I. Otterpohl, O. Diers, C. Hassa

Der Partikelausstoß von Flugtriebwerken wird derzeit von den Herstellern durch den verbindlich vorgeschriebenen Einsatz neuer Messverfahren hinsichtlich Partikelanzahl und -masse erfasst. Basierend auf diesen Messungen soll das bisherige Zulassungsverfahren abgelöst werden, das noch auf der Ermittlung von Rußzahlen beruht. Damit kommt der Kontrolle des Partikelausstoßes neben dem Ziel einer weiteren Stickoxidreduktion eine besondere Bedeutung in der Entwicklung moderner Fluggasturbinen-Brennkammern zu. Das neue Verfahren zur Ermittlung von nicht-flüchtigen Partikelemissionen im Austritt von zivilen Flugtriebwerken > 26,7 kN Schub wird im SAE Aerospace Information Report (AIR) 6241 beschrieben. Dieser konstituiert ein reproduzierbares Verfahren zur Messung der Konzentrationen von Partikelmasse und -Anzahl und kann somit über die Berechnung der jeweiligen Emissionsindizes zum Vergleich der Partikelemissionen verschiedener Triebwerke herangezogen werden. Da der größte Teil der Partikel-Emissionen durch die Verbrennung in der Triebwerksbrennkammer entsteht, erscheint die Messung dieser Konzentrationen während der Entwicklung künftiger Brennkammern zwingend. Dabei ist es sinnvoll, diese Messungen bereits auf dem kleinstmöglichen signifikanten TRL Niveau durchzuführen. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Umsetzung eines solchen Verfahrens in Anlehnung an die AIR 6241 hinter dem Austritt einer anwendungsnahen Multisektor-Brennkammer, zeigt Abweichungen dazu auf und bewertet diese. Dabei werden die Emissionsproben bei realistischen Betriebsbedingungen (realer Druck, reale Brennkammereintrittstemperaturen) gezogen und dem beschriebenen Messsystem zugeführt. Mit diesem Verfahren ermittelte Partikelemissionen werden exemplarisch ausgewertet und darüber hinaus mit Konzentrationen verglichen, die aus parallel gemessenen Rußzahl-Messungen abgeleitet wurden.

The particulate emissions from aircraft engines are currently being recorded by manufacturers using new, mandatory measurement methods for particle number and mass. These measurements are intended to replace the existing certification process, which is still based on determining soot numbers. Therefore, controlling particulate emissions, alongside the goal of further reducing nitrogen oxides, is of particular importance in the development of modern aircraft gas turbine combustion chambers. The new method for determining non-volatile particulate emissions from the exhaust of civil aircraft engines with a thrust greater than 26.7 kN is described in SAE Aerospace Information Report (AIR) 6241. This report establishes a reproducible method for measuring particle mass and number concentrations and can thus be used to compare the particulate emissions of different engines by calculating the respective emission indices. Since the majority of particulate emissions originate from combustion in the engine combustion chamber, measuring these concentrations during the development of future combustion chambers is essential. It is advisable to perform these measurements at the lowest possible significant TRL level. This paper describes the implementation of such a procedure, based on AIR 6241, downstream of the outlet of a realistic multi-sector combustion chamber, identifies deviations from this standard, and evaluates them. Emission samples are taken under realistic operating conditions (real pressure, real combustion chamber inlet temperatures) and fed into the described measurement system. Particle emissions determined using this method are evaluated as examples and compared with concentrations derived from parallel soot number measurements.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017, München

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2017

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201711038872

Brennkammer, Emission, Luftfahrt, nichtvolatile Partikel, Partikelverlust, Ruß Aerosol, Verbrennung

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03.11.2017