Lastanalyse für Flugtriebwerke mit offenem Rotor
Offene Rotoren können weniger Treibstoff als Mantelstromtriebwerke verbrennen, weil sie große Durchmesser unterstützen, was zu hohen Nebenstromverhältnissen führt, ohne dass die durch einen großen Rumpf hervorgehobenen Probleme durch Luftwiderstand und Gewicht entstehen. Das erste „nicht ummantelte Strahltriebwerk“ wurde in den späten 80er Jahren im Flugbetrieb vorgeführt, noch bis vor kurzem hatte man das Konzept jedoch zurückgestellt. Die Arbeit ist zu Beginn dieses Jahrzehnts wiederbelebt worden, wobei das Clean Sky-Programm die Führung dabei übernimmt, die technische Reife des offenen Rotors als ein möglicher Nachfolger der Mantelstromtriebwerke voranzutreiben. Innerhalb des EU-finanzierten Projekts OPTIMAL (Optimised model for accurately measured in-flight loads) entwickelten die Forscher eine neue Methode zur Bewertung von Fluglasten an der Triebwerkaufhängung. Im Einzelnen wollten die Forscher eine Bewertung der auf die Triebwerkaufhängung wirkenden Lasten vornehmen, an welcher der gegenläufige offene Rotor montiert ist. Sie passten eine inverse Finite-Elemente-Methode (FEM) an die Analyse von Lasten an Grenzflächen wie der Verbindung zwischen Triebwerkaufhängung und Flugzeugrumpf mit höchstmöglicher Genauigkeit an. Die FEM-Methode basiert auf Belastungs-, Temperatur- und Beschleunigungsmessungen, die von einem Netzwerk aus optischen und konventionellen Sensoren gesammelt werden. Die Forscher bewerteten die Leistungsfähigkeit von zwei verschiedenen Netzwerkkonfigurationen zur Überwachung der Triebwerkaufhängung. Die Genauigkeit des vorgeschlagenen Ansatzes wurde anhand eines skalierten Modells einer Triebwerkaufhängung getestet, das die reale Bauform repräsentierte. Obgleich sich die inverse FEM in theoretischen Untersuchungen als robust erwies, war die gewünschte Genauigkeit von 3 % im Labor nicht erreichbar. Obwohl OPTIMAL beendet ist, arbeiten die Forscher weiterhin an der Erfassungsmethodik, die in Kombination mit der Zustandsüberwachung - Structural Health Monitoring - vorgeschlagen wird, um die Genauigkeit zu erhöhen. Weitere Anwendungen, bei denen die Ermittlung dynamischer Lasten notwendig ist, werden gleichermaßen berücksichtigt.
Schlüsselbegriffe
offener Rotor, Flugtriebwerk, Luftfahrzeugmotor, OPTIMAL, Fluglasten, Finite-Elemente-Methode
