C. Clemen, P. Albrecht

Zur Reduzierung der C02 Emissionen von Flugzeugtriebwerken werden die Nebenstromverhältnisse von modernen Turbofanantrieben immer weiter erhöht, um den Vortriebswirkungsgrad zu verbessern und damit den Verbrauch zu senken. Diese Maßnahme führt zu einem erhöhten Massenstrom im Nebenstromkanal und damit zu einem deutlich vergrößerten Beitrag der Druckverluste innerhalb des Nebenstromkanalsystems zu den Gesamtverlusten. Zusätzlich zu dem vergrößerten Außendurchmesser des Triebwerkes, werden die Kerntriebwerksdurchmesser immer kleiner, was einen Ansatz für eine grundsätzliche Optimierung der Architektur des gesamten Antriebssystems hinsichtlich Strukturkonzept und Aufhängung, Anordnung von Subsystemen sowie Integration mit Gondel und Schubumkehrer mit signifikanten Auswirkungen auf die Gestaltung des Nebenstromkanals liefert. Um dieser Zielsetzung Rechnung zu tragen, wurden innerhalb des - vom Land Brandenburg geförderten - Forschungsprojektes OPAL unter der Leitung von Rolls-Royce Deutschland Methoden entwickelt, um ein neuartiges Nebenstromkanalsystem mit seinen Komponenten zu entwerfen und unter Berücksichtigung struktureller, aerodynamischer und akustischer Anforderungen zu optimieren. Das aktuelle Paper beschreibt konkret die folgenden Aspekte: Optimierung der Nebenstromkanalform für ein Triebwerk mit hohem Nebenstromverhältnis unter Berücksichtigungen der Anforderungen durch die am Kerntriebwerk angeordneten Subsysteme mit dem Ziel einen möglichst geringen Druckverlust zu erreichen. Optimierung der Verkleidungen der Triebwerksaufhängung und der Versorgungsleitungen zur Minimierung des Druckverlustes und der Interaktion mit dem Fan. Entwurf und Optimierung eines strukturellen Fannachleitradkonzeptes in Bezug auf seine Profilierung, dreidimensionale Formgebung und seine Interaktion mit den Verkleidungen zur Erreichung eines minimalen Druckverlustes und einer minimalen Wechselwirkung mit dem Fan und den stromab gelegenen Komponenten. Das Paper präsentiert neben den einzelnen Auslegungsschritten und den Optimierungsmethoden, Ergebnisse der Anwendung an einem generischen Triebwerksmodell und die Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Auslegungsmethoden bzw. dem Stand der Technik.

To reduce CO2 emissions from aircraft engines, the bypass ratios of modern turbofan engines are being continuously increased to improve thrust efficiency and thus reduce fuel consumption. This measure leads to an increased mass flow in the bypass duct and consequently to a significantly greater contribution of pressure losses within the bypass duct system to the overall losses. In addition to the increased outer diameter of the engine, the core engine diameters are becoming ever smaller, providing an opportunity for a fundamental optimization of the architecture of the entire propulsion system with regard to structural concept and mounting, arrangement of subsystems, and integration with the nacelle and thrust reverser, with significant implications for the design of the bypass duct. To address this objective, methods were developed within the OPAL research project – funded by the State of Brandenburg and led by Rolls-Royce Germany – to design a novel bypass duct system and its components, and to optimize them while considering structural, aerodynamic, and acoustic requirements. This paper specifically describes the following aspects: Optimization of the bypass duct shape for an engine with a high bypass ratio, taking into account the requirements of the subsystems located on the core engine, with the aim of achieving the lowest possible pressure loss. Optimization of the fairings for the engine mount and the supply lines to minimize pressure loss and interaction with the fan. Design and optimization of a structural fan guide vane concept with regard to its profiling, three-dimensional shape, and its interaction with the fairings to achieve minimal pressure loss and minimal interaction with the fan and downstream components. In addition to the individual design steps and optimization methods, the paper presents results of the application to a generic engine model and the improvements compared to conventional design methods and the state of the art.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2012, Berlin

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2012

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 12 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201210104729

CO2 Reduktion, Nebenstromkanal

Download - Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen dieses Dokuments: Copyright protected  

10.10.2012