln ψ mellan luftfartygets longitudinella axel och vektorn till observatören definieras av

Det relativa avståndet q är negativt (se figur 2.7.j) så att vinkeln ψ går från 0 grader (kurs framåt) till 180 grader (bakom luftfartyget).

Figur 2.7.r Luftfartygs- och observatörsgeometri på marknivå för skattning av direktivitetskorrigering

Observatör

Funktionen ΔSOR representerar variationerna av det totala bullret från markrullningen vid start, mätt bakom rullstarten, relativt det totala bullret från markrullningen vid start, mätt vid sidan om SOR, vid samma avstånd:

där LTGR (dSOR, 90°) är det totala bullret från markrullningen vid start, genererat av alla markrullsegment vid start vid punktavståndet dSOR vid sidan om SOR. Vid avstånd dSOR som är kortare än ett normaliserat avstånd dSOR,0, ges funktionen för SOR-direktivitet av

Om avståndet dSOR är längre än ett normaliserat avstånd dSOR,0, multipliceras direktivitetskorrigeringen med en korrigeringsfaktor som tar hänsyn till att direktiviteten blir mindre tydlig på längre avstånd från luftfartyget, dvs.

Det normaliserade avståndet dSOR,0 är lika med 762 m (2500 fot).

Mottagare bakom varje markrullsegment vid start och landning

Den ovan beskrivna ΔSOR -funktionen fångar mestadels upp den tydliga direktivitetseffekten av startrullningens inledande del, vid positioner bakom SOR (eftersom denna ligger närmast mottagaren, med störst kvot för jetstrålehastighet/luftfartygshastighet). Men användning av den fastställda ΔSOR-funktionen är ”generaliserad” för positioner bakom varje enskilt markrullsegment (både start och landning), dvs. alltså inte endast bakom SOR-punkten (avseende ett avgående luftfartyg).

Parametrarna dS och ψ beräknas relativt startpunkten för varje markrullsegment.

Händelsenivån Lseg för en position bakom ett visst start- eller landningsmarkrullsegment beräknas för överensstämmelse med beskrivningen av ΔSOR-funktionen: Den beräknas i huvudsak för referenspunkten som är belägen vid sidan om segmentets startpunkt, vid samma avstånd dS som den faktiska punkten, och korrigeras ytterligare med ΔSOR för att få händelsenivån i den faktiska punkten.

Det innebär att de olika korrigeringstermerna i nedanstående ekvationer ska användas med geometriska parametrar som motsvarar referenspunkten vid sidan om startpunkten:

där Δ′F är den reducerade formen av bullerfraktionen uttryckt i ekvation (2.7.46) för q = 0 (eftersom referenspunkten är placerad vid sidan av startpunkten) och där vi kommer ihåg att dλ ska beräknas med dS (inte med dp):

2.7.20 Händelsebullernivå L för en luftfartygsrörelse med allmänflygplan

Den metod som beskrivs i avsnitt 2.7.19 kan användas för propellerdrivna allmänluftfartyg, om de behandlas som propellerflygplan avseende effekter av motorinstallationen.

ANP-databasen innehåller data för flera allmänflygplan. Databasen täcker de vanligaste typerna av allmänflygplan men det kan finnas situationer då det behövs kompletterande data.

Om den specifika typen av allmänflygplan är okänd eller inte finns i ANP-databasen, rekommenderas användning av mer generella luftfartygsdata, närmare bestämt GASEPF och GASEPV. Dessa data representerar ett generellt enmotorigt allmänflygplan med fasta respektive ställbara propellerblad. Datatabeller finns i bilaga I (tabellerna I-11 och I-17).

2.7.21 Metod för beräkning av helikopterbuller

Helikopterbuller kan beräknas med samma metod som för luftfartyg med fasta vingar (enligt avsnitt 2.7.14), förutsatt att helikoptern behandlas som ett propellerluftfartyg och att effekter av motorinstallationen, som gäller för jetluftfartyg, inte räknas med. Tabeller för två olika datauppsättningar finns i bilaga I (tabellerna I-18 och I-27).

2.7.22 Buller från motorteståtgärder (uppvarvning), taxning och hjälpkraftaggregat

I situationer där buller från motortestning och hjälpkraftaggregat måste modelleras, används instruktionerna i kapitlet om industribuller. Det är mindre vanligt, men testning av luftfartygsmotorer (motoruppvarvning) kan bidra till det totala bullret från en flygplats. Sådan testning utförs främst i syfte att kontrollera motorprestanda och sker vanligen på säkert avstånd från byggnader, luftfartyg, fordon och personalströmmar, för att undvika skador från jetstrålen.

Av ytterligare säkerhets- och bullerskäl kan flygplatserna, särskilt om det finns underhållslokaler för regelbunden testning, installera bullerskydd i form av tresidiga, isolerade avgränsningar som är särskilt gjorda för att avleda jetbuller. En sådan anläggning, som kan dämpas och isoleras ytterligare med hjälp av extra jordvallar eller bullerbarriärer, bullerkartläggs lämpligen genom att behandlas som en industribullerkälla och genom användning av en motsvarande buller- och ljudutbredningsmodell.

2.7.23 Beräkning av ackumulerade nivåer

I avsnitten 2.7.14–2.7.19 beskrivs beräkning av händelsebullernivån vid en enskild observatörsplats, från en luftfartygsrörelse. Den totala ljudexponeringen vid platsen beräknas genom att ackumulera händelsenivåerna för alla bullersignifikanta luftfartygsrörelser, dvs. alla rörelser – ankommande eller avgående – som påverkar den totala nivån.

2.7.24 Vägda ekvivalenta ljudnivåer

Tidsvägda ekvivalenta ljudnivåer, som står för all mottagen signifikant ljudenergi från luftfartyg, ska uttryckas generellt, med formeln

Summeringen utförs över samtliga N bullerhändelser under tidsintervallet T0 som bullerindexet gäller för. LE,i är en enskild händelses bullerexponeringsnivå för den i:e bullerhändelsen. gi är en tidpunktsberoende vägningsfaktor (vanligen definierad för dags-, kvälls- och nattperiod), närmare bestämt är gi en faktor för antalet flygningar under den specifika perioden. Konstanten C kan ha olika innebörd (normaliseringskonstant, säsongskorrigering osv.).

Med sambandet

g i 10 Δ i 10

där Δi är decibelvikten för den i:e perioden, kan ekvation 2.7.56 skrivas om som

dvs. att tidpunktsvikten uttrycks som addition av nivåändringar.

2.7.25 Det vägda antalet operationer

Den ackumulerade bullernivån skattas genom att summera bidragen från alla olika luftfartygskategorier, med de olika flygvägar som utgör flygplatsscenariet.

Följande indexbeteckningar används i beskrivningen av summeringsprocessen:

i: Index för typ eller kategori av luftfartyg.

j: Index för flygspår eller underspår (om underspår definieras).

k: Index för flygspårsegment.

Många bullerindex – särskilt ekvivalenta ljudnivåer – inbegriper vägningsfaktorer för tidpunkt på dagen, gi, i definitionen (ekvation 2.7.56 och 2.7.57).

Summeringsprocessen kan förenklas med hjälp av ett ”viktat antal operationer”

Värdena Nij representerar antalet operationer för luftfartygstypen/-kategorin i på spåret (eller underspåret) j under dagen, kvällen eller natten.

Utifrån ekvation (2.7.57) är den (allmänna) ekvivalenta ljudnivån Leq i observationspunkten (x,y)

T0 är referenstidsperioden. Den beror på – liksom vägningsfaktorerna gi – den specifika definitionen av det vägda index som används (t.ex. LDEN). LE,ijk är den enskilda bullerhändelsens nivå från segment k för spår eller underspår j för en operation av luftfartygskategori i. Skattningen av LE,ijk beskrivs utförligt i avsnitten 2.7.14–2.7.19.

2.7.26 Beräkning och justering av standardrutnät

När bullerkonturer genereras genom interpolering mellan indexvärden i ett rutnät, beror noggrannheten på avståndet mellan punkterna, dvs. rutnätets maskstorlek ΔG, särskilt inom celler där det finns stora gradienter som orsakar snäva kurvor i konturen (se figur 2.7.s). Interpoleringsfelen minskar om man minskar rutnätets maskstorlek. Därmed förlängs dock beräkningstiden eftersom antalet punkter ökar. Att optimera ett rutnät innebär att hitta en lämplig balans mellan noggrannhet och beräkningstid.

Figur 2.7.s Standardrutnät och rutnätsförfining

Rutnätsförfining (maskstorlek ΔG/2)

Grundrutnät (maskstorlek ΔG)

ΔG

ΔG/2

Förfinad kontur

Grund-kontur

Noggrannare resultat och en tydlig förbättring av beräkningstiden kan uppnås genom att använda ett oregelbundet rutnät, för att förfina interpoleringen i enskilda celler. Denna teknik, illustrerad i figur 2.7.s, innebär att enstaka rutnätsmaskor minskas medan övriga maskor lämnas oförändrade. Det är en mycket enkel och effektiv metod som utförs så här:

1) Definiera en tröskeldifferens ΔLR för förfining av rutnätet.

2) Beräkna grundrutnätet för avståndet ΔG.

3) Kontrollera skillnaderna ΔL för indexvärdena mellan intilliggande rutnätsnoder.

4) Om det finns skillnader sådana att ΔL > ΔLR, definieras ett nytt rutnät med avståndet ΔG/2 och nivåerna för de nya noderna uppskattas på följande sätt: Om ΔL ≤ ΔLR beräknas det nya värdet genom linjär interpolering från omgivande värdet ΔL > ΔLR helt och hållet på nytt, utifrån grundlågga nde ingångsdat a.

5) Upprepa steg 1–4 tills alla skillnader är mindre än den definierade tröskeln i steg 1.

6) Beräkna konturerna med hjälp av linjär interpolering.

Om uppsättningen av indexvärden ska kombineras med andra indexvärden (t.ex. om vägda index ska beräknas genom att summera separata dags-, kvälls- och nattkonturer) är det viktigt att se till att de olika rutnäten är identiska.

2.7.27 Använda roterade rutnät

I många konkreta situationer tenderar bullerkonturen att anta symmetrisk form kring ett markspår. Men om markspårets riktning inte överensstämmer med beräkningsrutnätet, kan resultatet bli en asymmetrisk kontur.

Figur 2.7.t Använda ett roterat rutnät

Kontur för grundrutnät

Kontur för roterat rutnät

Kontur för roterat rutnät

Det mest uppenbara sättet att undvika den här effekten är att förfina rutnätet. Därmed förlängs dock beräkningstiden. En mer elegant lösning är att rotera beräkningsrutnätet, så att det placeras parallellt med huvudmarkspåren (dvs. vanligen parallellt med huvudrullbanan). Figur 2.7.t visar resultatet av att rotera rutnätet på konturen.

2.7.28 Spåra konturer

En mycket tidseffektiv algoritm som eliminerar behovet av att beräkna en hel rutnätsuppsättning av indexvärden (dock med följden att beräkningen blir något mer avancerad) är att spåra konturen punkt för punkt. För detta krävs att två enkla steg utförs och upprepas (se figur 2.7.u):

Figur 2.7.u Spårningsalgoritm

1.) Hitta 1:a punkten längs sökstråle (stegvis, med halverad steglängd)

Kontur

Sökstråle

2.) Hitta nästa konturpunkt (sökning längs båge med radien r)

Steg 1 är att hitta en första punkt P1 på konturen. Detta görs genom att beräkna bullerindexnivåerna L i ekvidistanta steg längs en ”sökstråle” som antas korsa konturen för nivå LC. När konturen korsas byter δ = LC - L tecken. Om detta inträffar halveras steglängden längs strålen, och sökriktningen vänds. Detta utförs tills δ är mindre än en fördefinierad noggrannhetströskel.

Steg 2 (som upprepas tills konturen är tillräckligt väl definierad) är att på konturen LC hitta nästa punkt, som finns på ett visst rätlinjigt avstånd r från den aktuella punkten. För stegvis ändrade vinklar beräknas indexnivåerna och skillnaderna δ i slutet av vektorer som beskriver en båge med radien r. Genom att, som tidigare, halvera och vända stegen – denna gång i vektorns riktning – bestäms nästa punkt med en viss fördefinierad noggrannhet.

Figur 2.7.v Geometriska parametrar som anger villkor för spårningsalgoritmen

Vissa begränsningar måste gälla, för att garantera att konturen skattas med tillräckligt hög noggrannhet (se figur 2.7.v):

1) Längden för kordan Δc (avståndet mellan två konturpunkter) måste vara inom intervallet [Δcmin, Δcmax], t.ex. [10 m, 200 m].

2) Längdförhållandet mellan två intilliggande kordor med längderna Δcn och Δcn+1 ska vara begränsat, t.ex. 0,5 < Δcn /Δcn +1 < 2.

3) Följande villkor måste vara uppfyllt, för att längden för kordan ska överensstämma så bra som möjligt med konturen: Φn· max(Δcn – 1, Δcn) ≤ ε(ε≈ 15 m) där fn är skillnaden mellan kordornas riktningar.

Genom erfarenhet av den här algoritmen vet vi att 2–3 indexvärden (i genomsnitt) måste beräknas för att bestämma en konturpunkt med en högre noggrannhet än 0,01 dB.

Algoritmen förkortar beräkningstiden särskilt markant när stora konturer ska beräknas. Det krävs dock tidigare erfarenhet för att kunna tillämpa algoritmen korrekt, särskilt när konturen delas upp i avgränsade ”öar”.

2.8 Koppla bullernivåer och populationer till byggnader

För bedömning av populationens bullerexponering ska endast bostadsbyggnader beaktas. Ingen del av populationen ska kopplas till byggnader som inte är bostäder, exempelvis skolor, sjukhus, kontorslokaler eller fabriker. Populationen ska kopplas till bostadsbyggnader baserat på den senaste officiella informationen (beroende på medlemslandets regler).

Eftersom luftfartygsberäkningar utförs på ett rutnät med upplösningen 100 m × 100 m, ska (specifikt för luftfartygsbuller) nivåerna interpoleras baserat på de närmaste rutnätsbullernivåerna.

Bestämma antalet invånare i en byggnad

Antalet invånare i en bostadsbyggnad är en viktig parameter för skattning av bullerexponeringen. Tyvärr saknas det ibland data för parametern. Nedan anges hur parametern kan härledas från data som brukar vara tillgängliga.

I beräkningarna nedan avses med

BA = (base area) byggnadens basarea,

DFS = (dwelling floor space) bostadsgolvyta,

DUFS = (dwelling unit floor space) golvyta per bostadshushåll,

H = (height) byggnadens höjd,

FSI = (floor space per inhabitant) bostadsgolvyta per invånare,

Inh = (inhabitants) antal invånare,

NF = (number of floors) antal våningar,

V = volym för bostadsbyggnader.

För beräkning av antalet invånare ska metoden enligt antingen situation 1 eller situation 2 användas, beroende på tillgängliga data.

SITUATION 1: Det finns tillgängliga data om antalet invånare

1A: Antalet invånare är känt eller har skattats baserat på bostadshushåll. I den här situationen är antalet invånare i en byggnad summan av antalet invånare i alla bostadshushåll i byggnaden: Inh building n i 1Inh dwelling unit i (2.8.1)

1B: Antalet invånare är känt endast för enheter som är större än en byggnad, t.ex. delar av stadskvarter, hela stadskvarter, distrikt eller ett helt samhälle. I den här situationen skattas antalet invånare i en byggnad baserat på byggnadens volym: Inh building V building V total Inh total (2.8.2) Indexbeteckningen ”total” avser här varje enhet. Byggnadens volym är produkten av dess basarea och dess höjd: Vbuilding = BAbuilding × Hbuilding (2.8.3) Om byggnadens höjd är okänd, ska den skattas baserat på antalet våningar NFbuilding, med antagandet att höjden per våning är 3 m: Hbuilding = NFbuilding × 3 m (2.8.4) Om även antalet våningar är okänt ska ett representativt standardvärde för antal våningar i området, samhället eller liknande användas. Den totala volymen, Vtotal, för bostadsbyggnaderna i den aktuella enheten beräknas som summan av de enskilda volymerna för alla bostadsbyggnader i enheten: V total n i 1V building i (2.8.5)

SITUATION 2: Det finns inga tillgängliga data om antalet invånare

I den här situationen skattas antalet invånare baserat på den genomsnittliga bostadsgolvytan per invånare, FSI. Om parametern är okänd ska ett nationellt standardvärde användas.

2A: Bostadsgolvytan är känd baserat på bostadshushåll. I den här situationen skattas antalet invånare i varje bostadshushåll så här: Inh dwelling unit i DUFS i FSI (2.8.6) Antalet invånare i byggnaden kan nu skattas enligt instruktionerna för SITUATION 1A ovan.

2B: Bostadsgolvytan är känd för hela byggnaden, dvs. summan av alla bostadsgolvytor för alla bostadshushåll i byggnaden är känd. I den här situationen skattas antalet invånare så här: Inh building DFS building FSI (2.8.7)

2C: Bostadsgolvytan är känd endast för enheter som är större än en byggnad, t.ex. delar av stadskvarter, hela stadskvarter, distrikt eller ett helt samhälle. I den här situationen skattas antalet invånare i en byggnad baserat på byggnadens volym, enligt beskrivningen i SITUATION 1B ovan. Det totala antalet invånare skattas så här: Inh total DFS total FSI (2.8.8)

2D: Bostadsgolvytan är okänd. I den här situationen skattas antalet invånare i en byggnad enligt beskrivningen i SITUATION 2B ovan. Bostadsgolvytan skattas så här: DFSbuilding = BAbuilding × 0,8 × NFbuilding (2.8.9) Faktorn 0,8 är en omvandlingsfaktor bruttogolvyta → bostadsgolvyta. Om det finns en annan känd representativ faktor för området, ska den faktorn användas i stället och detta ska i så fall dokumenteras tydligt. Om byggnadens våningsantal är okänt ska det skattas baserat på byggnadens höjd, Hbuilding, vilket kan resultera i ett decimaltal: NF building H building 3 m (2.8.10) Om varken byggnadens höjd eller våningsantal är känt ska ett representativt standardvärde för antal våningar i området, samhället eller liknande användas.

Tilldela mottagarpunkter till byggnadsfasader

Bedömning av populationens bullerexponering baseras på mottagarpunktnivåer 4 m ovanför marknivå framför bostadsbyggnadernas fasader.

För beräkning av antalet invånare ska antingen nedanstående situation 1 eller situation 2 användas för markbaserade bullerkällor. För luftfartygsbuller som beräknas enligt 2.6 associeras hela populationen i en byggnad till närmaste bullerberäkningspunkt i rutnätet.

SITUATION 1

Figur a Exempel på en plats med mottagare runt en byggnad enligt SITUATION 1

a) Segment som är längre än 5 m delas upp i jämna intervall av största möjliga längd, dock högst 5 m. Mottagarpunkterna placeras i mitten av varje intervall.

b) Återstående segment som är längre än 2,5 m representeras av en mottagarpunkt i mitten av varje segment.

c) Återstående intilliggande segment med en total längd på mer än 5 m behandlas som polylinjeobjekt, på liknande sätt som i a och b ovan.

d) Antalet invånare kopplade till en mottagarpunkt ska korrigeras med den representerade fasadens längd, så att summan över alla mottagarpunkter motsvarar det totala antalet invånare.

e) Endast för byggnader där våningsstorleken indikerar ett hushåll per våning, används den mest exponerade fasadens bullernivå direkt för statistiken och avseende antalet invånare.

SITUATION 2

Figur b Exempel på en plats med mottagare runt en byggnad enligt SITUATION 2

a) Fasaderna betraktas separat eller delas upp i 5 m-delar räknat från startpositionen, med mottagarpositionerna placerade på hälften av fasaden eller hälften av varje 5 m-segment.

b) Den återstående delen har sin mottagarpunkt i mitten.

c) Antalet invånare kopplade till en mottagarpunkt ska korrigeras med den representerade fasadens längd, så att summan över alla mottagarpunkter motsvarar det totala antalet invånare.

d) Endast för byggnader där våningsstorleken indikerar ett hushåll per våning, används den mest exponerade fasadens bullernivå direkt för statistiken och avseende antalet invånare.

3. INDATA

Indata för ovanstående metoder anges i tilläggen F–I.

I situationer där indata enligt tilläggen F–I inte är tillämpliga eller orsakar avvikelser som inte uppfyller de föreskrivna villkoren i 2.1.2 och 2.6.2, kan andra värden användas, förutsatt att värdena och den metod som används för att härleda dem dokumenteras fullständigt, med dokumenterade argument för värdenas lämplighet. Denna information ska offentliggöras.

4. MÄTMETODER

Om mätningar utförs av något skäl, ska dessa utföras i enlighet med de principer som gäller för långtidsmedelvärden enligt ISO 1996-1:2003 och ISO 1996-2:2007 eller, för luftfartygsbuller, ISO 20906:2009.

1 Europaparlamentets och rådets direktiv 2007/46/EG av den 5 september 2007 (EUT L 263, 9.10.2007, s. 1) om fastställande av en ram för godkännande av motorfordon och släpvagnar till dessa fordon samt av system, komponenter och separata tekniska enheter som är avsedda för sådana fordon.

2 Sport Utility Vehicle.

3 Multi-Purpose Vehicle.

7 Absorptionen för porös vägbeläggning beaktas i emissionsmodellen.

8 Ett exempel på en sådan specialkonfiguration är ett nätverk av små hinder i ett plan och på jämna avstånd från varandra.

