Konzeptstudie zu zukünftigen Hochbypass-Triebwerken mit gegenläufigem Fan

Das Technologieprojekt Claire der Firma MTU dient als Leitkonzept der vorliegenden Arbeit. Die im Rahmen dieses Programms betrachteten Konzepte fokussieren sich auf Getriebefans in mehreren Ausbaustufen. Claire gibt damit eine Perspektive bzw. nationale Sichtweise fur die Entwicklung der Umweltfreundlichkeit von Luftfahrtantrieben bis ins Jahr 2030 und daruber hinaus. Ausgehend von derzeit bekannten Getriebefankonzepten erfolgt in Claire2 eine Maximierung des Propulsionswirkungsgrades uber ein optimiertes Fan-Konzept wobei zunachst der gegenlaufige Fan im Vordergrund steht. In der dritten Ausbaustufe wird diese Triebwerkskonzept mit rekuperativen Elementen auch bezuglich des thermischen Wirkungsgrades maximiert. Die Auslegung neuer Triebwerkskonzepte ist ein sehr vielschichtiger Prozess und ist, je nach vorgesehenem Einsatzspektrum, vielen, teilweise gegensatzlichen Auslegungszielen unterworfen. Im Bereich ziviler Anwendungen sind neben einem moglichst minimalen Brennstoffverbrauch als vorrangigem Ziel zum Beispiel auch Zulassungsbedingungen und geometrische Beschrankungen bindend. Teilweise ergeben sich die Beschrankungen auch erst aus dem zu untersuchenden Triebwerkskonzept bzw. aus den spezifischen Anforderungen an das Triebwerk. Neben einer detaillierten Beschreibung der Vor- und Nachteile eines Triebwerks mit gegenlaufigem Fan und der Einordnung dieses Triebwerkskonzeptes in den Kontext des MTU-Technologieprogramms Claire, soll in dieser Studie der Aufbau einer Prozesskette zur thermodynamischen Vorauslegung eines solchen Konzeptes aufgezeigt werden. Die kritischen Betriebspunkte fur derartige Anwendungen werden herausgearbeitet. Es wird eine Auslegungsroutine beschrieben, die eine Optimierung dieser Konzepte im Rahmen der vorgegebenen Begrenzungen erlaubt. Die erstellte Prozesskette wird auf gegenlaufige Triebwerke mit hohem Bypass-Verhaltnis angewendet. Die resultierenden Triebwerksentwurfe werden anhand von Parameterstudien naher analysiert und die limitierenden Faktoren genauer erlautert. Es wird der Einfluss von unterschiedlichen triebwerkinternen Parametern (z.B. Fandruckverhaltnis, BPR etc.) sowohl auf den Brennstoffverbrauch des nicht installierten Triebwerkes, aber auch auf vollstandige Missionsverbrauche unter Berucksichtigung von Gewichts- und Widerstandsanderungen aufgezeigt. Weiterhin wird der Einfluss von Betriebsanforderungen (Schneller/langsamer fliegen, hohere/geringere Steigleistung) auf die Triebwerksauslegung dargestellt. Die Auslegung der Konzepte erfolgt mit dem DLR-eigenen thermodynamischen Leistungssynthese-Tool VarCycle, das fur diese Untersuchungen mit einfachen Korrelationsverfahren zur Ermittlung des Triebwerksgewichtes und –widerstandes gekoppelt ist. Weiterhin wird ein Triebwerksdimensionierungsverfahren genutzt, das in Abhangigkeit von der Charakteristik eines Referenzflugzeuges Schubvorgaben fur kritische Betriebszustande zur Dimensionierung der Triebwerke erzeugt. Zur weiteren Untersuchung der Triebwerkskonzepte werden Missionsrechnungen mit dem DLR-Flugleistungsmodul VarMission durchgefuhrt. Die Optimierungen der Triebwerkskonzepte werden uber das Softwareframework ModelCenter durchgefuhrt durch welches alle Verfahren zu einer Prozesskette verknupft werden.