Abwärme treibt Flugzeugtriebwerke an
Heißluft-Kolbentriebwerke funktionieren über die Nutzung der thermischen Ausdehnung der Luft zur Bewegung der Kolben. Im Prozess der Umwandlung der chemischen Energie aus dem Treibstoff in mechanische Energie gehen über 30 % der Treibstoffenergie in Form von Abgasen verloren. Im Allgemeinen bleibt die erzeugte Wärme ungenutzt und wird somit verschwendet. Das EU-finanzierte Projekt WHEXPERS (Study and manufacturing of a wasted heat exchanger and a hot air piston engine recuperation system) verfolgte das Ziel, diese Abwärme zu nutzen. Die dabei entwickelte Technologie verfügt über den zusätzlichen Vorteil der Übertragung von Wärme aus den Abgasen zu der heißen Druckluft, die von dem Kolbentriebwerk kommt und zu diesem gelangt. Das System zur Abwärmerückgewinnung verspricht einen signifikanten Anstieg des Triebwerkwirkungsgrads bei gesenktem Treibstoffverbrauch und weniger schädlichen Kohlendioxidemissionen. Die für den Gebrauch in Luftfahrzeugen bestimmte Triebwerkskonstruktion wurde gleichermaßen durch den Einsatz von Materialien mit niedriger Dichte, verringerte Reibung und eine optimierte Kolbenbaugruppe modifiziert, um den Wirkungsgrad zu maximieren. Heißluft-Kolbenmotoren erfordern eine hochwertige Abdichtung mit reduzierter Reibung im Druckluftaufnahme- oder -ansaugsystem. Drehventile steuern die Luftströmung. Veränderungen der Drehventilbauform nach einer vorläufigen Testkampagne haben zu minimierten Druckverlusten und der angezielten Durchlässigkeit geführt. Auch die Kopfzylinderbauform wurde auf Basis der Resultate der Reibungs- und Dichtheitsprüfungen verbessert, ebenso das grundlegende Triebwerksdesign. Als nächstes wurden die gefertigten mechanischen Teile eines Modell-Heißluftkolbentriebwerks zusammengebaut sowie auch die Datenerfassungs- und Steuerungssysteme des Prüfstand vereint. Man kombinierte Simulationen mit mechanischen Studien, um die Wärmetauscherplatten und die mechanische Widerstandsfähigkeit der Teile zu verbessern. Zum Abschluss wurde das Wärmetauscherzuführungssystem derart konstruiert, dass einheitliche Strömungsverteilung minimaler Druckabfall und geringes Gewicht gewährleistet sind. Eine Leistungsanalyse ist im Gange. Das WHEXPERS-Projekt hat den Stand der Technik der Gas-Gas-Wärmerückgewinnung vorangebracht. Innovationen hinsichtlich Materialien und technischer Bauformen werden erwartungsgemäß zu effizienten Luftfahrzeugtriebwerken mit reduziertem Treibstoffverbrauch und gesenkten Emissionswerten für einen umweltfreundlicheren Luftverkehr hinführen.
Schlüsselbegriffe
Abwärme, Abgas, Heißluft-Kolbentriebwerk, Abwärmerückgewinnungssystem, Gas-Gas-Wärmerückgewinnung
