Um den problematischen Schadstoffausstoß von Verkehrsflugzeugen angesichts stetig steigender Flüge zu minimieren, wird unter anderem auch an optimierten Triebwerken mit neuen, gestuften Brennkammern gearbeitet. Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde eine 'gläserne Brennkammer' entwickelt, die den Wissenschaftlern einen besseren Einblick in die Verbrennungsvorgänge ermöglicht. Das bisherige Konzept der Erhöhung von Druck und Temperatur während der Verbrennung reduziert zwar Verbrauch, Kohlenmonoxidausstoß und die Bildung unverbrannter Kohlenwasserstoffe, begünstigt aber die Entstehung von Stickoxiden. Um hier weiterzukommen, ist eine möglichst genaue Kenntnis der Mischungsverhältnisse an jedem Punkt des Brennraumes erforderlich. Tröpfchengröße, Zusammensetzung, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung des Gemisches spielen eine große Rolle beim Verbrennungsvorgang. Die 'gläserne Brennkammer' besteht aus einem Druckgefäß mit Fenstern, in denen der Prozeß mit speziellen laseroptischen Verfahren direkt beobachtet werden kann. Dadurch muß in das Strömungsfeld des Brennraumes keine das Ergebnis beeinflussenden Sonde eingebracht werden. Bis zu 6 bar Druck (Leerlaufbedingung) lassen sich mit der mobilen Temperaturmeßanlage CARS die Spitzentemperaturen messen, vor allem in den für die Stickoxidbildung wesentlichen Übergangsbereichen von fetter zu magerer Kraftstoffkonzentration. Die Brennkammer selbst kann etwa die Bedingungen einer kleineren Turbine unter Vollast simulieren (20 bar / 850 K Eintrittstemperatur). Weitere Konzepte zur Schadstoffreduzierung sind die Fett-Mager-Verbrennung durch beschleunigte Luftstufung, bei der die kritischen stöchiometrischen Zonen schneller durchlaufen werden, sowie die magere, vorgemischte Verbrennung mit Vorverdampfung. Auch hier wird die stöchimetrische Zone schneller durchlaufen und so die Stickoxidbildung reduziert, allerdings bringt die Vorverdampfung angesichts einer Selbstentzündungszeit des Gemisches von unter einer Millisekunde und der Gefahr des Flammenrückschlags noch einigen Forschungsbedarf mit sich. Verschiedene Triebwerkshersteller sind mit diesem Thema befaßt, und in einem europäischen Forschungsprogramm sind 24 Partner aus acht Ländern gemeinsam mit der Umsetzung befaßt.
Die gläserne Brennkammer. Das Flugzeug-Triebwerk der Zukunft soll mehr leisten und weniger Schadstoffe emittieren
DLR-Nachrichten ; 97 ; 50-53
2000
4 Seiten, 2 Bilder
Article (Journal)
German
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