Mehr Effizienz und weniger Lärm durch neue Instrumente bei der Entwicklung von Flugzeugen
Clean Sky 2 ist das größte Forschungsprogramm im Bereich der Luftverkehrsbranche, das jemals in Europa gestartet wurde. Ziel ist die Beschleunigung technologischer Entwicklungen und die Verkürzung der Zeit bis zur Marktreife neuer und umweltfreundlicherer Lösungen, die an Demonstrationsflugzeugen in Originalgröße getestet werden, wodurch ein bedeutender Beitrag zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks im Flugverkehr geleistet wird. Die jüngsten technischen Entwicklungen konzentrieren sich auf die Entwicklung intelligenter, umweltfreundlicher und integrierter Verkehrssysteme, um die von der EU festgelegten Ziele einer Verringerung der CO2-Emissionen um 75 % und der Lärmbelastung um 65 % zu erreichen. Um die ökologischen Auswirkungen innovativer Antriebstechnologien besser beurteilen zu können, müssen diese in Flugzeugkonzepte integriert werden. Die Produktentwicklung im Bereich der Luftfahrt ist jedoch ein komplexer Prozess, der Auflagen und Einschränkungen für das gesamte Flugzeugsystem und dessen Einzelkomponenten, einschließlich der Triebwerke, umfasst. „Die Integration von Triebwerksmodellen in iterative Arbeitsabläufe bei der Flugzeugkonstruktion war für die Flugzeugindustrie ein beträchtliches Hindernis auf dem Weg zu einem effizienten und kostengünstigen Konstruktionsprozess“, erklärt Fabrizio Nicolosi, Koordinator des EU-finanzierten Projekts ADORNO.
Die Umweltbelastung von Flugzeugen im Visier
ADORNO wurde mit dem Ziel ins Leben gerufen, Instrumente für eine schnelle und verlässliche Bestimmung der Schadstoff- und Lärmemissionen von Flugzeugen in verschiedenen Einsatzphasen bereitzustellen. Das neue und flexible Flugzeugmodell unterstützt die Ausarbeitung von Auflagen für die Triebwerksplattform im Hinblick auf Schub und Leistungsabnahme bei unterschiedlichen Antriebseinstellungen und Flugbedingungen. „Unser Flugzeugmodell mit integrierter Schnittstelle zum Triebwerk ist von zentraler Bedeutung für die zeit- und kosteneffiziente Bereitstellung innovativer und sich kontinuierlich weiterentwickelnder Flugzeugprodukte und erleichtert die Interaktion zwischen Triebwerks- und Flugzeugkonstruktion“, so Mario Di Stasio, einer der an ADORNO beteiligten Forschenden.
Ausgewogenheit zwischen Flugzeug- und Triebwerksdesign
Für die Konstruktion des Triebwerks sind die Unternehmen der Triebwerksindustrie zuständig, während Luftfahrtunternehmen wie Boeing und Airbus die Konstruktion des Flugzeugs in der Regel an das Triebwerk anpassen. Es gibt eine Vielfalt von Instrumenten für die Flugzeugkonstruktion, mit deren Hilfe ermittelt werden kann, wodurch sich die beste Leistung für das Flugzeug erzielen lässt, beispielsweise ein geringerer Treibstoffverbrauch oder die Bestimmung der erforderlichen Geschwindigkeit und Flughöhe für den Transport einer bestimmten Anzahl von Frachtstücken. Was aber, wenn sich ein Triebwerk, das sich durch einen geringen Treibstoffverbrauch auszeichnet, als größer oder schwerer erweist, wenn es am Flugzeug montiert wird? „Im Rahmen des Projekts ADORNO wurde ein anderer Ansatz verfolgt, indem die Konstruktion des Flugzeugs und des Motors gemeinsam optimiert wurden. Die Grundidee besteht darin, die größtmögliche Ausgewogenheit zwischen Triebwerk und Flugzeug zu erreichen und den tatsächlichen Nutzen eines neuen Triebwerks an einem bestehenden Flugzeug zu ermitteln“, erklärt Nicolosi. Auf der Grundlage der von den ADORNO-Flugzeugmodellen abgeleiteten Anforderungen an Schub und Leistung hat MTU Aero Engines ein neues Mantelstromtriebwerk entwickelt. Eine Vorauswahl zwischen verschiedenen Antriebskonzepten wurde anhand von Handelsfaktoren für den Treibstoffverbrauch getroffen, die von der Universität Neapel Federico II erstellt wurden. Treibstoffverbrauch und Emissionen auf Flugzeugebene wurden unter Variation verschiedener Triebwerksparameter wie dem spezifischen Treibstoffverbrauch, dem Leergewicht, dem maximalen Kabinendurchmesser und der Kabinenhaubenlänge überwacht. Diese Handelsfaktoren können in unterschiedlichen Projekten angewandt werden, die sich mit ähnlichen Flugzeugkonfigurationen befassen. Die Projektpartner haben auch eine eigenständige Anwendung für die Lärmberechnung entwickelt. Dieses Instrument lässt sich leicht in externe Analysewerkzeuge integrieren, um zu ermitteln, wie Lärm und Schadstoffemissionen einander beeinflussen. „ADORNO hat einen integrierten Ansatz zur Optimierung von Flugzeug- und Triebwerkskonstruktionen eingeführt, der bereits in den frühen Entwicklungsphasen ansetzt, um einen Beitrag zu den Zielen der Emissionssenkung in der Luftfahrt zu leisten. Unsere Instrumente werden die Wettbewerbsfähigkeit der Flugzeugindustrie in Europa stärken und die Zeit bis zur Markteinführung neuer Luftfahrtprodukte verkürzen“, so Nicolosi abschließend.
Schlüsselbegriffe
ADORNO, Flugzeug, Triebwerk, Lärm, Flugzeugmodell, Kraftstoffverbrauch, Handelsfaktoren, Clean Sky 2
