Untersucht wurde ein Triebwerkskonzept, das über einen zweireihigen, gegenläufigen und mantellosen Propeller verfügt, der über ein Reduktionsgetriebe mit der Arbeitsturbine des Gasgenerators verbunden ist. Dieses Konzept verspricht aufgrund seines deutlich erhöhten Vortriebswirkungsgrades bei mit heutigen Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen vergleichbaren Flugmachzahlen (0,76 bis 0,8), eine signifikante Reduktion des spezifischen Brennstoffverbrauchs von mehr als 25% gegenüber derzeitigen konventionellen Turbofans. Im Vergleich mit der für eine nächste Generation von Turbofankonzepten aller Architekturen erwarteten CO2-Reduktion von 12-15 % stellt dies eine nochmalige erhebliche Verbesserung dar. In Anbetracht der möglichen Verbesserungen sind erhebliche technologische Anstrengungen erforderlich, um deren zuverlässige Quantifizierung zu gewährleisten und die Verfügbarkeit dieser Konzepte als mögliche Alternative zu konventionellen Architekturen für die nächste Generation von Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen beurteilen zu können. Hierbei steht vor allem die Gewährleistung eines ausreichend niedrigen Lärmniveaus im Vordergrund. Open Rotor Triebwerke erzeugen aufgrund des Untersetzungsgetriebes wesentlich mehr Abwärme als herkömmliche Triebwerke. Diese Wärme muss mit Hilfe eines entsprechend großen Ölmassenstroms an die Luft sowie den Treibstoff abgegeben werden. Im Rahmen dieses Projektes, sollte die Kühlung des Triebwerks sichergestellt und optimiert werden. Im speziellen, soll der Ölgehalt im Abluftstrom bzw. Ölverbrauch durch den Einsatz eines elektrostatischen Abscheiders signifikant reduziert werden. Die Systemkompetenz von RRD soll damit auf komplexere Systeme erweitert und insgesamt gestärkt werden. Sie ist nicht nur auf Open Rotor Konzepte, sondern auch auf Fantriebwerke sowie zunehmend komplexere Generatorkühlsysteme mit hoher elektrischer Leistung anwendbar. Außerdem weisen Open Rotor Flugzeugtriebwerke durch ihre freien Propeller deutlich höhere Interaktionen mit der Flugzeugkonfiguration als klassische Turbofans auf. Hierbei sind die Bilanzgrenzen zwischen dem Schub des Triebwerkherstellers und dem Widerstand des Flugzeugzellenherstellers durch Installationseinflüsse auf die Propellerzuströmung und durch die Veränderung des Druckfeldes schwierig zu trennen. Weiterhin ist die Reduktion von Lärmquellen einer der größten Triebfedern beim Design fortschrittlicher die sich von den Studien Open-Rotor-Konzepte, aus den 1980er Jahren deutlich unterscheiden. Um diese Problemfelder zu meistern, zielte das Vorhaben daher auf die Ermittlung aerodynamischer und akustischer Eigenschaften neuartiger Open-Rotor- Triebwerksinstallationen mittels fortschrittlichen numerischen Methoden der Aerodynamik und Akustik ab. Hierzu wurden grundsätzliche Installationskonzepte aus der Industrie aufgegriffen und detailliert. Mit diesen Konzept-Installationen wurden dann an den wesentlichen Design- und Betriebspunkten wie Start, Reiseflug, Umkehrschub und Seitenwind mittels instationärer Rechenmethoden sehr detaillierte Strömungsfelder ermittelt. Diese liefern das grundlegende Verständnis der Interaktion zwischen Propellern und der Flugzeugumströmung sowie den beteiligten Schub- und Widerstandskräften. Mittels dieser hoch aufgelösten Referenzlösungen wurden dann die akustischen Eigenschaften sowohl im Nahfeld, also der Passagierkabine, als auch im Fernfeld, dem Beobachter auf dem Boden, ermittelt.


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    Titel :

    Technologieentwicklung für ein externes Kühlsystem sowie installierte Aerodynamik und -akustik für 'Open Rotor' Architekturen (OPERO). Luftfahrtforschungsprogramm 2009 - 2012


    Beteiligte:
    Fuss, Uwe (Autor:in) / Hilberg, Dirk (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    77 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen


    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch