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Morphing Enabling Technologies for Propulsion System Nacelles

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Eine Formanpassungstechnologie für Flugzeugtriebwerksgondeln

EU-finanzierte Forscher haben ein adaptives Gondelkonzept entwickelt, das für Antriebssysteme der nächsten Generation geeignet ist, die eine erhöhte Turbofan-Triebwerksleistung sowie geringere Umweltauswirkungen durch das Fliegen in Aussicht stellen.

Verkehr und Mobilität

Um eine signifikante Verringerung der Kohlenstoffdioxidemissionen und des Geräuschniveaus sowie eine verbesserte Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu erreichen, hat der Beirat für die Luftfahrtforschung und Innovation in Europa (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe, ACARE) ehrgeizige Ziele festgelegt. Da die bestehenden Technologien an ihre Grenzen kommen, werden neue Ansätze erforscht. Ein Blick in die Natur auf aerodynamische Formen, die sich an veränderte Flugbedingungen anpassen, stellt eine inspirierende Möglichkeit dar, um diese Ziele zu erreichen. Eine Flugzeugkomponente, die von den Betriebsbedingungen stark beeinflusst wird, ist der Gondeleinlass bei einem Turbofan-Triebwerk. Der Einlass unterstützt einen konstanten und gleichmäßigen Luftstrom, der in die Brennkammer weitergeleitet wird. Das EU-finanzierte Projekt MORPHELLE (Morphing enabling technologies for propulsion system nacelles) wurde ins Leben gerufen, um neue Formgebungsverfahren für Gondeleinlässe zu untersuchen. Das Erreichen einer glatten Form, die auf elastischen Materialien basiert und die aerodynamischen Belastungen standhalten kann, war eine der größten Herausforderungen, der sich die Forscher widmeten. Die Verstärkung von Gondelmaterialien ermöglichte eine ausreichende Steifigkeit, um hohen aerodynamischen Belastungen standzuhalten, während gleichzeitig Formveränderungen möglich waren. Als vielversprechendes Material für die Einlasslippe fungierte ein Elastomer, das mit einem Metallgitter verstärkt worden war. Dieses ermöglicht abgesehen von der Steifigkeit eine größere Schubverformung. Die Unterstützungsstruktur der Gondel bildete eine Reihe von unter Druck gesetzten, gewebeverstärkten Schläuchen sowie ein verformbarer auxetischer Kern. Der Fokus von MORPHELLE lag vor allem auf der Anpassung der Gondeleinlassform auf mehrere Flugbedingungen, um eine verbesserte aerodynamische Leistung zu erzielen. Eines der wichtigsten Projektziele war die Identifizierung von Anforderungen für Formanpassungs- und Formgebungsverfahren bezüglich unterschiedlicher Flugbedingungen. Die Forscher wendeten anhand numerischer Simulationen erhebliche Anstrengungen in die Untersuchungen des optimalen Gondeleinlassdesigns für Flug- und bodennahe Bedingungen auf. Die Simulationsergebnisse dienten als Input für eine Flugzeugevaluation. Als weitere Inputs fungierten das Gondelgewicht, der Gondelströmungswiderstand und der schubspezifische Treibstoffverbrauch des Flugzeugtriebwerks. Mit diesen Daten wurde ein Flugzeugmodell eingerichtet, das mit zwei Referenz-Flugzeugen abgeglichen wurde. Die adaptive MORPHELLE-Gondel zeigte verbesserte Leistungswerte sowie einen besseren aerodynamischen Strömungswiderstand der Gondel und Treibstoffverbrauch im Vergleich zur Referenz-Gondelgeometrie. Bedeutsamer Weise wurde ein Prototyp des adaptiven Formgebungsmechanismus als Konzeptnachweis entwickelt.

Schlüsselbegriffe

Flugzeugtriebwerk, Gondeln, Antriebssysteme, MORPHELLE, Formanpassungsmechanismus

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