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Antriebs-Vorstudien eines turboelektrischen „Propulsive Fuselage“

Die Auslegung des Antriebsstranges eines turboelektrisch betriebenen „Propulsive Fuselage Concept“ stellt einen der Forschungsschwerpunkte des von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojektes CENTRELINE dar. In diesem Zusammenhang wurden am Bauhaus Luftfahrt Vorstudien der wesentlichen Systeme durchgeführt. Das Antriebskonzept zeichnet sich durch flügelinstallierte Getriebefan-Triebwerke (GTF) aus, die speziell für die zusätzliche Bereitstellung der Leistung des elektrischen Propulsors am Rumpfheck ausgelegt sind. Diese Zusatzleistung übersteigt die typischen Leistungsbedarfe für Flugzeugsubsysteme bei Weitem und kann starken Einfluss auf die Leistungsbilanz der zugehörigen Triebwerkswellen haben. Für ein Triebwerk mit einer Design-Entnahmerate von 15  % der Niederdruckturbinenleistung sind die Auswirkungen operativer Entnahmeleistungen in der Abbildung rechts oben gezeigt. Das Teillastverhalten eines konventionellen GTF ist zum Vergleich dargestellt. Die Abbildung verdeutlicht, dass die Variabilität der Entnahme im Off-Design-Betrieb durch verschiedene Betriebsgrenzen der Turbokomponenten limitiert ist.

Wichtige Erkenntnisse zum Auslegungs- und Betriebsverhalten des rumpfinstallierten Propulsors sind aus der unteren Abbildung ableitbar. Es zeigt sich, dass sich das Rückgewinnungsverhältnis des Totaldruckes im Einlauf (p2/p0) – ein Parameter, der bei in der Grenzschicht arbeitenden Antrieben typischerweise beeinträchtigt ist – signifikant auf die Systemeigenschaften auswirkt. Neben den Folgen von Fandruckverhältnis-Änderungen zeigt die zweite Abbildung auch den ausgeprägten Einfluss von p2/p0 auf den Fandurchmesser und die erforderliche Wellenleistung im Startfall.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No. 723242.

  • Untersuchung signifikanter Leistungsentnahmen: Die Grafik erläutert den Einfluss operationeller Leistungsentnahme-Variationen von der Niederdruckwelle auf TSFC. Die erzielbaren Entnahmen sind durch Betriebsgrenzen der beteiligten Turbokomponenten limitiert.Untersuchung signifikanter Leistungsentnahmen: Die Grafik erläutert den Einfluss operationeller Leistungsentnahme-Variationen von der Niederdruckwelle auf TSFC. Die erzielbaren Entnahmen sind durch Betriebsgrenzen der beteiligten Turbokomponenten limitiert.
  • Auslegungsstudie des im Rumpfheck installierten Antriebssystems: Einfluss des von der Grenzschicht beeinträchtigten Druckrückgewinnungsverhältnisses im Einlauf und des Design-Fandruckverhältnisses auf die Dimension und die Startleistung des rumpfinstallierten PropulsorsAuslegungsstudie des im Rumpfheck installierten Antriebssystems: Einfluss des von der Grenzschicht beeinträchtigten Druckrückgewinnungsverhältnisses im Einlauf und des Design-Fandruckverhältnisses auf die Dimension und die Startleistung des rumpfinstallierten Propulsors