9 I själva verket under luftfartyget, vinkelrätt mot vingaxeln och färdriktningen. Antas vara vertikalt under flygplanet vid rak flygning (dvs. ingen bankning).

10 Tiden beaktas med hjälp av luftfartygets hastighet.

11 Förskjutna trösklar kan beaktas genom att definiera ytterligare rullbanor.

12 Ibland krävs beräknade nivåer vid 4 m höjd (eller högre). Jämförelse av mätningar på 1,2 m höjd och 10 m höjd samt teoretisk beräkning av markeffekterna visar att skillnader i A-vägd ljudexponeringsnivå är relativt oberoende av mottagarhöjden. Variationerna är generellt sett mindre än en decibel, utom om ljudhändelsens största vinkel är mindre än 10° och det A-vägda spektrumet vid mottagaren når sitt maxvärde i intervallet 200–500 Hz. Sådant lågfrekvent ljud kan uppstå t.ex. på långa avstånd, för motorer med lågt genomströmningsförhållande eller propellermotorer med diskreta lågfrekventa toner.

13 Flygregistratorer ger omfattande operativa data. Eftersom det är svårare och ofta kostsamt att få tillgång till sådana data, används de mestadels för specialprojekt och vid modellutvecklingsforskning.

14 Mäts vanligen som höjd över havsytans medelnivå (dvs. relativt 1013 millibar) och korrigeras mot flygplatshöjden via flygplatsens övervakningssystem.

15 Vanligen är den lokala koordinatens axel parallell med axeln för den karta där konturerna ritas. Ibland kan det dock vara till hjälp att välja x-axeln som parallell till en rullbana, för att få symmetriska konturer utan att använda ett finmaskigt beräkningsrutnät (se avsnitten 2.7.26–2.7.28).

16 Om marken är ojämn kan observatören befinna sig ovanför luftfartyget. I en sådan situation sätts z′ (och motsvarande höjdvinkel β – se kapitel 4) till noll.

17 Användaren måste fastställa hur detta bäst ska implementeras, eftersom det beror på hur svängradien definieras. Ett relativt enkelt alternativ, om startpunkten är en sekvens av raka eller cirkulära delar, är att infoga bankningsövergångssegment i början och slutet av svängen då luftfartyget lutas med konstant hastighet (t.ex. uttryckt i °/m eller °/s).

18 Därvid bör markspårets totala längd alltid vara längre än flygprofilens. Vid behov kan detta uppnås genom att lägga till rätlinjiga segment av lämplig längd till det sista segmentet i markspåret.

19 Med den här enkla definitionen blir den segmenterade banan något kortare än den cirkulära banan. Det resulterande konturfelet kan dock försummas, om vinkelökningarna är mindre än 30 grader.

20 Även om motoreffektinställningarna är konstanta längs ett segment kan dragkraften och accelerationen ändras när luftens densitet ändras på grund av höjden. Vid modellering är dock sådana ändringar vanligen försumbara.

21 Det här rekommenderades i den föregående versionen av ECAC Doc 29 men kan fortfarande användas preliminärt, tills det finns bestyrkande experimentdata.

22 10 dB under LE kan vara upp till 0,5 dB lägre än LE, räknat över en längre period. Men förutom vid korta lutande avstånd med höga händelsenivåer, är det svårt att mäta över långa intervall på grund av omgivningsbuller. Därför är ”10 dB under” norm. Eftersom 10 dB under-värden brukar användas även i studier av bullereffekter (som används för att ”kalibrera” bullerkonturerna), anses ANP-tabellernas värden vara helt korrekta.

23 Antagandet om en oändligt lång flygbana är viktigt för definitionen av händelsens ljudexponeringsnivå LE men har mindre betydelse för händelsens maxnivå, Lmax, som bestäms av det buller som luftfartyget avger vid en viss position vid eller i närheten av den närmaste punkten relativt observatören. Vid modelleringen antas NPD-avståndsparametern vara det minsta avståndet mellan observatören och segmentet.

24 Enligt NPD-specifikationerna krävs att data baseras på mätningar vid konstant rak flygning, inte nödvändigtvis på konstant höjd: Nödvändiga flygförhållanden kan skapas även om luftfartygets testflygbana lutar horisontellt. Men lutande banor ger vissa beräkningsproblem (vilket illustreras längre fram), och när data ska användas för modellering är det behändigt att tänka sig att källbanorna är både raka och har konstant höjd.

25 Detta är en varaktighetskorrigering eftersom den tar hänsyn till luftfartygets hastighet medan ljudhändelsen pågår. Korrigeringen utgår från det enkla antagandet att, allt annat lika, varaktigheten – och därmed den mottagna ljudenergin under händelsen – är omvänt proportionell mot källhastigheten.

26 Om marken inte är plan kan det finnas andra definitioner för höjdvinkeln. Här definieras vinkeln av luftfartygets höjd ovanför observationspunkten och av det lutande avståndet, vilket innebär att lutningar i den lokala terrängen förbises, liksom hinder i ljudutbredningsvägen (se avsnitten 2.7.6 och 2.7.10). Om mottagarpunkten är ovanför luftfartyget, på grund av markhöjden, sätts höjdvinkeln b till noll.

27 En ”frifältsnivå” är den nivå som skulle ha observerats om markytan inte fanns.

28 Vind- och temperaturgradienter samt turbulens beror till viss del på ytans struktur och värmeöverföringsegenskaper.

29 För en observatör som är placerad till höger om segmentet blir j b + e (se avsnitt 2.7.19).

30 Tidsperioderna kan vara andra än de tre nämnda, beroende på definitionen för det bullerindex som används.

Tillägg A

Avsnitt 2.7.6 i huvudtexten innehåller en generell beskrivning av kraven för situationsspecifika data om flygplatser och relaterad luftfartsverksamhet som behövs för beräkning av bullerkonturer. Följande datablad innehåller exempeldata för en hypotetisk flygplats. Specifika dataformat beror generellt på kraven för det aktuella bullermodelleringssystemet och på det scenario som studeras.

Anmärkning: Geografisk information (referenspunkter osv.) bör anges i kartesiska koordinater. Tillgängliga kartor avgör vanligen valet av koordinatsystem.

A1 GENERELLA FLYGPLATSDATA

Flygplatsbeteckning

Hypotetisk flygplats

Koordinatsystem

UTM, zon 15, datum WGS-84

ARP (aerodrome reference point, flygplatsens referenspunkt)

3 600 000 m Ö

6 300 000 m N

Mittpunkt för rullbana 09L-27R

Höjd för ARP

120 m /

Genomsnittlig lufttemperatur vid ARP (*)

12,0 °C

Genomsnittlig relativ luftfuktighet vid ARP (*)

60 %

Genomsnittlig vindhastighet och vindriktning (*)

5 kn

270 grader

Källa för topografiska data

Okänd

(*) Upprepa för varje tidsintervall av intresse (tidpunkt på dagen, säsong osv.)

A2 BESKRIVNING AV RULLBANA

Rullbanans beteckning

09L

Rullbanans startpunkt

3 599 000 m Ö

6 302 000 m N

Rullbanans slutpunkt

3 603 000 m Ö

6 302 000 m N

Rullstart (SOR)

3 599 000 m Ö

6 302 000 m N

Landningströskel

3 599 700 m Ö

6 302 000 m N

Rullbanans höjd

110 m

Rullbanans medelgradient

0,001

För förskjutna trösklar kan rullbanebeskrivningen upprepas eller så kan förskjutna trösklar beskrivas i det avsnitt där markspåret beskrivs.

A3 BESKRIVNING AV MARKSPÅR

Följande information behövs för att beskriva enskilda markspår om radardata saknas.

Spårnr

001

Spårbeteckning

Dep 01 – 09L

Från rullbana

09L

Typ av spår

Avgång

Avstånd från rullstart

0 m

Antal underspår

7

Beskrivning av huvudspår

Segmentnr

Rakt [m]

Kurva

Standardavvikelse för lateral spridning vid segmentslut [m]

V/H

Kursändring [°]

Radie [m]

1

10 000

2 000

3

H

90,00

3 000

2 500

4

20 000

3 000

Spårnr

002

Spårbeteckning

App 01 – 09L – Disp 300

Från rullbana

09L

Typ av spår

Inflygning

Avstånd från landningströskel

300 m

Antal underspår

1

Beskrivning av huvudspår

Segmentnr

Rakt [m]

Kurva

Standardavvikelse för lateral spridning vid segmentslut [m]

V/H

Kursändring [°]

Radie [m]

1

30 000

0

Information om inflygningsspår

Glidvinkel för inflygningsspår

2,7°

Angöringshöjd på glidbana

4 000 ft

A4 BESKRIVNING AV LUFTTRAFIK

Referenstidsperiod

366 d

= 8 784 tim

(20140101–20141231)

Tidsintervall period I

Mellan 7 och 19

= 12 tim

Tidsintervall period II

Mellan 19 och 23

= 4 tim

Tidsintervall period III

Mellan 23 och 7

= 8 tim

DATABLAD FÖR BESKRIVNING AV LUFTTRAFIK – RÖRELSER PER SPÅR

Markspårnr

001

Spårbeteckning

Dep 01 – 09L

Luftfartygsbeteckning

Rörelser under tidsperiod

I

II

III

A/C 1, Dep.1

20 000

4 000

1 000

A/C 2, Dep.4

10 000

5 000

500

A/C 4, Dep.3

2 000

300

0

Markspårnr

002

Spårbeteckning

Dep 01 – 09L – Disp 300

Luftfartygsbeteckning

Rörelser under tidsperiod

I

II

III

A/C 1, App.1

18 000

2 000

5 000

A/C 2, App.1

10 000

3 000

2 500

A/C 4, App.1

1 300

0

1 000

A5 DATABLAD FÖR FLYGPROCEDUR

Exempelluftfartyg för en ”Chapter 3 Boeing 727-200”, utifrån radardata enligt beskrivningen i avsnitt 2.7.9 i huvudtexten.

Luftfartygsbeteckning

B727C3

NPD-ID från ANP-databas

JT8E5

Antal motorer

3

Typ av rörelse

Avgång

Faktisk luftfartygsvikt [t]

71,5

Motvind [m/s]

5

Temperatur [°C]

20

Höjd för flygplats [m]

83

Segment nr

Avst. från RP (1) [m]

Höjd [m]

Markhastighet [m/s]

Motoreffekt (2)

1

0

0

0

14 568

2

2 500

0

83

13 335

3

3 000

117

88

13 120

4

4 000

279

90

13 134

5

4 500

356

90

13 147

6

5 000

431

90

13 076

7

6 000

543

90

13 021

8

7 000

632

93

12 454

9

8 000

715

95

10 837

10

10 000

866

97

10 405

11

12 000

990

102

10 460

12

14 000

1 122

111

10 485

13

16 000

1 272

119

10 637

14

18 000

1 425

125

10 877

15

20 000

1 581

130

10 870

16

25 000

1 946

134

10 842

17

30 000

2 242

142

10 763

(1) Referenspunkten RP är rullstarten för avgångar och landningströskeln för landningar.

