Auch in Zukunft wird die Gasturbine (GT) aufgrund ihrer hohen spezifischen Leistung und dem optimierten Kreisprozess ein zentrales Element für die Schub- und Leistungserzeugung von Luftfahrzeugen bleiben. Moderne Flugzeuge sind deutlich leichter und aerodynamisch effizienter und benötigen dadurch weniger Schub für die gleiche Transportaufgabe. Dies führt zu zunehmend kleineren Kerntriebwerken und damit verbundenen Einbußen in der thermischen Effizienz der Gasturbine – eine besondere Herausforderung für die Kurz- und Mittelstreckee (SMR).
Infolgedessen könnten SMR-Flugzeuge zukünftig mit Single-Gasturbinen-Antriebssystemen (SGT-Antriebssystemen) ausgerüstet werden. Die vielversprechendsten SGT-Antriebssysteme kombinieren die GT mit einer Brennstoffzelle (BZ). Diese sogenannten BZ-SGT-Hybride werden mit Wasserstoff betrieben und nutzen die komplementären Stärken von GT und BZ. Da sich die BZ in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt hat, könnten BZ zur Versorgung von Flugzeugsystemen eingesetzt werden und potenziell sogar einen deutlichen Teil des Schubs emissionsfrei erzeugen.
BZ-SGT-Hybrid-angetriebenes Kurz- bis Mittelstreckenflugzeug
Darüber hinaus kann das Produktwasser der BZ gesammelt, verdampft und in die GT eingespritzt werden, um deren Leistungsfähigkeit zu steigern und NOx-Emissionen deutlich zu reduzieren. BZ-SGT-Hybride ermöglichen eine Vielzahl unterschiedlicher Antriebskonfigurationen und Betriebsstrategien, indem sowohl die Leistungsverteilung zwischen GT und BZ als auch die Strategie zur Nutzung des BZ-Produktwassers angepasst werden. Abhängig von den Missionsanforderungen können beide Parameter optimiert werden, um Emissionen und Kraftstoffverbrauch zu reduzieren oder Schub zu maximieren. All dies muss jedoch unter Einhaltung strenger Zulassungsanforderungen sowie unter Berücksichtigung sämtlicher Ausfallszenarien realisiert werden.
Single-Gasturbinenantriebe für die Kurz- und Mittelstrecke:
Auswirkungen auf die dimensionierende Leistung und die effektive Kerneffizienz der Gasturbine im Reiseflug.
Flugzeugintegrationsoptionen für BZ-SGT- Hybride:
Sowohl vollserielle als auch mechanisch integrierte Architekturen müssen so ausgelegt und integriert werden, dass Verluste minimiert und gleichzeitig sämtliche Ausfallszenarien berücksichtigt werden.
