M. Graebert, R. Jaron, A. Moreau, M. Plohr

Um eine neue Generation ziviler Überschallflugzeuge anzutreiben, müssen neue zivile Triebwerkskonzepte entwickelt werden. Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden zwei Fans für ein Triebwerk eines vierstrahligen Überschallairliners auf Vorentwurfsniveau entworfen und aeroakustisch verglichen. Es werden keine Aussagen über die Zertifizierungslärmpegel des betrachteten Flugzeugs getroffen, da weder Strahl- noch Flugzellenlärm modelliert werden. Es wird je ein einstufiger und ein zweistufiger Fanentwurf ohne variable Komponenten entwickelt. Dafür wird ein Optimierungsalgorithmus verwendet, welcher auf isentropen Wirkungsgrad aber auch die kumulierten Zertifizierungslärmpegel bei Start und Landung hin optimiert. Mit semi-analytischen Methoden werden diese Lärmpegel und die aerodynamischen Leistungen dieser Fankonzepte auf realistischen Start- und Landeflugbahnen vorhergesagt. Es zeigt sich, dass derartige Fans ohne variable Komponenten Gefahr laufen im Teillastbereich in die Pump- und im Volllastbereich in die Sperrgrenze zu laufen. Im direkten Vergleich von initialen und optimierten Entwürfen werden Verbesserungen des isentropen Wirkungsgrads und eine Senkung der Zertifizierungslärmpegel gefunden. Damit wird die Wirksamkeit des Optimierungsschritts im Entwurf belegt. Es wird gezeigt, dass das optimierte zweistufige gegenüber dem optimierten einstufigen Konzept im Auslegungspunkt einen höheren Wirkungsgrad hat und deutlich geringere aufsummierte Zertifizierungslärmpegel erzeugt.

In order to power a new generation of civil supersonic aircraft, new civil engine concepts must be developed. As part of this publication, two fans for an engine of a four-engine supersonic airliner are designed at preliminary design level and compared aeroacoustically. No statements are made about the certification noise levels of the aircraft under consideration because neither jet nor airframe noise is modeled. A single-stage and a two-stage fan design without variable components is being developed. An optimization algorithm is used for this, which optimizes isentropic efficiency but also the cumulative certification noise levels during takeoff and landing. Semi-analytical methods are used to predict these noise levels and the aerodynamic performance of these fan concepts on realistic take-off and landing trajectories. It turns out that such fans without variable components run the risk of running into the surge limit in the partial load range and into the blocking limit in the full load range. In a direct comparison of initial and optimized designs, improvements in isentropic efficiency and a significant reduction in certification noise levels are found. This proves the effectiveness of the optimization step in the design. It is shown that the optimized two-stage concept has a higher efficiency than the optimized single-stage concept at the design point and produces significantly lower cumulative certification noise levels.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 19 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023121313360053883332

10.25967/610277

Fänlärm, Lärmvorhersage, Überschalltechnologie

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Graebert, M.; Jaron, R.; et al. (2023): Aeroakustischer Vergleich eines ein- und eines mehrstufigen Fan-Konzepts für zivile überschallfähige Triebwerke. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/610277. urn:nbn:de:101:1-2023121313360053883332.

13.12.2023