(2) Samma enheter som i ANP-databasen.

Exempel för en procedurprofil baserad på luftfartygsdata i ANP-databas:

Luftfartygsbeteckning från ANP-databas

B727C3

NPD-ID från ANP-databas

JT8E5

Antal motorer

3

Typ av rörelse

Avgång

Faktisk luftfartygsvikt [t]

71,5

Motvind [m/s]

5

Temperatur [°C]

15

Höjd för flygplats [m]

100

Segment nr

Rörelse

Mål

Klaffar

Motoreffekt

1

Start

5

Start

2

Inledande stigning

Höjd 1 500 fot

5

Start

3

Infällning av klaffar

210 kts IAS

ROC 750 ft/min

0

Max/ stigning

4

Acceleration

250 kts IAS

ROC 1 500 ft/min

0

Max/ stigning

5

Stigning

10 000 ft

0

Max/ stigning

Tillägg B

Termer och symboler

Termer och symboler som används i detta tillägg överensstämmer med konventionella termer inom flygplansprestanda. Vissa grundläggande termer förklaras kortfattat nedan, för läsare som inte känner till dem. För att minimera risken för inkonsekvens med huvudtexten, definieras de flesta symboler separat i detta tillägg. Storheter som används när metoden beskrivs i huvudtexten, betecknas med samma symboler här. Ett fåtal storheter som används på annat sätt i detta tillägg har markerats med asterisk (*). Ibland används både amerikanska enheter och SI-enheter. Detta för att i så hög grad som möjligt kunna använda konventioner som läsare från olika fackområden känner till.

Termer

Brytpunkt: Se ”flatrate”

Kalibrerad flyghastighet: (På andra platser kallad ”ekvivalent”, ”avläst” eller ”indikerad” flyghastighet eller liknande.) Luftfartygets hastighet relativt luften, avläst på ett kalibrerat instrument i luftfartyget. Den verkliga flyghastigheten, som normalt är högre, kan beräknas utifrån den kalibrerade flyghastigheten då luftens densitet är känd.

Korrigerad nettodragkraft: Nettodragkraften är den framdrivningskraft som motorn driver flygplansskrovet med. Vid en given effektinställning (EPR eller N1) minskar nettodragkraften med minskad luftdensitet och därmed med högre höjd. Den korrigerade nettodragkraften är dragkraften vid havsnivå.

Flatrate: För specifika högsta komponenttemperaturer, minskar motorns dragkraft med ökad temperatur i omgivningsluften, och tvärtom. Det innebär att det finns en kritisk lufttemperatur, och vid högre temperaturer än denna kan inte den nominella dragkraften nås. För moderna motorer kan denna kritiska temperatur sägas vara ett slags fast topptemperatur (en ”flatrate-temperatur”), eftersom dragkraften – vid lägre temperaturer än den kritiska – automatiskt begränsas till den nominella dragkraften, vilket maximerar livslängden. Dragkraften minskar också vid temperaturer över flatrate-temperaturen – som även kan kallas för en brytpunkt, en bryttemperatur eller någon liknande term.

Hastighet: Magnituden för luftfartygets hastighetsvektor (i flygplatsens koordinatsystem).

Nominell dragkraft: En flygplansmotors livslängd beror i hög grad på motorkomponenternas drifttemperatur. Ju högre effekt eller dragkraft som genereras, desto högre blir temperaturen, vilket förkortar livslängden. För att balansera prestanda- och livslängdskraven har flatrate-motorer nominella värden som definierar normala, maximala effektinställningar för start, stigning och vanlig flygning.

Parameter för dragkraftsinställning: Piloten kan inte välja en viss motordragkraft, utan anger i stället ett lämpligt värde för denna parameter, som avläses i cockpit. Vanligen är parametern antingen motortryckförhållandet (EPR, engine pressure ratio) eller varvtalet för lågtrycksrotor (eller fläkt) (N1).

Symboler

Storheterna är dimensionslösa om inte annat anges. Symboler och förkortningar som inte anges nedan, används endast lokalt och definieras då i texten. Indexen 1 och 2 betecknar förhållandena i början och slutet av ett segment. Överstreck betecknar segmentmedelvärden, dvs. ett genomsnitt av start- och slutvärden.

a: Genomsnittlig acceleration, ft/s2

amax: Högsta möjliga acceleration, ft/s2

A, B, C, D: Klaffkoefficienter

E, F, GA,B, H: Koefficienter för motordragkraft

Fn: Nettodragkraft per motor, lbf

Fn/d: Korrigerad nettodragkraft per motor, lbf

G: Stiggradient

G′: Stiggradient vid motorbortfall

GR: Medelgradient för rullbana, positiv uppförslutning

g: Tyngdacceleration, ft/s2

ISA: International Standard Atmosphere

N *: Antal motorer som levererar dragkraft

R: Luftmotstånd/lyftkraft-förhållande CD/CL

ROC: Segmentets stighastighet (ft/min)

s: Marksträcka längs markspåret, ft

sTO8: Startsträcka i 8 kn motvind, ft

sTOG: Startsträcka korrigerad för w och GR, ft

sTOw: Startsträcka i motvind w, ft

T: Lufttemperatur, °C

TB: Brytpunktstemperatur, °C

V: Markhastighet, kn

VC: Kalibrerad flyghastighet, kn

VT: Verklig flyghastighet, kn

W: Flygplansvikt, lb

w: Motvindshastighet, kn

Δs: Segmentlängd i vindstilla, projicerad på markspåret, ft

Δsw: Markprojicering av segmentlängd, korrigerad för motvind, ft

δ: p/po, förhållandet mellan omgivningslufttrycket vid flygplanet och standardlufttrycket vid havsytans medelnivå: po = 101,325 kPa (eller 1013,25 mb)

ε: Bankningsvinkel, radianer

γ: Stig-/sjunkvinkel, radianer

θ: (T + 273,15)/(T0 + 273,15), förhållandet mellan lufttemperaturen vid aktuell höjd och standardlufttemperaturen vid havsytans medelnivå: T0 = 15,0 °C

σ *: ρ/ρ0, förhållandet mellan luftdensiteten vid aktuell höjd och luftdensiteten vid havsytans medelnivå (dessutom σ = δ/θ)

B1 INLEDNING

Flygbanesyntes

I detta tillägg rekommenderas procedurer för att beräkna ett flygplans flygprofil baserat på angivna aerodynamiska och motorrelaterade parametrar, luftfartygsvikt, atmosfäriska förhållanden, markspår och driftprocedurer (flygkonfiguration, effektinställning, hastighet framåt, vertikal hastighet osv.). Driftproceduren består av ett antal procedursteg som beskriver hur profilen ska flygas.

Flygprofilen (för start eller landning) representeras av en serie rätlinjiga segment, och segmentändarna kallas för profilpunkter. Profilen beräknas utifrån aerodynamik- och dragkraftsekvationer som innehåller ett antal koefficienter och konstanter som måste vara definierade för den specifika kombinationen av luftfartygsskrov och motor. I huvudtexten kallas denna beräkningsprocess för flygbanesyntes.

För flygbanesyntesen krävs, utöver luftfartygets prestandaparametrar (som kan hämtas från ANP-databasen), specifikationer för (1) flygplanets bruttovikt, (2) antal motorer, (3) lufttemperatur, (4) rullbanehöjd och (5) procedursteg (uttryckta i form av effektinställningar, klaffinställningar, flyghastighet och – vid acceleration – genomsnittlig stig-/sjunkhastighet) för varje segment under start och landning. Varje segment klassificeras sedan som en markrullning, start eller landning, stigning med konstant hastighet, effektminskning, accelererande stigning med eller utan klaffindragning, nedstigning med eller utan retardation och/eller klaffindragning eller inflygning för landning. Flygprofilen byggs upp stegvis, och startparametrarna för varje segment är lika med det föregående segmentets slutparametrar.

ANP-databasens parametrar för aerodynamiska prestanda syftar till att ge en relativt verklighetstrogen representation av ett flygplans faktiska flygbana för de angivna referensförhållandena (se avsnitt 2.7.6 i huvudtexten). Men de aerodynamiska parametrarna och motorkoefficienterna stämmer för lufttemperaturer upp till 43 °C, flygplatshöjder upp till 4000 ft och för de vikter som anges i ANP-databasen. Därmed är det möjligt att beräkna flygbanor även för andra förhållanden, dvs. med flygplansvikter, vindhastigheter, lufttemperaturer och rullbanehöjder (lufttryck) som inte motsvarar referensvärdena. Noggrannheten blir tillräckligt hög för att man ska kunna beräkna konturer av genomsnittliga ljudnivåer kring en flygplats.

I avsnitt B-4 förklaras hur effekterna av svängar vid avgångar beaktas. Det ger möjlighet att ta hänsyn till bankningsvinklar vid beräkning av effekterna av lateral direktivitet (installationseffekter). Vid flygning med svängar brukar dessutom stiggradienterna minska, beroende på svängens radie och flygplanets hastighet. (Effekterna av svängar under inflygning inför landning är mer komplexa och avhandlas inte här. Dessa har dock sällan någon betydande inverkan på bullerkonturerna.)

I avsnitten B-5 till B-9 beskrivs den rekommenderade metoden för att generera avgångsflygprofiler baserat på ANP-databasens koefficienter och procedursteg.

I avsnitten B-10 och B-11 beskrivs den metod som används för att generera landningsflygprofiler baserat på ANP-databasens koefficienter och flygprocedurer.

Avsnitt B-12 innehåller utförliga beräkningsexempel.

Avsnittet innehåller olika uppsättningar av ekvationer för att bestämma nettodragkraften från jetmotorer respektive propellrar. Om inte annat anges ska ekvationerna för ett flygplans aerodynamiska prestanda gälla för både jet- och propellerdrivna flygplan.

De matematiska symboler som används, definieras i början av detta tillägg och/eller där de används första gången. I alla ekvationer måste enheterna för alla koefficienter och konstanter överensstämma med enheterna för motsvarande parametrar och variabler. För överensstämmelse med ANP-databasen används i detta tillägg konventionella enheter för luftfartygsprestanda: avstånd och höjder anges i fot (ft), hastighet i knop (kn), massa i pound (lb), kraft i pounds-force (korrigerad nettodragkraft för hög temperatur) osv. Vissa dimensioner (t.ex. atmosfäriska) anges dock i SI-enheter. Modellerare som använder andra enhetssystem måste vara mycket noggranna med att använda rätt konverteringsfaktorer för anpassning av ekvationerna.

