Ein passives Belüftungsöffnungssystem für Flugzeugtriebwerke
Im Zuge der Bemühungen in der Luftfahrt um eine Verringerung des CO2-Fußabdrucks werden Flugzeugtriebwerke neu bewertet. Die neuesten Triebwerkskonstruktionen stellen zwar einen Effizienzsprung dar, bringen jedoch auch neue Herausforderungen für das Wärmemanagement mit sich. „Da die Antriebssysteme der nächsten Generation immer effizienter werden, ist es von entscheidender Bedeutung, dass wir Wege finden, um die Belüftung des Triebwerkskerns zu optimieren“, erklärt Nicolas Baillot d‘Etivaux, Verfahrensmanager – System- und Datenmodellierung bei EPSYL-ALCEN. Das Unternehmen erhält Unterstützung vom EU-finanzierten Projekt PALOMA und arbeitet zusammen mit Nimesis, Akkodis und Atherm daran, genau das zu erreichen. „Unser Ziel ist es, die Belüftung des Triebwerks zu optimieren, um die Kühlung des Kerns in Abhängigkeit von seiner Temperatur zu verbessern“, so Baillot d‘Etivaux, der als Projektkoordinator fungierte.
Elektronik durch Legierung mit Formgedächtnis ersetzen
In den meisten Flugzeugen ist die Belüftung des Kerns so bemessen, dass eine Konzentration brennbarer Dämpfe vermieden wird. Außerdem soll sie eine ausreichende Kühlung der verschiedenen Komponenten in den kritischsten Phasen eines Fluges gewährleisten. „Standard-Belüftungssysteme sind nicht für die weniger kritischen Flugphasen wie den Reiseflug optimiert, die den größten Teil der Flugzeit ausmachen und zu unnötigem Treibstoffverbrauch führen“, erklärt Baillot d‘Etivaux. Um diese Situation zu verbessern, wurde im Rahmen des Projekts ein adaptives Belüftungssystem entwickelt, das die Kühlung des Triebwerkskerns nicht an die Flugphase, sondern an die tatsächliche Temperatur anpassen kann. Anstatt sich auf die Elektronik zu verlassen, nutzt die Lösung die vom Triebwerk abgegebene Wärme, um die Öffnung der Klappe auszulösen. Ein Wärmerohr leitet dann die aufgefangene Wärme an eine Legierung mit Formgedächtnis weiter, die sich vorne im Triebwerkskern befindet. Wenn die Legierung mit Formgedächtnis erhitzt wird, verändert sie ihre Form, wodurch der Öffnungsmechanismus aktiviert wird und die kühlere Luft in den Triebwerkskern eindringen kann.
Testen, anpassen, wiederholen
Auf dem Papier ist die Lösung bahnbrechend. Die Frage ist, ob sie funktioniert. Um das herauszufinden, testete das Projektteam von PALOMA, das vom Gemeinsamen Unternehmen Clean Sky 2 unterstützt wurde, seine Lösung. Die Forschenden untersuchten mithilfe eines Prüfstandes einen Prototyp eines adaptiven Belüftungssystems gründlich – ein Prozess, der es ihnen ermöglichte, Probleme zu erkennen und zu lösen. Neben einigen mechanischen Problemen bestand eine unerwartete Herausforderung in der Auswertung der Daten des Geräts. Dies erforderte eine Änderung des Prüfstands, eine Anpassung des numerischen Modells und eine angemessene Kalibrierung der algorithmischen Methoden. „Unser Team war sehr reaktionsschnell und in der Lage, dieses Problem zu lösen, sodass wir wichtige Tests zur Effizienz des Geräts unter Betriebsbedingungen durchführen konnten“, so Baillot d‘Etivaux.
Adaptive Belüftung fast startklar
Trotz dieser anfänglichen Herausforderungen ist der Weg hin zu einem vollständig passiven System für die Belüftung des Triebwerks klarer denn je. Dank des hochmodernen Prüfstandes des Projekts haben die Forschenden jetzt beispielsweise ein besseres Verständnis für die physikalische Komplexität, die mit der Kopplung einer Legierung mit Formgedächtnis und Wärmerohren einhergeht. Baillot d‘Etivaux zufolge können sie, wenn sie die Grenzen eines solchen Systems kennen, das numerische Modell nutzen, um das Design zu verbessern, indem sie die Reibungen verringern, und den Prototyp für weitere Tests aktualisieren. „Es gibt zwar noch viel zu tun, aber dank des Projekts PALOMA ist unser adaptives Belüftungssystem so gut wie startklar“, sagt er abschließend.
Schlüsselbegriffe
PALOMA, Flugzeugtriebwerke, Belüftungssysteme, Luftfahrt, Legierung mit Formgedächtnis, Clean Sky 2
