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Projekt
GRK 1344: Instationäre Systemmodellierung von Flugtriebwerken
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
Förderung
Förderung von 2006 bis 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 19779920
Durch ein sehr hohes Luftverkehrsaufkommen, das in den nächsten 15 Jahren prognostiziert wird, ergeben sich unter Berücksichtigung der Umweltaspekte für die Luftfahrtindustrie folgende Ziele:
(1) Reduktion des wahrnehmbaren Lärms um 50 Prozent,
(2) Reduktion des Brennstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen um 50 Prozent,
(3) Reduktion der Stickoxid-Emissionen um 80 Prozent.
Ebenso muss man die Reduktion des Brennstoffverbrauches auch unter ökonomischen Gesichtspunkten sehen. Die gleichzeitige Erfüllung von Umweltanforderungen, der Forderung nach minimalem Brennstoffverbrauch, niedrigen Lebenswegkosten für die Triebwerkskomponenten, hoher Bauteilzuverlässigkeit sowie -lebensdauer stellen die Entwicklungsingenieure bei der Neuauslegung eines Triebwerks immer wieder vor große Herausforderungen. Erschwerend kommt hinzu, dass Fehler, die zu Beginn einer Neuentwicklung gemacht werden, später bei fortgeschrittenem Entwicklungsstand nur noch schwer und nur mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand korrigierbar sind. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass den Modellierungsmethoden eine ganz wesentliche Rolle bei der Entwicklung eines Triebwerks zukommt. Sie müssen stetig weiterentwickelt und validiert werden, um deren Vorhersagegenauigkeit zu verbessern, Fehlauslegungen zu vermeiden und die Auslegungszeiten zu verkürzen.
Diese Ziele können nur durch eine ganzheitliche Betrachtung des Systems Flugtriebwerk im Modellierungs- und Auslegungsprozess erreicht werden. Dies ist nicht nur eine Folge der oben angeführten Forderungen, die zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs eine aerodynamisch optimale Auslegung von Verdichter und Turbine, gleichzeitig aber auch eine ausreichende Bauteilfestigkeit und akzeptable Rotordynamik bei geringst möglichen Kosten verlangen. Dies ist vielmehr auch eine Folge der engen Kopplung zwischen den Triebwerksmodulen Verdichter, Brennkammer und Turbine, die mechanischer, aerodynamischer oder thermodynamischer Natur sein kann. Zu berücksichtigen sind in diesem Zusammenhang auch die elektronischen Module, insbesondere die Module zur Triebwerksregelung. Sie sorgen bei stationären und vor allem instationären Vorgängen für einen zuverlässigen und optimalen Betrieb und spielen eine bedeutende Rolle bei der Überwachung des Triebwerks. Daraus folgt, dass zur Erzielung eines optimalen Triebwerks im Sinne einer gleichzeitigen Erfüllung der aufgeführten Forderungen alle Komponenten präzise aufeinander abgestimmt sein müssen, was nur durch geeignete Modellierungsmethoden sichergestellt werden kann.
(1) Reduktion des wahrnehmbaren Lärms um 50 Prozent,
(2) Reduktion des Brennstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen um 50 Prozent,
(3) Reduktion der Stickoxid-Emissionen um 80 Prozent.
Ebenso muss man die Reduktion des Brennstoffverbrauches auch unter ökonomischen Gesichtspunkten sehen. Die gleichzeitige Erfüllung von Umweltanforderungen, der Forderung nach minimalem Brennstoffverbrauch, niedrigen Lebenswegkosten für die Triebwerkskomponenten, hoher Bauteilzuverlässigkeit sowie -lebensdauer stellen die Entwicklungsingenieure bei der Neuauslegung eines Triebwerks immer wieder vor große Herausforderungen. Erschwerend kommt hinzu, dass Fehler, die zu Beginn einer Neuentwicklung gemacht werden, später bei fortgeschrittenem Entwicklungsstand nur noch schwer und nur mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand korrigierbar sind. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass den Modellierungsmethoden eine ganz wesentliche Rolle bei der Entwicklung eines Triebwerks zukommt. Sie müssen stetig weiterentwickelt und validiert werden, um deren Vorhersagegenauigkeit zu verbessern, Fehlauslegungen zu vermeiden und die Auslegungszeiten zu verkürzen.
Diese Ziele können nur durch eine ganzheitliche Betrachtung des Systems Flugtriebwerk im Modellierungs- und Auslegungsprozess erreicht werden. Dies ist nicht nur eine Folge der oben angeführten Forderungen, die zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs eine aerodynamisch optimale Auslegung von Verdichter und Turbine, gleichzeitig aber auch eine ausreichende Bauteilfestigkeit und akzeptable Rotordynamik bei geringst möglichen Kosten verlangen. Dies ist vielmehr auch eine Folge der engen Kopplung zwischen den Triebwerksmodulen Verdichter, Brennkammer und Turbine, die mechanischer, aerodynamischer oder thermodynamischer Natur sein kann. Zu berücksichtigen sind in diesem Zusammenhang auch die elektronischen Module, insbesondere die Module zur Triebwerksregelung. Sie sorgen bei stationären und vor allem instationären Vorgängen für einen zuverlässigen und optimalen Betrieb und spielen eine bedeutende Rolle bei der Überwachung des Triebwerks. Daraus folgt, dass zur Erzielung eines optimalen Triebwerks im Sinne einer gleichzeitigen Erfüllung der aufgeführten Forderungen alle Komponenten präzise aufeinander abgestimmt sein müssen, was nur durch geeignete Modellierungsmethoden sichergestellt werden kann.
DFG-Verfahren
Graduiertenkollegs
Großgeräte
Invest.-Bew. für Polarisationsverstärker - 15000,--Euro (Teilprojekt B3). Ablehnung bzw. Verweis i.d. Grundausstattung der übrigen Geräte.
Antragstellende Institution
Technische Universität Darmstadt
Sprecher
Professor Dr.-Ing. Johannes Janicka
beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler
Dr.-Ing. Jan Brübach; Professor Dr. Andreas Dreizler; Professor Dr. Jens Lang; Professor Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht; Professor Dr. Amsini Sadiki; Professor Dr.-Ing. Heinz-Peter Schiffer; Professor Dr. Michael Schäfer; Dr.-Ing. Dörte C. Sternel