Flygbaneanalys

I vissa modelleringstillämpningar finns flygbaneinformationen inte i form av procedursteg, utan som positions- och tidskoordinater. Dessa data härleds vanligen genom analys av radardata. Förfarandet beskrivs i avsnitt 2.7.7 i huvudtexten. De ekvationer som presenteras i detta tillägg används i en sådan situation ”omvänt”, dvs. att parametrar för motordragkraft härleds från luftfartygsrörelsen i stället för tvärtom. När medelvärden för flygbanedata har beräknats och flygbaneinformationen har reducerats till segmentform (med varje segment klassificerat som stigning eller nedstigning, acceleration eller retardation och dragkrafts- och klaffändringar) brukar detta vara ganska okomplicerat, jämfört med syntesmetoden som ofta inbegriper iterativa moment.

B2 MOTORDRAGKRAFT

Den framdrivningskraft som varje motor genererar är en av fem storheter som måste definieras i slutet av varje flygbanesegment. (De andra storheterna är höjd, hastighet, effektinställning och bankningsvinkel.) Nettodragkraften är den del av motorns bruttodragkraft som är tillgänglig för framdrivning. För aerodynamiska och akustiska beräkningar avses nettodragkraften vid standardlufttryck och havsytans medelnivå. Denna storhet kallas korrigerad nettodragkraft, Fn/δ.

Denna är antingen den tillgängliga nettodragkraften vid en angiven nominell dragkraft eller den nettodragkraft som är resultatet av att ställa dragkraftsparametern till ett visst värde. För en jetmotor eller turbofläktmotor som drivs vid en viss nominell dragkraft, ges den korrigerade nettodragkraften av ekvationen

där

Fn: är nettodragkraften per motor, lbf,

d: är förhållandet mellan omgivningslufttrycket vid flygplanet och standardlufttrycket vid havsytans medelnivå, dvs. 101,325 kPa (eller 1013,25 mb) [ref. 1],

Fn/δ: är den korrigerade nettodragkraften per motor, lbf,

VC: är den kalibrerade flyghastigheten, kn,

T: är omgivningslufttemperaturen där flygplanet befinner sig, °C,

E, F, GA, GB, H: är motorns dragkraftskonstanter eller -koefficienter för temperaturer under flatrate-temperaturen vid den aktuella nominella dragkraften (på det aktuella segmentet för start/stigning eller inflygningsbanan), lb.s/ft, lb/ft, lb/ft2, lb/°C. Kan hämtas i ANP-databasen.

ANP-databasen innehåller också data som kan användas för att beräkna en icke-nominell dragkraft som funktion av en parameter för dragkraftsinställning. Parametern definieras av vissa tillverkare som motortryckförhållande, EPR (engine pressure ratio), varvtal för lågtrycksrotor eller fläktvarvtal, N1. När parametern är EPR ersätts ekvation B-1 med

där koefficienterna K1 och K2 hämtas från ANP-databasen och kopplar samman korrigerad nettodragkraft och motortryckförhållande i närheten av motortryckförhållandet av intresse för det givna flygplanets Mach-nummer.

När motorns varvtal N1 är den parameter som piloten använder för att ställa in dragkraften, blir den generella dragkraftsekvationen

där

N1: är varvtalet för motorns lågtryckskompressor (eller fläkt) och turbinstegen, %,

q: = (T + 273)/288,15 är förhållandet mellan den absoluta totala temperaturen vid motorns insugssida och den absoluta standardlufttemperaturen vid havsytans medelnivå [ref. 1],

N 1 θ: är den korrigerade lågtrycksrotorns varvtal, %,

K3, K4: är konstanter som har härletts utifrån den installerade motorns data för N1 -varvtal av intresse.

E, F, GA, GB och H i ekvationerna B-2 och B-3 kan, för ett visst flygplan, ha andra värden än i ekvation B-1.

Alla termer i ekvationen kanske inte alltid är signifikanta. Till exempel kanske inte temperaturtermen behövs för flatrate-motorer som drivs vid temperaturer under brytpunkten (vanligen 30 °C). För motorer utan flatrate-värden måste omgivningstemperaturen beaktas när den nominella dragkraften används. Vid temperaturer över bryttemperaturen, måste en annan uppsättning av dragkraftskoefficienterna (E, F, GA, GB och H)high användas för bestämning av den tillgängliga dragkraften. Normalt förfarande skulle då vara att beräkna Fn/δ med både lågtemperatur- och högtemperaturkoefficienten, och att använda den högre dragkraftsnivån för temperaturer under flatrate-temperaturen, och den beräknade lägre dragkraftsnivån för temperaturer över flatrate-temperaturen.

När det endast finns tillgång till dragkraftskoefficienter för låg temperatur, kan följande samband användas:

där

(Fn/δ)high: är korrigerad nettodragkraft för hög temperatur (lbf),

TB: är brytpunktstemperatur (om ett definitivt värde saknas) används standardvärdet 30 °C).

ANP-databasen innehåller värden för konstanterna och koefficienterna i ekvationerna B-1 till B-4.

För propellerdrivna flygplan ska den korrigerade nettodragkraften per motor avläsas i diagram eller beräknas med ekvationen

där

h: är propellerverkningsgraden för en viss propellerinstallation som en funktion av propellervarvtalet och flygplanets flyghastighet,

VT: är den verkliga flyghastigheten, kn,

Pp: är nettoframdrivningskraften för det givna flygförhållandet, t.ex. maximal start- eller stigeffekt, hp.

I ANP-databasen finns parametrarna för ekvation B-5 registrerade för inställningar för maximal startdragkraft och maximal stigdragkraft.

Den verkliga flyghastigheten VT skattas utifrån den kalibrerade flyghastigheten VC via sambandet

där σ är förhållandet mellan luftdensiteten vid flygplanet och luftdensiteten vid havsytans medelnivå.

Vägledning för drift med minskad startdragkraft

Ofta är luftfartygets startvikt lägre än den högsta tillåtna vikten och/eller så är den tillgängliga rullbanan längre än den minsta längd som behövs för den maximala startdragkraften. I sådana situationer är det praxis att minska motorns dragkraft till nivåer under maxnivån, i syfte att minska slitaget på motorn och även för att minska bullret. Motordragkraften kan endast minskas till nivåer där obligatoriska säkerhetsmarginaler bibehålls. Den beräkningsprocedur som flygbolagsoperatörerna använder för att bestämma hur mycket dragkraften ska minskas är mycket avancerad och tar hänsyn till många faktorer, exempelvis startvikt, omgivningsluftens temperatur, deklarerade rullbanesträckor, rullbanans höjd och kriterier för hinderfrihet. Den beräknade dragkraftsminskningen är därför olika för varje flygning.

Eftersom dragkraftsminskningar kan ha betydande inverkan på bullret från avgångar, bör modelleraren ta rimlig hänsyn till sådana minskningsåtgärder och rådfråga operatörerna, så att den modellerade situationen blir så representativ som möjligt.

Om det inte går att få information från operatören bör dragkraftsminskningar beaktas på annat sätt. Det är inte praktiskt möjligt att använda operatörens beräkningar för bullermodellering – dessa beräkningar är inte heller lämpliga att använda tillsammans med de konventionella förenklingar och approximeringar som används vid beräkning av långsiktiga bullernivåer. Som ett fungerande alternativ ges följande vägledning. Det bör understrykas att det pågår många forskningsprojekt inom det här området, vilket innebär att denna vägledning kan komma att ändras.

Analys av FDR-data har visat att dragkraftsminskningen har starkt samband med förhållandet faktiskt startvikt/reglerad startvikt (RTOW, regulated takeoff weight), ned till en fast undre gräns, dvs.

där (Fn/δ)max är den högsta nominella dragkraften, W är den faktiska bruttostartvikten och WRTOW är den reglerade startvikten (RTOW, Regulated Takeoff Weight).

Den reglerade startvikten (RTOW) är den högsta startvikt som kan användas med bibehållen säkerhet och oförändrade krav i fråga om startsträckans längd, motorbortfall och hinderfrihet. Den är en funktion av tillgänglig rullbanelängd, flygfältets höjd, temperaturen, motvind och klaffvinkeln. Informationen kan fås av operatörerna och bör vara lättare att få tillgång till än data om faktiska dragkraftsminskningar. Alternativt kan informationen beräknas utifrån data i flygmanualer.

Minskad stigdragkraft

När minskad startdragkraft används, brukar operatörerna ofta (men inte alltid) minska stigdragkraften till nivåer under max. Detta förhindrar att det uppstår situationer där effekten måste ökas i stället för minskas i slutet av den inledande stigningen med startdragkraft. Här är det dock svårt att etablera en logisk grund för ett gemensamt tillvägagångssätt. Vissa operatörer använder fasta spärrsteg kallade Climb 1 och Climb 2, där stigdragkraften minskas med 10 respektive 20 procent relativt maximalt värde. När minskad startdragkraft används är rekommendationen att även minska stigdragkraften med 10 procent.

B3 VERTIKALA PROFILER FÖR LUFTTEMPERATUR, TRYCK, DENSITET OCH VINDHASTIGHET

I det här dokumentet antas temperatur-, tryck- och densitetsändringar som beror på höjd över havsytans medelnivå överensstämma med standardatmosfären. De metoder som beskrivs nedan har validerats för flygplatshöjder upp till 4000 fot över havet och för lufttemperaturer upp till 43 °C (109 °F).

I verkligheten varierar vindhastigheten med både höjd och tid, men vanligen är det inte praktiskt möjligt att ta hänsyn till det vid modellering av bullerkonturer. I stället baseras nedanstående prestandaekvationer på antagandet att flygplanet färdas rakt emot 8 kn motvind vid varje tidpunkt – oavsett kompasskurs (men vindhastigheten beaktas inte uttryckligen i beräkningar av ljudutbredningen). Metoder för att justera resultaten för andra motvindshastigheter beskrivs.

B4 EFFEKTEN AV SVÄNGAR

I följande delar av detta tillägg förklaras hur man beräknar egenskaper för de segment som kopplar ihop profilpunkterna s, z som definierar den tvådimensionella flygbanan i det vertikala planet ovanför markspåret. Segmenten definieras i tur och ordning i rörelseriktningen. I slutet av ett segment (eller vid rullstarten om det gäller första segmentet vid en avgång), där driftparametrarna och nästa procedursteg definieras, måste stigvinkeln och spårsträckan beräknas till den punkt där erforderlig höjd och/eller hastighet nås.

Om spåret är rakt räcker det att använda ett enda profilsegment, vars geometri kan bestämmas direkt (dock kanske iteration krävs). Men om en sväng inleds eller avslutas, eller om en svängs radie eller riktning ändras innan de erforderliga slutförhållandena nås, räcker det inte med ett segment eftersom lyftkraften och luftmotståndet ändras med bankningsvinkeln. För att ta hänsyn till effekterna av svängen under stigning, krävs det flera profilsegment för att avbilda procedursteget – enligt följande stycken.

Konstruktion av markspåret beskrivs i avsnitt 2.7.13 i huvudtexten. Detta utförs oberoende av flygprofiler (men det är viktigt att inte definiera svängar som inte kan flygas under normala driftförhållanden). När flygprofilen (höjd och avstånd som funktion av spårsträckan) påverkas av svängar kan den inte bestämmas oberoende av markspåret.

