o_190b92ptg1anf1eaka0f1i7s1foba.pdf

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

2 Innovative Lösungsansätze Innovative solutions Vorkonzeptionelle Leistungsbetrachtungen elektrisch versorgter Flugantriebe Pre-concept performance investigation of electrically powered aero propulsion Übertrüge man die selbstgesteckten Emissionsreduktionsziele der Luftfahrtbranche für das Jahr 2050 auf den Wirkungsgrad des Antriebssystems, so müsste dieser gegenüber heutigen Flugtriebwerken um bis zu 80 Prozent verbessert werden. Bislang konnten nur elek trische Energie- und Antriebssysteme (Energy and Propulsion Systems, EPS) als mögliche Lösung für derartig hohe Anforderungen identifiziert werden. Die Suche nach technologischen Konzepten für solche vollständig elektrischen Antriebe hat das Bauhaus Luftfahrt daher auch im Jahr 2013 weiter vorangetrieben. Im Hinblick auf das zuvor identifizierte Ziel, die installierte Vortriebsleistung an Bord vollelektrischer Flugzeuge zu reduzieren, wurden zwei verschiedene Antriebsarchitekturen mit alternativen Vortriebserzeugern untersucht: ein ummantelter Getriebefan mit ein fachem Rotor (Electric Fan, EF) und eine offene Bauweise mit zwei gegenläufig rotierenden Propellern (Electric Open Rotor, EOR). In multidisziplinären Auslegungs- und Leistungsbetrachtungen, sowohl auf Antriebs- als auch auf der integrierten Flugzeugsystemebene, wurden die optimalen Konstellationen für beide Triebwerkstypen ermittelt. Dabei wurde auch das Einsparpotenzial von EF und EOR untersucht und mit fortschrittlicher Turbofan-Technologie verglichen. Als einheitliche Basis für Vergleichsstudien verschiedener EPS wurde auf der Antriebssystemebene der sogenannte „schubspezifische Energieverbrauch“ (TSPC) eingesetzt. Für Effizienzbetrachtungen auf der Flugzeugsystemebene verwendet das Bauhaus Luftfahrt die sogenannte „energiespezifische Flugreichweite“ (ESAR). Beide Metriken wurden bereits in den vorangegangenen Jahrbüchern vorgestellt. Bei typischen Strömungs-Auslegungsbedingungen zeigte das EF-Konzept eine Verringerung des TSPC von bis zu 43 Prozent gegenüber fortschrittlichen Turbofans. Vergleicht man diesen Wert mit Referenztriebwerken aus dem Jahr 2000, so würde sich der Ge samtwirkungsgrad des Antriebssystems mehr als verdoppeln. Für das EOR-Konzept wurde eine weitere Verringerung des TSPC ermittelt, die gegenüber dem EF-Konzept nochmals bis zu 16 Prozent beträgt. In der Analyse auf Flugzeuggesamtebene zeichnete sich ein ähnliches Bild ab: Die ESAR-Werte des EOR-Konzepts fielen Translating the aviation environmental targets for the year 2050 to propulsion system efficiency requirements, power plant overall efficiency would need to be improved by up to 80 per cent relative to today’s propulsion systems. Yet only electrically powered Energy and Propulsion System (EPS) options have been identified as potential solutions for such a scenario. In 2013, research at Bauhaus Luftfahrt has continued to explore technological concepts for such universally electric propulsion systems. Motivated by the previously identified target of reducing the installed propulsive power on board of a fully electric aircraft, the performance potentials of two power plant architectures featuring alternative propulsive devices was explored: a ducted geared single-rotating fan, referred to as Electric Fan (EF), and an unducted counter-rotating propeller arrangement, referred to as Electric Open Rotor (EOR). In multidisciplinary sizing and performance studies at the isolated propulsion system level and at the integrated vehicular level, optimum power plant design constellations were studied for both power plant types. Thereby, the efficiency potentials of the EF and EOR power plant architectures were assessed and compared to advanced turbofan technology. As a unified basis for the comparative evaluation of the electrically powered EPS, the Thrust Specific Power Consumption (TSPC) metric was employed at the propulsion system level. The Energy Specific Air Range (ESAR), formed the basis for efficiency evaluation at a vehicular level. Both metrics were