Ein modulares Leistungsrechnungsprogramm für konventionelle und hybrid-elektrische Flugantriebe
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Beitragende
Abstract
Die Reduktion klimaschädlicher Emissionen ist ein wesentliches Ziel im modernen Luftverkehr. Dafür geeignete Ansätze stellen unter anderem emissionsoptimierte Flugprofile sowie der Einsatz von hybrid-elektrischen Antriebstechnologien dar. Um die damit verbundenen Potentiale zügig identifizieren und quantifizieren zu können, werden performante 0D-Triebwerksmodelle benötigt, die die Leistungsrechnung thermischer und hybrid-elektrischer Flugantriebe im Auslegungspunkt und im Off-Design abbilden. Die vorliegende Arbeit stellt ein solches Modell für Leistungsrechnung, Emissions- und Massenabschätzung vor. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf einem flexiblen, modularen Aufbau, sodass das Framework um neue Architekturen und zusätzliche (bspw. elektrische) Komponenten erweitert werden kann. Bereits hinterlegt sind etablierte ein- und mehrwellige thermische Turbojet-, Turbofan- und Turboprop-Architekturen sowie verschiedene (hybrid-)elektrische Konfigurationen. Gegenüber einer etablierten kommerziellen Referenz (GasTurb [1]) ergeben sich für die Leistungsgrößen dort verfügbarer Architekturen Abweichungen deutlich kleiner als ein Prozent, die typischerweise durch die Genauigkeit der verfügbaren Stoffwerte [2-4] limitiert werden. Das Triebwerksdesign kann in einem Auslegungspunkt definiert und quasi-stationär im Off-Design berechnet werden, wobei die entlang einer Flugmission entstehenden Schubanforderungen mittels der Bibliothek OpenAP [5] vorgegeben werden können. An dieser Stelle schlägt sich die Abschätzung des Systemgewichts, welches durch die jeweilige Architektur und ihre Komponenten erheblich beeinflusst wird, besonders nieder. Dies wird bspw. hinsichtlich des Treibstoffverbrauchs anhand eines ausgewählten Missionsprofils demonstriert. Für die Massen- und Emissionsabschätzung wird auf eine Datenbank bestehender Maschinen zurückgegriffen. Die aktuelle und zukünftige Entwicklung des Modells konzentriert sich auf eine weiter verbesserte Massenabschätzung, alternative Kraftstoffe und weitere Triebwerksarchitekturen, insbesondere mit Wärmeübertragern, die dank des modularen Aufbaus leicht eingebunden werden können. Damit ermöglicht dieses Leistungsrechnungsprogramm eine noch schnellere und umfangreichere Vorhersage von thermodynamischen Größen entlang des Gaspfades, Effizienz, Emissionen und Massen für die erfolgreiche Evaluation neuer Triebwerksdesigns und Missionsprofile.
Details
Originalsprache | Deutsch |
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Seitenumfang | 10 |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 27 Okt. 2023 |
Peer-Review-Status | Ja |
Konferenz
Titel | Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023 |
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Untertitel | Informieren — Vernetzen — Fördern |
Kurztitel | DLRK 2023 |
Dauer | 19 - 21 September 2023 |
Webseite | |
Bekanntheitsgrad | Nationale Veranstaltung |
Ort | Haus der Wirtschaft |
Stadt | Stuttgart |
Land | Deutschland |
Externe IDs
ORCID | /0009-0004-3322-0437/work/167217101 |
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