Om hastigheten ska bibehållas i en sväng måste vinglyftkraften ökas, så att centrifugalkraften och luftfartygsvikten balanseras. Detta medför ökat luftmotstånd, vilket i sin tur kräver större dragkraft. Effekterna av svängen uttrycks i prestandaekvationer som funktioner av bankningsvinkeln ε. För ett svängande luftfartyg på konstant höjd vid konstant hastighet på en cirkulär bana ges bankningsvinkeln av

Alla svängar antas ha konstant radie, och andra ordningens effekter på grund av flygbanor med varierande höjd förbises. Bankningsvinklar baseras endast på markspårets svängradie r.

När ett procedursteg ska implementeras beräknas först ett preliminärt profilsegment utifrån bankningsvinkeln ε vid startpunkten, enligt definitionen i ekvation B-8 för spårsegmentradien r. Om ett preliminärt segments beräknade längd inte medför att segmentet korsar början eller slutet av en sväng, godkänns det preliminära segmentet och nästa steg kan inledas.

Om det preliminära segmentet däremot korsar en eller flera svängstarter eller svängslut (där ε ändras), skattas flygparametrarna i den första av dessa punkter genom interpolering (se avsnitt 2.7.13) och sparas tillsammans med koordinaterna som slutpunktsvärden, och segmentet trunkeras. Den andra delen av procedursteget tillämpas sedan från denna punkt. Därvid görs åter ett preliminärt antagande att det räcker med ett enda segment med samma slutförhållanden men med den nya startpunkten och nya bankningsvinkeln. Om detta andra segment passerar ytterligare en radie-/riktningsändring, krävs ett tredje segment osv., tills slutförhållandena uppnås.

Approximeringsmetod

Att ta fullständig hänsyn till effekterna av svängar, så som beskrivs ovan, ger mycket komplexa beräkningar eftersom ett luftfartygs stigprofil måste beräknas för varje markspår som luftfartyget följer. De ändringar som svängar orsakar i den vertikala profilen har betydligt mindre inverkan på konturerna än ändring av bankningsvinkeln, och vissa användare föredrar att undvika de komplexa beräkningarna – på bekostnad av viss precision – genom att förbise svängarnas effekter på profilerna men ändå beakta bankningsvinkeln vid beräkning av den laterala ljudemissionen (se avsnitt 2.7.19). I en sådan approximation beräknas profilpunkterna för en viss luftfartygsoperation endast en gång och ett rakt markspår förutsätts (för vilket ε = 0).

B5 MARKRULLNING VID START

Startdragkraften accelererar flygplanet längs rullbanan till dess att planet lyfter från marken. Den kalibrerade flyghastigheten antas vara konstant i den inledande delen av stigningen. I förekommande fall antas att infällbara landningsställ dras tillbaka strax efter marklyftet.

I det här dokumentet approximeras den verkliga markrullningen vid start med en ekvivalent startsträcka (i 8 kn standardmotvind), sTO8, definierad enligt figur B-1, som avståndet längs rullbanan från bromssläppet till den punkt där en rätlinjig förlängning av den inledande stigningen (med infällt landningsställ) korsar rullbanan.

Figur B-1 Ekvivalent startsträcka

Extrapolering av inledande stigsegment

Inledande stigning

Ekvivalent startsträcka

På en plan rullbana bestäms den ekvivalenta markrullningen vid start sTO8 i fot, utifrån

där

B8: är en koefficient för en specifik kombination av flygplanstyp/klaffutfällning enligt ISA-referensförhållandena, med 8 kn motvind, ft/lbf,

W: är flygplanets bruttovikt vid bromssläppet, lbf,

N: är antalet motorer som levererar dragkraft.

Anmärkning: Eftersom ekvation B-9 tar hänsyn till dragkraftsändringar på grund av flyghastighet och rullbanehöjd, beror koefficienten B8 för ett visst flygplan endast på klaffläget.

För andra motvindshastigheter än 8 kn, korrigeras markrullningen vid start med

där

STOw: är markrullsträckan korrigerad för motvinden w, ft,

VC: (i denna ekvation) är den kalibrerade hastigheten vid marklyftet, kn,

w: är motvinden, kt.

Markrullsträckan vid start korrigeras även för rullbanans lutning, enligt följande:

där

STOG: är markrullsträckan (ft), korrigerad för motvind och rullbanans lutning,

a: är den genomsnittliga accelerationen längs rullbanan, lika med V C σ 2 2 s TOw, ft/s2,

GR: är rullbanans gradient (positiv vid start i uppförslutning).

B6 STIGNING MED KONSTANT HASTIGHET

Den här typen av segment definieras av flygplanets kalibrerade flyghastighet, klaffinställningar samt höjden och bankningsvinkeln i segmentslutet, tillsammans med motvindshastigheten (standardvärdet är 8 kn). Precis som för andra typer av segment sätts detta segments startparametrar, inklusive den korrigerade nettodragkraften, till samma värden som det föregående segmentets slutparametrar – det finns inga diskontinuiteter (utom avseende klaffvinkel och bankningsvinkel, som i dessa beräkningar kan ändras stegvis). Nettodragkraften i segmentslutet beräknas inledningsvis med någon av ekvationerna B-1 till B-5. Den genomsnittliga geometriska stigvinkeln g (se figur B-1) ges sedan av

där överstrecken betecknar medelsegmentvärden (genomsnittet av värdena i startpunkten respektive slutpunkten) och

K: är en hastighetsberoende konstant som är lika med 1,01 när VC ≤ 200 kn eller 0,95 i annat fall; denna konstant inbegriper effekterna på stiggradienten vid stigning i 8 kn motvind och den acceleration som sker vid stigning med konstant kalibrerad flyghastighet (den verkliga hastigheten ökar när luftdensiteten minskar med högre höjd),

R: är förhållandet luftmotståndskoefficient/lyftkraftskoefficient för flygplanet, med den givna klaffinställningen; landningsstället förutsätts vara infällt,

ε: är bankningsvinkel, radianer.

Stigvinkeln korrigeras för motvinden w, med

där γw är den genomsnittliga stigvinkeln, korrigerad för motvind.

Den sträcka som flygplanet färdas längs markspåret, Δs, vid stigning med vinkeln γw, från den inledande höjden h1 till en sluthöjd h2 ges av

I regel har en avgångsprofil två olika faser som inbegriper stigning med konstant flyghastighet. Den första, som här vanligen kallas det inledande stigsegmentet, inträffar direkt efter marklyftet, där det av säkerhetsskäl krävs att flygplanet har en viss lägsta hastighet. Det är en reglerad hastighet som vid normal drift ska vara nådd 35 ft ovan rullbanan. Det är dock vedertagen praxis att hålla en inledande stighastighet som är något högre, vanligen 10–20 kn högre, än säkerhetshastigheten, eftersom det ger en bättre inledande stiggradient. Den andra fasen, som inträffar efter klaffinfällning och den inledande accelerationen, kallas här för fortsatt stigning.

Under den inledande stigningen beror flyghastigheten på klaffinställningen vid start och på flygplanets bruttovikt. Den kalibrerade inledande stighastigheten VCTO beräknas med en första ordningens approximering:

där C är en koefficient motsvarande klaffinställningen (kn/Ölbf), avläst i ANP-databasen.

För den fortsatta stigningen efter accelerationen är den kalibrerade flyghastigheten en parameter som användaren anger.

B7 EFFEKTMINSKNING (ÖVERGÅNGSSEGMENT)

I någon punkt efter starten minskas effekten från startinställningen, i syfte att minska slitaget på motorn och även för att minska bullret. Dragkraften minskas vanligen under ett segment med stigning i konstant hastighet (avsnitt B6) eller under ett accelerationssegment (avsnitt B8). Eftersom det är en relativt kortvarig process, vanligen endast ca 3–5 sekunder, modelleras den genom att addera ett övergångssegment till det primära segmentet. Segmentet antas vanligen täcka en horisontell marksträcka på 1000 ft (305 m).

Dragkraftsminskning

Vid normal drift minskas motordragkraften till inställningen för maximal stigdragkraft. Till skillnad från startdragkraften kan stigdragkraften behållas under obestämd tid, i praktiken vanligen tills flygplanet har nått den inledande marschhöjden. Maximal stigdragkraft bestäms med ekvation B-1 utifrån tillverkarens koefficienter för maximal dragkraft. Finns det krav på minskning av bullret kanske dragkraften måste sänkas ytterligare. Av säkerhetsskäl är största möjliga dragkraftsminskning begränsad till ett värde som beror på flygplanets prestanda och motorantal.

Lägsta nivå för dragkraftsminskning kan ibland kallas för ”minskad dragkraft vid motorbortfall” eller liknande:

där

d2: är tryckförhållandet vid höjden h2,

G′: är den procentuella stiggradienten vid motorbortfall:

= 0 % för flygplan med automatiskt system för dragkraftsåterställning, annars

= 1,2 % för flygplan med två motorer,

= 1,5 % för flygplan med tre motorer,

= 1,7 % för flygplan med fyra motorer.

Stigsegment med konstant hastighet och dragkraftsminskning

Stigsegmentets gradient beräknas med ekvation B-12, där dragkraften beräknas enligt ekvation B-1 med koefficienter för maximal stigning, eller med B-16 för minskad dragkraft. Stigsegmentet delas sedan upp i två undersegment, båda med samma stigvinkel. Förfarandet illustreras i figur B-2.

Figur B-2 Stigsegment med konstant hastighet och dragkraftsminskning (ej skalenlig bild)

Start-effekt

Dragkraftsminskning

Start-rullning

Övergång

Stigsegment

Höjd

Dragkraft

1 000 ft

Det första undersegmentet kopplas till en marksträcka på 1000 ft (304 m), och den korrigerade nettodragkraften per motor i slutet av sträckan sätts till lika med minskningsvärdet. (Om den ursprungliga horisontella sträckan är kortare än 2000 ft, används hälften av segmentet för dragkraftsminskning.) Den slutliga dragkraften för det andra undersegmentet sätts också till lika med dragkraftsminskningen. I det andra undersegmentet flyger planet alltså med konstant dragkraft.

B8 ACCELERERAD STIGNING OCH KLAFFINDRAGNING

Detta inträffar vanligen efter den inledande stigningen. Som för alla flygsegment, är startpunktens höjd h1, verkliga flyghastighet VT1 och dragkraft (Fn/d)1 samma som i det föregående segmentets slutpunkt. Ändpunktens kalibrerade flyghastighet VC2 och den genomsnittliga stighastigheten ROC är värden som användaren anger (bankningsvinkeln ε är en funktion av hastighet och svängradie). Eftersom de beror av varandra, måste slutpunktens höjd h2, verkliga flyghastighet VT2 och dragkraft (Fn/δ)2 samt segmentspårlängden Δs beräknas iterativt: Man gör ett antagande om sluthöjden h2 och upprepar sedan beräkningarna enligt ekvationerna B-16 och B-17 tills skillnaden mellan skattningarna är mindre än en angiven tolerans, t.ex. en fot. Ett bra första antagande är h2 = h1 + 250 ft.

