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Methoden und Prozesse
Methods and processes
Methoden zur Untersuchung
neuartiger Kreisprozesse für
Gasturbinen
Assessment methods for
novel gas turbine engine
cycles
Mit Ausnahme von Lärm entstehen fast alle Emissionen während
des Fluges im Antriebssystem eines Flugzeuges. Stand in
den Anfängen der Luftfahrt noch die Steigerung der spezifischen
Leistung, also der Antriebsleistung pro Gewichtseinheit, im Mittelpunkt
der Forschung und Entwicklung, so rückt heutzutage die
Anforderung zur Reduktion von Emissionen immer stärker in den
Vordergrund. Dabei untersucht das Bauhaus Luftfahrt neben hybriden
oder vollelektrischen Antriebsarchitekturen auch neuartige
Kreisprozesse für Gasturbinen.
Letztere sind sowohl in ihrer verfügbaren spezifischen Leistung
als auch in der Menge der Emissionen abhängig von der Gesamteffizienz
der zugrundeliegenden Kreisprozesse. Diese ergibt
sich wiederum aus der Fähigkeit einer Verbrennungskraftmaschine,
die im Kraftstoff enthaltende Energie in Nutzarbeit umzusetzen,
die sogenannte thermische Effizienz, als auch diese Arbeit in Form
von Schubkraft bereitzustellen, die sogenannte Vortriebseffizienz.
Letztere wird heutzutage hauptsächlich durch zwei Technologien
zur Schuberzeugung bestimmt: ummantelte „Fans“ und
offene Propeller. Trotz deren unterschiedlicher Charakteristika erzielen
moderne Anwendungen bis zu 90 Prozent des theoretischen
Effizienzmaximums.
Die thermische Effizienz ist grundsätzlich abhängig von dem
Arbeitsprinzip der zugrunde liegenden Maschine, beispielsweise
dem Joule/Brayton-, Humphrey-, Otto- oder Dieselprozess. Moderne
Maschinen erreichen in etwa 60 Prozent des theoretischen
Effizienzmaximums, des sogenannten Carnot-Vergleichsprozesses.
Untersuchungen am Bauhaus Luftfahrt haben gezeigt, dass
beispielsweise gekoppelte und hybride Kreisprozesse eine weitere
Steigerung der thermischen Effizienz bewirken können. Die
Erforschung und Umsetzung solcher Kreisprozesse in neuartige
Antriebskonzepte ist daher ein elementarer Bestandteil der multidisziplinären
Antriebssystemanalyse am Bauhaus Luftfahrt.
With the exception of noise, the bulk of aircraft in-flight emissions
arise from the propulsion system. In the early days of aviation, the
goal was to increase available power per unit weight – the socalled
specific power. This aim dominated research and development,
but today the reduction of emissions has become an increasingly
important requirement. In this aim, Bauhaus Luftfahrt is not
only assessing hybrid or full-electric propulsion architectures for
future airliners, but also novel engine cycles for combustion engines.
In every combustion engine, both the specific power and
emissions production depend on the overall efficiency of the underlying
cycle. The latter is determined as a product of the system
capability to convert fuel energy into usable mechanical work, the
so-called thermal efficiency, and to transform the mechanical work
into thrust, referred to as propulsive efficiency.
To achieve the latter, two types of propulsive devices are
mainly used in modern aircraft: ducted fans and unducted propellers.
Despite the differing characteristics between the two, the efficiency
of these devices achieves up to 90 percent of their respective
theoretical maxima.
The thermal efficiency in general depends on the working
principle of the underlying machine, for example Joule/Brayton,
Humphrey, Otto or Diesel cycle. It should be noted that modern engines
achieve only about 60 percent of their theoretical optimum,
the so-called Carnot cycle.
Research at Bauhaus Luftfahrt has indicated that, for instance,
commingled and hybrid cycles offer great potential for
improvements in thermal efficiency. The development and implementation
of such cycles into novel propulsion concepts is hence a
fundamental part of the multidisciplinary analysis of motive power
systems at Bauhaus Luftfahrt.
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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.