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Titel (EN):
Development of a CFD design tool for a counter-rotating electric drive system and application for a parameter study at the design point
Autor(en):
S. Hawner, A. Hupfer
Zusammenfassung:
Elektrische Flugtriebwerke als disruptiver Technologieansatz stellen einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zu einer emissionsfreien und klimaneutralen Luftfahrt dar. Ein Ansatz zur Erweiterung des Betriebsbereichs dieser Antriebe hinsichtlich Flughöhe und -geschwindigkeit ist der Einsatz einer Ummantelung; um den aufgrund hoher spezifischer Schübe niedrigen Vortriebswirkungsgrad zumindest teilweise zu kompensieren, können effiziente gegenläufige Rotoren eingesetzt werden. Für solche kleinen, elektrischen Propulsoren wird eine iterative Auslegungsmethodik entwickelt, die auf der direkten Einbindung von CFD-Simulationen anstelle von empirischen Formulierungen basiert. Es kann gezeigt werden, dass die inzwischen zur Verfügung stehende Rechenleistung ausreichend ist, um Propulsoren mit einem akzeptablen Zeitaufwand bei gleichzeitig ausreichender Genauigkeit anhand dieser Methodik auslegen zu können. Bereits nach wenigen Iterationen ist die Übereinstimmung von Auslegung und CFD-Simulation gut. Anhand einer exemplarischen Parameterstudie wird die Abhängigkeit der Propulsoreffizienz vom Teilungsverhältnis der Schaufeln im Design Punkt untersucht. Zur Vorbereitung zukünftiger experimenteller Validierungen wird außerdem ein Herstellungsverfahren für CFK-Schaufeln aufgezeigt.
Zusammenfassung (EN):
Electric aircraft propulsion systems, as a disruptive technological approach, represent a significant contribution to the path towards emission-free and climate-neutral aviation. One approach to extending the operating range of these propulsion systems with regard to altitude and speed is the use of a shroud. To at least partially compensate for the low thrust efficiency resulting from high specific thrusts, efficient counter-rotating rotors can be employed. For such small electric propulsion systems, an iterative design methodology is developed, based on the direct integration of CFD simulations instead of empirical formulations. It can be shown that the currently available computing power is sufficient to design propulsion systems with an acceptable time expenditure and sufficient accuracy using this methodology. The agreement between the design and CFD simulation is good after just a few iterations. An exemplary parameter study investigates the dependence of the propulsion system efficiency on the pitch ratio of the blades at the design point. Furthermore, a manufacturing process for CFRP blades is presented to prepare for future experimental validations.
Veranstaltung:
Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden
Verlag, Ort:
Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022
Medientyp:
Conference Paper
Sprache:
deutsch
Format:
21,0 x 29,7 cm, 11 Seiten
URN:
urn:nbn:de:101:1-2022102816121361925626
DOI:
10.25967/570146
Stichworte zum Inhalt:
Gegenläufiges elektrisches Fantriebwerk, CFD-Auslegungstool
Verfügbarkeit:
Kommentar:
Zitierform:
Hawner, S.; Hupfer, A. (2022): Entwicklung eines CFD-Auslegungstools für ein gegenläufiges, elektrisches Fantriebwerk und Anwendung für eine Parameterstudie im Designpunkt. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/570146. urn:nbn:de:101:1-2022102816121361925626.
Veröffentlicht am:
28.10.2022