Neue Antriebssysteme senken Kraftstoffverbrauch

Eine Steigerung der Effizienz von Antriebssystemen kann zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und von Emissionen im Lufttransportsektor führen. Neue Konzepte wie zum Beispiel Systeme mit mehrfach verteiltem Antrieb oder eine Integration des Antriebs in das Flugwerk könnten beim Erreichen dieser Ziele behilflich sein.

Eine Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ist eine Schlüsselpriorität der EU, die ebenfalls dazu beitragen wird, schädliche Emissionen und Umweltfolgen zu reduzieren. Neue Antriebskonzepte sind das Thema intensiver Forschungsaktivitäten, um diese Ziele im Luftfahrtbereich zu verwirklichen.

Hybride Energiequellen haben gezeigt, dass der Strombedarf gesenkt werden kann. Hierzu zählen Geräte mit multipel verteiltem Antrieb oder Rumpfantrieb, bei denen die
Triebwerkanlage ganz oder teilweise in das Flugwerk eingebettet ist. Diese Antriebssysteme nutzen Wirbelfüllungs- sowie Grenzschichtaufnahmemethoden (Boundary Layer Ingestion, BLI), die gemeinhin bei Torpedos, Raketen und Schiffen Anwendung finden. Antriebssysteme saugen die Luft an der Grenzschicht zwischen Projektil und Fluid (Luft oder Wasser) ein, wobei die Wirbel erneut energetisiert werden und der Verlust an kinetischer Energie auf ein Minimum reduziert wird.

Diese Energiequellen wurden noch nicht durch die praktische Umsetzung in realen Luftfahrzeugsystemen untersucht. Das von der EU geförderte Projekt „Distributed propulsion and ultra-high by-pass rotor study at aircraft level“ (DISPURSAL) wurde initiiert, um diese Lücke zu schließen. Die Wissenschaftler verfolgen eine ganzheitliche Perspektive, indem sie Komponentenarchitekturen, Integrationsherausforderungen zwischen Motor und Luftfahrzeug sowie die Gesamtwirkung auf Leistungen und Emissionen von Luftfahrzeugen bewerten. Schließlich soll ein Technologiefahrplan zur Einrichtung eines verteilten Antriebssystems erstellt werden, der als validierte Option zur Verbesserung der Nachhaltigkeit im Luftverkehr sowie der Wettbewerbsposition der Industrie dienen soll.

Aus einem Ausgangspool potenzieller Techniken hat sich das Team für ein hybrides Flügelflugzeug mit multiplen BLI-Gebläsen auf der Oberseite des Rumpfs entschieden, um das Konzept des verteilten Antriebs zu testen. Das Rumpfantriebskonzept wird mit einem Heck-montierten BLI-Gebläse getestet, das am Rumpf zirkuliert und von einer Gasturbine im hinteren Bereich des Rumpfs angetrieben wird. Der Entwurf beinhaltet zudem zwei moderne und kraftstoffeffiziente (ultrahohes By-Pass-Verhältnis) Turbofan-Triebwerke, die unter dem Flügel aus Redundanzgründen installiert sind.

Die BLI-Wirkung wurde unter Verwendung computergestützter Entwurfsdaten sowie umfassender strömungsdynamischer Analysen bewertet und lieferte vielversprechende Resultate. In der finalen Phase des Projekts optimieren die Forscher die Entwürfe und führen die abschließende Auswertung im Hinblick auf die Verbesserung der Fahrzeugeffizienz durch.

Es wird damit gerechnet, dass das DISPURSAL-Projekt aufgrund von Techniken, die bis zum Jahr 2030 auf der Skala der technologischen Reife eine 6 erreichen sollen, wesentliche Verringerungen im Kraftstoffbereich und von Emissionen demonstriert.

veröffentlicht: 2015-03-25
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