Segmentspårlängden (den horisontella färdsträckan) beräknas som

där

0,95: är en faktor som beaktar effekten av 8 kn motvind vid stigning med 160 kn,

k: är en konstant för att omvandla knop till ft/s = 1,688 ft/s per kn,

VT2 =: verklig flyghastighet i segmentslutet, kn: V T2 V C2 σ 2 där σ2 = luftdensitetsförhållande vid sluthöjden h2,

amax: = maximal acceleration vid flygning på konstant höjd (ft/s2) =

G: = stiggradient där ROC = stighastighet, ft/min.

Med denna skattning för Δs görs en ny skattning av sluthöjden h2′, med

Så länge som felet h′ 2 h 2 är utanför den angivna toleransen, upprepas steg B-17 och B-18 med de aktuella iterativt framräknade segmentslutvärdena för höjden h2, den verkliga flyghastigheten VT2, den korrigerade nettodragkraften per motor (Fn/δ)2. När felet är inom den angivna toleransen avslutas iterationscykeln och accelerationssegmentet definieras av segmentslutets slutliga värden.

Anmärkning: Om (amax – G·g) < 0,02 g under iterationscykeln, kanske accelerationen är så låg att det önskade värdet på VC2 inte kan uppnås inom en rimlig sträcka. I en sådan situation kan stiggradienten begränsas till G = amax/g – 0,02, vilket innebär att den önskade stighastigheten minskar så att godtagbar acceleration bibehålls. Om G < 0,01 dras slutsatsen att den tillgängliga dragkraften inte kan ge den önskade accelerationen och stighastigheten. Beräkningen ska då avslutas och procedurstegen modifieras.

Accelerationssegmentets längd korrigeras för motvinden w enligt

Accelerationssegment med dragkraftsminskning

För ett accelerationssegment tillförs dragkraftsminskningen på samma sätt som för ett segment med konstant hastighet, dvs. genom att omvandla den första delen till ett övergångssegment. Dragkraftsminskningen beräknas på samma sätt som minskningen vid konstant hastighet, dvs. endast enligt ekvation B-1. Observera att det vanligen inte är möjligt att accelerera under stigning och samtidigt hålla en minsta dragkraft för motorbortfall. Dragkraftsövergången kopplas till en marksträcka på 1000 ft (305 m), och den korrigerade nettodragkraften per motor i slutet av sträckan sätts till lika med minskningsvärdet. Hastigheten i slutet av segmentet bestäms genom iteration för segmentlängder på 1000 ft. (Om den ursprungliga horisontella sträckan är kortare än 2000 ft, används hälften av segmentet för dragkraftsändring.) Den slutliga dragkraften för det andra undersegmentet sätts också till lika med dragkraftsminskningen. I det andra undersegmentet flyger planet alltså med konstant dragkraft.

B9 YTTERLIGARE STIG- OCH ACCELERATIONSSEGMENT EFTER KLAFFINDRAGNING

Om det ingår fler accelerationssegment i den inledande stigbanan ska ekvationerna B-12 till B-19 användas igen, för att beräkna markspårsträckan, genomsnittlig stigvinkel och höjdskillnaden för varje segment. Som tidigare ska den slutliga segmenthöjden skattas genom iteration.

B10 NEDSTIGNING OCH RETARDATION

Vid inflygningar måste flygplanet vanligen sjunka till lägre höjd och bromsa in, som förberedelse för det slutliga inflygningssegmentet där flygplanet är konfigurerat med landningsklaffar och utfällt landningsställ. Flygmekaniken är densamma som vid avgång. Den största skillnaden är att höjd- och hastighetsprofilen vanligen är känd, och att det är motorns dragkraftsnivåer som måste skattas för varje segment. Den grundläggande kraftekvationen är

Ekvation B-20 kan användas på två olika sätt. Det ena sättet är att bestämma flygplanets hastighet i början och slutet av ett segment, tillsammans med en sjunkvinkel (eller en segmentsträcka för flygning på konstant höjd) och inledande och avslutande höjder. I detta fall kan retardationen beräknas enligt

där Δs är den aktuella marksträckan och V1 och V2 är de inledande och avslutande markhastigheterna, som beräknas enligt

Vid retardation och konstant nedstigning över ett visst avstånd krävs mer dragkraft för att bibehålla retardationen, om motvinden är stark. Omvänt måste dragkraften minskas om medvinden är stark. Detta visas av ekvationerna B-20, B-21 och B-22.

I praktiken sker i stort sett alla retardationer vid inflygning med tomgångsdragkraft. Det andra sättet att använda ekvation B-20 är därmed att definiera dragkraften vid en tomgångsinställning och lösa ekvationen iterativt för att bestämma (1) retardationen och (2) höjden i slutet av retardationssegmentet – på liknande sätt som för accelerationssegment i avgångar. I det här fallet kan retardationssträckan variera kraftigt beroende på medvinds- eller motvindsstyrka, och ibland är det nödvändigt att minska sjunkvinkeln för att få rimliga resultat.

För de flesta flygplan är tomgångsdragkraften inte noll, och för många är den dessutom en funktion av flyghastigheten. Retardationen beräknas med ekvation B-20, genom att sätta in en tomgångsdragkraft, som beräknas enligt

där (Eidle, Fidle, GA,idle, GB,idle och Hidle) är ANP-databasens koefficienter för motorns tomgångsdragkraft.

B11 INFLYGNING FÖR LANDNING

Den kalibrerade flyghastigheten för landningsinflygningen, VCA kopplas till landningsbruttovikten genom en ekvation på samma form som ekvation B-11, nämligen

där koefficienten D (kn/Ölbf) motsvarar klaffinställningen vid landning.

Den korrigerade nettodragkraften per motor under nedstigning längs inflygningsglidbanan beräknas genom att lösa ekvation B-12 med avseende på landningsvikten W och ett lämpligt luftmotstånd/lyftkraft-förhållande R för klaffinställningen med utfällt landningsställ. Klaffinställningen ska vara den som vanligen används vid verklig flygning. Glidbanans sjunkvinkel γ kan antas vara konstant under landningsinflygningen. För jetflygplan och propellerflygplan med flera motorer är γ vanligen – 3°. För enmotoriga, propellerdrivna flygplan är g vanligen – 5°.

Den genomsnittliga korrigerade nettodragkraften beräknas genom att invertera ekvation B-12 och därvid använda K = 1,03 för att beakta den naturliga retardationen vid flygning i en nedåtgående flygbana, i 8 kn referensmotvind, vid en konstant kalibrerad flyghastighet som ges av ekvation B-24, dvs.

Om motvinden inte är 8 kn, blir den genomsnittliga korrigerade nettodragkraften

Den horisontella sträckan beräknas med

(positiv eftersom h1 > h2 och γ är negativ).

1 Luftvärdighetsmyndigheter föreskriver vanligen en undre dragkraftsgräns, ofta 25 procent under maxvärdet.

2 Som dragkraften minskas till efter den inledande stigningen med starteffekt.

3 För att undvika konturavvikelser på grund av momentant ändrade bankningsvinklar vid övergångar mellan rätlinjig flygning och svängar, används s.k. undersegment i bullerberäkningarna. Dessa ger linjära övergångar i bankningsvinkeln, över den första och sista femgradersdelen av svängen. Undersegment behövs inte i prestandaberäkningar: bankningsvinkeln ges alltid av ekvation B-8.

4 ”Noise Abatement Procedures”, ICAO-dokument 8168 ”PANS-OPS” vol.1 del V, kapitel 3, ICAO 2004.

5 I endera fallet ska datormodellen programmeras för att informera användaren om inkonsekvensen.

Tillägg C

Om radardata saknas är rekommendationen att modellera lateral markspårsspridning utifrån antagandet att spårens spridning vinkelrätt mot huvudspåret motsvarar en gaussisk normalfördelning. Av erfarenhet vet vi att ett sådant antagande är rimligt i de allra flesta fall.

Med gaussisk normalfördelning och standardavvikelsen S, illustrerat i figur C-1, hamnar ca 98,8 procent av alla rörelser inom ± 2,5×S (dvs. inom ett omfång med bredden 5×S).

Figur C-1 Uppdelning av ett markspår i sju underspår. Omfångets bredd är fem ggr standardavvikelsen för markspårsspridningen.

Underspår 6

Underspår 4

Underspår 2

Underspår 3

Underspår 5

Underspår 7

Fördelnings-funktion

Flygspår (underspår 1)

s

Markspårsomfång med underspår

2,5×S

– 2,5×S

En gaussisk fördelning kan vanligen modelleras med sju diskreta underspår, jämnt fördelade mellan omfångets ± 2,5×S-gränser, som i figur C-1.

Approximeringens överensstämmelse med verkligheten beror dock på förhållandet mellan underspårens spridning och det ovanliggande luftfartygets flyghöjder. Det kan finnas situationer (med mycket tätt placerade eller mycket utspridda spår) där det är lämpligare att använda fler eller färre underspår. Med för få underspår genereras ”fingrar” i konturen. Tabellerna C-1 och C-2 innehåller parametrar för uppdelning i 5–13 underspår. Tabell C-1 innehåller platsen för de enskilda underspåren och tabell C-2 innehåller motsvarande procentandel av rörelserna på varje underspår.

Tillägg D

Bullernivåbidraget från varje segment i flygbanan härleds från NPD-data som är lagrade i den internationella ANP-databasen. Dessa data har dock normaliserats utifrån atmosfäriska dämpningsvärden enligt SAE AIR-1845. De atmosfäriska dämpningsvärdena är genomsnittsvärden som har fastställts vid bullercertifieringstester i Europa och Förenta staterna. De atmosfäriska förhållandena vid dessa tester varierar starkt, vilket framgår av figur D-1.

Figur D-1 Meteorologiska förhållanden under bullercertifieringstester

USA

EUROPA

FÖRE -79

ÖPPEN = 10 m

IFYLLD = LUFTLAGER < 50 m

FÖRKLARING

5 dB/100 m

LJUDDÄMPNING VID 8 KHz

TEMPERATUR °C

VERKLIGA DAGSFÖRHÅLLANDEN REGISTRERADE UNDER CERTIFIERINGSTEST

PROCENT RELATIV LUFTFUKTIGHET

Kurvorna i diagrammet i figur D-1 har beräknats utifrån ARP 866A, en standardmodell för atmosfärisk dämpning, och visar att absorptionen av högfrekventa ljud (8 kHz) kan variera kraftigt mellan de olika testförhållandena (den övergripande absorptionen varierar dock i mindre grad).

