Anwendungsorientierte Verfahren zur Bestimmung von CO, HC und Ruß aus Luftfahrttriebwerken

Zur Abschätzung des potentiellen Einflusses der Luftfahrt auf die Umwelt und das Klima werden anwendbare Berechnungsmethoden für die Emissionen aus Flugtriebwerken benötigt. In der vorliegenden Arbeit werden derartige Methoden für Kohlenmonoxid, für die Summe der Kohlenwasserstoffe und für Ruß entwickelt. Da die diskutierten klimatologischen und gesundheitlichen Wirkungen des Rußes nicht nur von seiner Masse abhängen, werden auch die Anzahl der Rußpartikel und ihre Größe in die Untersuchungen einbezogen. Sämtliche Berechnungsverfahren stützen sich durch die Verwendung von variablen Referenzwerten auf vorhandene Messungen ab. Durch die entwickelten Verfahren werden alle verfügbaren Messergebnisse sehr treffsicher wiedergegeben. Schließlich wird die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Methoden anhand einiger Anwendungsbeispiele demonstriert. Dabei werden zunächst die Emissionsmengen einzelner Triebwerke und Flüge sehr detailliert ermittelt. Abschließend erfolgt unter Zuhilfenahme einer globalen Verkehrsdatenbank die Anwendung der Berechnungsverfahren auf die gesamte Weltluftfahrt

Aero-Engine Technology to cope with ACARE Goals

To investigate, whether further developments in aero engine technology have the potential to achieve the ACARE 2020 targets, a study on the possible improvements of different technology advances has been performed. The study focuses on engine improvements, but since the ACARE targets are formulated for the air transport system as a whole, improved aircraft on realistic flight missions are also taken into account. The results show that the isolated ACARE target of 50% fuel consumption reduction per passenger kilometre does not seem unachievable, but 1) significant research effort is still needed and 2) it seems much more challenging to achieve all of the ACARE targets at once

Konzeptstudie zu zukünftigen Hochbypass-Triebwerken mit gegenläufigem Fan

Das Technologieprojekt Claire der Firma MTU dient als Leitkonzept der vorliegenden Arbeit. Die im Rahmen dieses Programms betrachteten Konzepte fokussieren sich auf Getriebefans in mehreren Ausbaustufen. Claire gibt damit eine Perspektive bzw. nationale Sichtweise für die Entwicklung der Umweltfreundlichkeit von Luftfahrtantrieben bis ins Jahr 2030 und darüber hinaus. Ausgehend von derzeit bekannten Getriebefankonzepten erfolgt in Claire2 eine Maximierung des Propulsionswirkungsgrades über ein optimiertes Fan-Konzept wobei zunächst der gegenläufige Fan im Vordergrund steht. In der dritten Ausbaustufe wird diese Triebwerkskonzept mit rekuperativen Elementen auch bezüglich des thermischen Wirkungsgrades maximiert. Die Auslegung neuer Triebwerkskonzepte ist ein sehr vielschichtiger Prozess und ist, je nach vorgesehenem Einsatzspektrum, vielen, teilweise gegensätzlichen Auslegungszielen unterworfen. Im Bereich ziviler Anwendungen sind neben einem möglichst minimalen Brennstoffverbrauch als vorrangigem Ziel zum Beispiel auch Zulassungsbedingungen und geometrische Beschränkungen bindend. Teilweise ergeben sich die Beschränkungen auch erst aus dem zu untersuchenden Triebwerkskonzept bzw. aus den spezifischen Anforderungen an das Triebwerk. Neben einer detaillierten Beschreibung der Vor- und Nachteile eines Triebwerks mit gegenläufigem Fan und der Einordnung dieses Triebwerkskonzeptes in den Kontext des MTU-Technologieprogramms Claire, soll in dieser Studie der Aufbau einer Prozesskette zur thermodynamischen Vorauslegung eines solchen Konzeptes aufgezeigt werden. Die kritischen Betriebspunkte für derartige Anwendungen werden herausgearbeitet. Es wird eine Auslegungsroutine beschrieben, die eine Optimierung dieser Konzepte im Rahmen der vorgegebenen Begrenzungen erlaubt. Die erstellte Prozesskette wird auf gegenläufige Triebwerke mit hohem Bypass-Verhältnis angewendet. Die resultierenden Triebwerksentwürfe werden anhand von Parameterstudien näher analysiert und die limitierenden Faktoren genauer erläutert. Es wird der Einfluss von unterschiedlichen triebwerkinternen Parametern (z.B. Fandruckverhältnis, BPR etc.) sowohl auf den Brennstoffverbrauch des nicht installierten Triebwerkes, aber auch auf vollständige Missionsverbräuche unter Berücksichtigung von Gewichts- und Widerstandsänderungen aufgezeigt. Weiterhin wird der Einfluss von Betriebsanforderungen (Schneller/langsamer fliegen, höhere/geringere Steigleistung) auf die Triebwerksauslegung dargestellt. Die Auslegung der Konzepte erfolgt mit dem DLR-eigenen thermodynamischen Leistungssynthese-Tool VarCycle, das für diese Untersuchungen mit einfachen Korrelationsverfahren zur Ermittlung des Triebwerksgewichtes und –widerstandes gekoppelt ist. Weiterhin wird ein Triebwerksdimensionierungsverfahren genutzt, das in Abhängigkeit von der Charakteristik eines Referenzflugzeuges Schubvorgaben für kritische Betriebszustände zur Dimensionierung der Triebwerke erzeugt. Zur weiteren Untersuchung der Triebwerkskonzepte werden Missionsrechnungen mit dem DLR-Flugleistungsmodul VarMission durchgeführt. Die Optimierungen der Triebwerkskonzepte werden über das Softwareframework ModelCenter durchgeführt durch welches alle Verfahren zu einer Prozesskette verknüpft werden

Abschlussbericht CLAIRE 2

Das Projekt CLAIRE 2 wurde vom Institut für Antriebstechnik des DLR in Kooperation mit der MTU Aero Engines GmbH bearbeitet. Ziel war es, eine Potenzialabschätzung eines Triebwerkes mit gegenläufigem Fan im Vergleich zu einem herkömmlichen Triebwerkskonzept anzufertigen. Schwerpunkte der Arbeit waren die Aerodynamische Auslegung und Optimierung einer gegenläufigen Fanstufe, die aeroakustische Analyse einer solchen Konfiguration und die Bewertung des Fankonzeptes auf Triebwerks- und Flugzeugebene. Das Projekt baut auf den im DLR-MTU-Projekt CRISP gewonnenen Erkenntnissen auf