Flugzeuge auf ihrem Weg in die Zukunft
Die Umweltauswirkungen des Luftverkehrs zu verringern, ist eine Säule der EU-Forschungsagenda. Hybride Energiequellen sind eines der neuen Antriebskonzepte, die gezeigt haben, dass der Energiebedarf und damit der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen gesenkt werden können. Zu den Konzepten zählen Geräte mit multipel verteiltem Antrieb oder Rumpfantrieb, wobei die Triebwerkanlage ganz oder teilweise in das Flugwerk eingebettet ist. Das EU-finanzierte Projekt DISPURSAL (Distributed propulsion and ultra-high by-pass rotor study at aircraft level) implementierte mögliche Lösungen in realistische Flugzeugsysteme. Das Team konzentrierte sich auf zwei neue Entwürfe mit Wirbelfüllungs- sowie Grenzschichtaufnahmemethoden (Boundary Layer Ingestion, BLI), die gemeinhin bei Torpedos, Raketen und Schiffen Anwendung finden. Die Technologien sollen bis zum Jahre 2035 einsatzbereit sein. Das Konzept von mehreren verteilten Propellern (distributed multiple-fans concept, DMFC) ist ein hybrides Nurflügelflugzeug mit multiplen BLI-Propellern auf der Oberseite des Rumpfs. Das Vortriebsrumpfkonzept (propulsive fuselage concept, PFC) vereint ein am Heck montiertes BLI-Gebläse, 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 aus Redundanzgründen unter dem Flügel installiert werden. Die Wissenschaftler bewerteten Komponentenarchitekturen, die Integation des Flugzeugtriebs, Antriebssystem-Design und die Gesamtauswirkungen auf Flugzeugleistung und Emissionen. Die Konzepte wurden mit zwei anderen Flugzeugen verglichen. Für 2035R wurde die Leistung eines herkömmliche Gasturbinenantriebs auf das Jahr 2035 hoch gerechnet und SoAR war ein A330-300 Baujahr 2000. Erweiterte Strömungsfeldsimulationen unterstützten experimentelle Arbeiten. Sowohl DMFC als auch PFC zeigten eine signifikante Verbesserung des Treibstoffverbrauch und der Kohlendioxidemissionen im Vergleich zu SoAR und kleinere aber wichtige Verbesserungen gegenüber 2035R. Die Ergebnisse unterstrichen die Notwendigkeit, die negativen Auswirkungen von BLI zu verringern, um Emissionsreduktionsziele zu erfüllen, zeigten aber auch, dass beide Konzepte die Ziele zur Lärmreduktion für 2035 wahrscheinlich erfüllen würden. Die Ergebnisse wurden in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und über Gastvorträge bei Konferenzen umfassend verbreitet. Darüber hinaus wurde ein Modell des PFC bei einer der wichtigsten internationalen Luft- und Raumfahrtkonferenzen, der ILA 2014 in Berlin, ausgestellt. DISPURSAL demonstrierte die Vorteile von Hybrid-Antriebskonzepten und lieferte einen Fahrplan für deren weitere Optimierung. Die Mögliche Umsetzung der Konzepte könnte dazu beitragen, dass die EU ihre strengen Ziele für einen umweltfreundlichen Flugverkehr erreicht.
Schlüsselbegriffe
Antrieb, verteilter Antrieb, Flugwerk, Rumpf, Ultra-High-Bypass, Flugzeuge