Oberflächenwärmetauscher-Technologie für Kraftstoff sparende Flugzeugtriebwerke von morgen
Luft-Öl-Wärmetauscher sind ein integraler Bestandteil in Entwürfen zu fortschrittlichen Turbofan-Triebwerken. Indem die Öl- und Treibstofftemperaturen innerhalb definierter Grenzen gehalten werden, trägt der Oberflächenkühler dazu bei, dass eine optimale Motorleistung erzielt werden kann. An der Oberfläche des Wärmetauschers vorbeiströmende Luft kühlt Öl und Kraftstoff ab. Die derzeitigen Oberflächenkühler stören allerdings den Motor und belegen Flächen, die zur Verringerung des Motorlärms dienen. Infolgedessen ist deren Gewicht, Größe und Effizienz ein entscheidender Faktor. Das EU-finanzierte Projekt SHEFAE (Surface heat exchangers for aero-engines) beabsichtigte die Entwicklung und Herstellung eines metallischen Oberflächenkühler, der einen Teil der Kernverkleidung ersetzen wird. Die Projektpartner entwickelten und demonstrierten einen fortgeschrittenen strukturellen Oberflächenkühler, der auf einer Montage-Verbundstruktur (mount composite structure, MCS) befestigt ist. Sie definierten Spezifikationen für beide, und stehen im Einklang mit den Anforderungen für moderne Gasturbinenmotoren. Die Materialfähigkeit, Herstellbarkeit und mechanischen Design-Herausforderungen der MSC wurden angesprochen. Dies führte zu einem besseren Gesamtverständnis und einem wettbewerbsfähigeren Design, das eine Gewichtsersparnis von 20% gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik bietet. Die Designfertigung war erfolgreich, es wurden qualitativ hochwertige Teile ohne Verzögerung dank der Rechenprozessmodellierung des Herstellungsverfahrens hergestellt. Die Wissenschaftler untersuchten die Ausfallmechanismen für Verbund-Schraubverbindungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen und entwickelten Analysemodelle, um solche Ausfälle für eine Vielzahl von Umständen zu prognostizieren. Sie bewerteten die Leistung der verschiedenen Materialharze im Brandfall und bestimmten, welche sich am besten eignen. Das SHEFAE-Team entwickelte auch Modelle, um die Leistung von Oberflächenkühlern zu beurteilen. Durch die Einführung von Technologie für zivile Luftfahrtanwendungen in Europa und Japan trug SHEFAE zu den sehr ehrgeizigen Zielen der Europäischen Vision für die Luftfahrt 2050 bei. Das Projekt stärkte auch die Verbindung zwischen europäischen und japanischen Forschungs- und Technologiepartnern und Branchen.
Schlüsselbegriffe
Oberflächenwärmetauscher, Flugzeugmotoren, Oberflächenkühler, SHEFAE, montierte Verbundstruktur