introduced in Bauhaus Luftfahrt’s previous yearbook. At typical flow path sizing conditions, the EF concept showed a TSPC improvement of up to 43 per cent over advanced turbofan engines. Compared to year 2000 reference engines, the propulsion system’s overall efficiency more than doubled. The EOR concept was found to even further reduce TSPC by up to 16 per cent relative to the EF concept. During the aircraft-integrated assessment, the ESAR values obtained for the domain of EOR-powered aircraft exceeded the maximum ESAR of the EF domain between eight and 15 per cent. Different from the integration of open rotor engines on transport aircraft using conventional fuel, the application of the EOR on the investigated universally electric aircraft design was gegenüber dem EF-Konzept zwischen acht und 15 Prozent > almost neutral in terms of aircraft Maximum Take-Off Weight > 50 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
+40% +80% 2 Innovative Lösungsansätze Innovative solutions 0.95 0.9 0.85 Advanced open rotor 50% hybrid-electric turbofan study (Schmitz & Hornung, 2013) Fully electric fan study (Seitz et. al., 2012) Fully electric open rotor (Seitz et. al., 2013) 0.8 0.75 State-of-the-art technology Intercooled recuperated turbofan EU Flightpath 2050*** 0.7 Reference technology +100% ACARE SRIA** 2035 ACARE SRIA* 2020 0.65 +60% –30% –20% –10% Reference +10% +20% 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 * 20% less energy need by propulsion and power in the year 2020 ** 30% less energy need by propulsion and power in the year 2035 *** based on propulsion system contribution to the year 2050 CO 2 goals proposed by Isikveren et al. (2012) Konturlinien des konstanten Antriebswirkungsgrades n ov bei Reiseflug bedingun gen im Vergleich zum Jahr 2000: Die Ergebnisse mehrerer vom Bauhaus Luftfahrt durchgeführter Effizienzbetrachtungen an hybriden und vollelektrischen Antriebssystemen (blau, dunkelblau) verdeutlichen, dass bereits eine 50-prozentige Elektrifizierung eines Turbofan-Antriebssystems das Potenzial hat, die n ov Ziele für 2035 zu erreichen. Betrachtet man die n ov Ziele für den IndienststellungsZeitraum nach 2050, so versprechen vollelektrische Antriebsoptionen ein großes Potenzial für emissionsarme oder sogar emissionsfreie Verkehrsflugzeuge. Contours of constant propulsion system overall efficiency n ov , at cruise conditions and relative to a year 2000 reference: The results of several effi ciency studies conducted by Bauhaus Luftfahrt on hybrid- and fully electrically powered propulsion systems (blue, darkblue) show that a 50 per cent electrification of turbofan propulsion systems clearly has the potential to deliver on the defined n ov targets for 2035. In view of the n ov goals derived for Entry-into-Service (EIS) years beyond 2050, and as a possible means of ultra-low or zero in-flight emissions, fully electric propulsion options may have great potential for transport aircraft. Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 51
Seite 1: 2013
Seite 4 und 5: Inhalt Contents Die drei Säulen de
Seite 6 und 7: Inhalt Contents 1 Neue Wege durch d
Seite 8 und 9: 6 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
Seite 10 und 11: Über das Bauhaus Luftfahrt About B
Seite 16 und 17: Neue Wege in der Luftfahrt - drei F
Seite 18 und 19: 1 Treiber der Luftfahrt Drivers of
Seite 40 und 41: 2 Innovative Lösungsansätze Innov
Seite 68 und 69: 66 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 2 I
Seite 84 und 85: 3 Methoden und Prozesse Methods and
Seite 96 und 97: Munich Aerospace: Bauhaus Luftfahrt
Seite 98 und 99: Bauhaus Luftfahrt treibt Nachhaltig
Seite 102 und 103:
Zahlen und Fakten Facts and figures
Seite 104 und 105:
Finanzen Financial figures Das Bauh
Seite 106 und 107:
Wissenschaftliche Veröffentlichung
Seite 108 und 109:
Seite 110 und 111:
Seite 112 und 113:
110 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
Seite 114 und 115:
112 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
Alle anzeigen

o_190b92ptg1anf1eaka0f1i7s1foba.pdf

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?