Eftersom dämpningarna, som anges i tabell D-1, är aritmetiska medelvärden, kan inte hela uppsättningen associeras till en enda referensatmosfär (med specifika värden för temperatur och luftfuktighet). De kan endast betraktas som egenskaper för en rent fiktiv atmosfär – som vi kallar för ”AIR-1845-atmosfären”.

Dämpningskoefficienterna i tabell D-1 kan anses giltiga för rimliga temperatur- och luftfuktighetsintervall. För att kontrollera om justeringar krävs, ska ARP-866A användas för att beräkna koefficienterna för genomsnittlig atmosfärisk absorption för den genomsnittliga flygplatstemperaturen T och den relativa luftfuktigheten RH. Om man vid jämförelse med värdena i tabell D-1 bedömer att justering bör göras, ska följande metod användas.

ANP-databasen innehåller följande NPD-data för varje effektinställning:

Maximal ljudnivå kontra lutningsavstånd, Lmax(d).

Tidsintegrerad nivå kontra avstånd för referensflyghastighet, LE(d).

Ovägt referensljudspektrum vid lutningsavståndet 305 m (1000 ft), Ln,ref(dref) där n = frekvensband (från 1 till 24 för tredjedelsoktavband med centrumfrekvenser från 50 Hz till 10 kHz).

Alla data är normaliserade för AIR-1845-atmosfären.

Justering av NPD-kurvorna för de användarspecifika förhållandena T och RH utförs i tre steg:

1) Referensspektrumen korrigeras för borttagning av AIR-1845-atmosfärens dämpning αn,ref: Ln(dref) = Ln,ref(dref) + αn,ref · dref (D-1) där Ln(dref) är det odämpade spektrumet vid dref = 305 m och αn,ref är koefficienten för atmosfärisk dämpning för frekvensband n enligt tabell D-1 (men uttryckt i dB/m).

2) Det korrigerade spektrumet justeras för vart och ett av de tio standardiserade NPD-avstånden di, med dämpningar för både (i) AIR-1845-atmosfären och (ii) den användarspecifika atmosfären (baserad på ARP-866A). där αn,866A är koefficienten för atmosfärisk absorption för frekvensband n (uttryckt i dB/m), beräknat utifrån ARP-866A med temperaturen T och den relativa luftfuktigheten RH.

i) För AIR-1845-atmosfären: Ln,ref(di) = Ln(dref) – 20,lg(di/dref) – αn,ref · di (D-2)

ii) För användaratmosfären: Ln,866A(T,RH,di) = Ln(dref) – 20,lg(di/dref) – αn,866A(T,RH) · di (D-3)

3) Vid varje NPD-avstånd di A-vägs och decibelsummeras de två spektrumen, för att bestämma de resulterande A-vägda nivåerna LA,866A och LA,ref. Dessa subtraheras sedan aritmetiskt: ΔL T,RH,d i L A,866A L A,ref 10 lg 24 n 110 L n,866A T,RH,d i A n 10 10 lg 24 n 110 L n,ref d i A n 10 (D-4)

Ökningen ΔL är differensen mellan NPD-värdet i den användarspecifika atmosfären och referensatmosfären. Denna adderas till ANP-databasens NPD-värde, för att få fram ett justerat NPD-värde.

När ΔL används för att justera båda NPD-uppgifterna Lmax och LE, förutsätts att de olika atmosfärförhållandena endast påverkar referensspektrumet och inte har någon inverkan på nivå-tid-historiken. Detta kan anses gälla för typiska utbredningsområden och atmosfärförhållanden.

Tillägg E

I det här tillägget beskrivs härledningen av korrigeringen för ändligt segment och den associerade energifraktionsalgoritm som avses i avsnitt 2.7.19.

E1 GEOMETRI

Energifraktionsalgoritmen baseras på ljudutstrålning från en 90-graders dipolkälla i fjärde potens. En sådan källa har direktivitetsegenskaper liknande ljudet från ett jetflygplan, åtminstone inom den vinkel som har störst betydelse för ljudhändelsenivåerna under och vid sidan om luftfartygets flygbana.

Figur E-1 Geometri mellan flygbana och observatörsposition O

Flygbana

Figur E-1 illustrerar geometrin för ljudutbredning mellan flygbanan och observatörspositionen O. Luftfartyget i P flyger i enhetliga vindstilla förhållanden med konstant hastighet på en rak flygbana med konstant höjd. Banans närmaste punkt relativt observatören är Pp. Parametrarna är

d: avståndet från observatören till luftfartyget,

dp: det vinkelräta avståndet från observatören till flygbanan (lutningsavstånd),

q: avståndet från P till Pp = – V × τ,

V: luftfartygets hastighet,

t: tidpunkt då luftfartyget är i punkten P,

tp: tidpunkt då flygplanet är i den närmaste punkten relativt observatören, dvs. då flygplanet är i punkten Pp,

τ: flygtid = tiden relativt tiden i Pp = t - tp,

ψ: vinkel mellan flygbanan och vektorn till observatörspunkten.

Eftersom flygtiden τ till den närmaste flygbanepunkten är negativ om luftfartyget befinner sig framför observatörspositionen (som i figur E-1), är det relativa avståndet q positivt. Om luftfartyget befinner sig efter observatören blir q negativt.

E2 SKATTNING AV ENERGIFRAKTION

Den grundläggande idén med energifraktion är att kunna uttrycka bullerexponeringen E i observatörspositionen från ett flygbanesegment P1P2 (med startpunkten P1 och slutpunkten P2) genom att att multiplicera exponeringen E∞ från hela den oändliga flygbanan med en enkel faktor – energifraktionen F:

Eftersom exponeringen kan uttryckas som en tidsintegral av medelkvadraten av (den vägda) ljudtrycksnivån, dvs.

måste man, för att kunna beräkna E, uttrycka medelkvadrattrycket som en funktion av de kända geometri- och driftparametrarna. För en 90-graders dipolkälla används

där p2 och pp2 är de observerade medelkvadratljudtrycken som luftfartyget genererar när det passerar punkterna P och Pp.

Detta relativt enkla samband har visat sig ge en bra simulering av jetflygplansbuller, trots att de involverade mekanismerna är extremt komplexa. Termen dp2/d2 i ekvation E-3 beskriver endast sfärisk spridning för en punktkälla, med oändlig ljudhastighet i en enhetlig atmosfär utan energiförluster. Alla andra fysikaliska effekter – källans direktivitet, ändlig ljudhastighet, atmosfärisk absorption, dopplereffekt osv. – omfattas implicit av termen sin2ψ. Denna faktor gör att medelkvadrattrycket minskar inverterat som d4 – därav uttrycket ”fjärdepotenskälla”.

Med substitutionerna

d 2 d 2 p q 2 d 2 p V τ 2 och d d p 2 1 V τ d p 2

kan medelkvadrattrycket uttryckas som en funktion av tid (ljudutbredningstiden förbises):

Sätts detta in i ekvation (E-2) och med substitutionen

kan ljudexponeringen vid observatören, från flygningen under tidsintervallet [τ1,τ2] uttryckas som

Integralens lösning är:

Integrering över intervallet [–∞,+∞] (dvs. över hela den oändliga flygbanan) ger följande uttryck för den totala exponeringen E∞:

och därmed blir energifraktionen enligt ekvation E-1

E3 ÖVERENSSTÄMMELSE MELLAN MAXMÅTT OCH TIDSINTEGRERADE MÅTT – ”SKALAT AVSTÅND”

När energifraktionen definieras med hjälp av den enkla dipolmodellen förutsätts en viss teoretisk skillnad, ΔL, mellan händelsebullernivåerna Lmax och LE. För att konturmodellen ska vara logiskt konsekvent, måste denna skillnad vara lika med skillnaden mellan de värden som bestäms utifrån NPD-kurvorna. Ett problem är att NPD-uppgifterna har härletts från verkliga bullermätningar, som inte alltid överensstämmer med den förenklade teorin. Teorin skulle därför behöva kompletteras med någon flexibel komponent. I huvudsak bestäms dock variablerna α1 och α2 av geometrin och luftfartygets hastighet – vilket inte lämnar utrymme för flexibilitet. En lösning ges av konceptet skalat avstånd dλ enligt nedan.

Exponeringsnivån LE,∞, i ANP-databasen tabellnoterad som en funktion av dp för referenshastigheten Vref, kan uttryckas som

där p0 är ett standardreferenstryck och tref är en referenstid (= 1 s för ljudexponeringsnivån, SEL). För den verkliga hastigheten V blir uttrycket

På samma sätt kan maximal händelsenivå, Lmax, skrivas som

För dipolkällan, utifrån ekvationerna E-8, E-11 och E-12 och med (från ekvationerna E-2 och E-8) ∞ ∞p 2 dt π 2 p 2 p d p V, kan skillnaden ΔL skrivas som

Detta kan likställas med värdet ΔL som har bestämts från NPD-data, endast om lutningsavståndet dp (som används för att beräkna energifraktionen) ersätts med ett skalat avstånd dλ som ges av

eller

Om dp ersätts av dλ i ekvation E-5, och om definitionen q = Vτ från figur E-1 används, kan parametrarna α1 och α2 i ekvation E-9 (med q = q1 vid startpunkten och q – λ = q2 vid slutpunkten av ett flygbanesegment med längden l) skrivas som

När det verkliga lutningsavståndet måste ersättas med ett skalat avstånd förtas något av enkelheten med 90-graders dipolmodellen i fjärde potens. Men eftersom den är kalibrerad på plats med data från mätningar, kan energifraktionsalgoritmen betraktas som halvempirisk snarare än rent teoretisk.

Tillägg F

I detta tillägg beskrivs databasen för merparten av de befintliga källorna till vägbuller, att användas för beräkning av vägtrafikbuller enligt den metod som beskrivs i avsnitt 2.2 Buller från vägtrafik.

Tillägg G

I detta tillägg beskrivs databasen för merparten av de befintliga källorna till järnvägsbuller, att användas för beräkning av järnvägsbuller enligt den metod som beskrivs i avsnitt 2.3 Buller från järnväg.

Tabell G-1 Koefficienterna Lr,TR,i och Lr,VEH,i för rälsens och hjulens ytjämnhet

Tabell G-3 Koefficienterna LH,TR,i LH,VEH,i och LH,VEH,SUP,i för överföringsfunktioner (Värden uttrycks i ljudeffektnivå per axel)

Tillägg H

I detta tillägg beskrivs några exempel på ingångsvärden för några industriella bullerkällor, att användas för beräkning av industribuller enligt den metod som beskrivs i avsnitt 2.4 Buller från industri. Eftersom industriella bullerkällor är mycket specifika för varje industrianläggning erhålls lämpliga värden från lokala, nationella eller internationella databaser eller mätningar, beroende på vad som är lämpligt.

Tillägg I

I detta tillägg beskrivs databasen för merparten av de befintliga källorna till buller från luftfartyg, att användas för beräkning av buller från luftfartyg enligt den metod som beskrivs i avsnitt 2.6 Buller från luftfartyg.