Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2017

BauhausLuftfahrt

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Full serial hybrid (FSH) /

turboelectric (FTE)

Partial serial hybrid (PSH) /

turboelectric (PTE)

Cycle-integrated

parallel hybrid (CIPH)

Mechanically integrated

parallel hybrid (MIPH)

Hybridelektrische

Antriebssystemkonzepte

Konzeptstudie eines mechanisch

integrierten parallel-hybriden Turbofanantriebes:

Auswahl und Studienfokus

Type A: Electric machine integrated behind

LPT, rotor connected to LPT shaft

M

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Type B: Electric machine integrated in fan

hub, rotor connected to fan shaft

M

Type C: Electric machine integrated in fan

hub, rotor connected to LPT shaft

Hybrid electric propulsion

system concepts

M

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Concept study of a mechanically integrated

parallel hybrid electric turbofan engine:

downselection and focus of study

Type D: Electric machine encircling core

engine, rotor connected to LPT shaft

via booster

Type E: Electric machine integrated in fan

casing, quasilinear fan rotor tip drive

Type F: Electric machine integrated in fan drive

gear system, rotor connected to ring

gear, fan connected to planet carrier

Kraftstoffbewertung für

einen MIPH-Turbofan

Bewertung des Missionskraftstoffverbrauchs für

Kurzstreckenflugzeuge mit mechanisch integriertem

parallel-hybriden Turbofanantrieb

Fuel burn assessment for

MIPH turbofan

Assessment of mission fuel consumption for

short-range aircraft powered by chart for

mechanically integrated parallel hybrid electric

turbofan engines

Relative change of design block fuel

vs. conventional aircraft design [%]

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

250 NM

500 NM

Study settings:

Aircraft design payload: 18.8 t

Hybrid power fan drive propulsion system:

H P,des = 0.1

Total electric system efficiency: 90 %

Subsystems power demand: 2 × 210 hp

750 NM

Contours:

+24 %

500 NM design range

1000 Wh kg -1 battery

Aircraft design range

MTOW change rel. to conv. aircraft design

1000 NM 1500 NM

+20 %

+16 %

+12 %

2000 NM

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Required battery specific energy [Wh kg -1 ]

Dr. Arne Seitz Co-lead Energy Technologies and Power Systems

Die Studie zum parallel-hybriden Turbofanantrieb zeigt: Ohne die Ausnutzung von Synergien zwischen Antrieb und Zelle

wird die Elektrifizierung von Transportflugzeugen kaum entscheidende Verbrauchsreduktionen bringen. Die Suche nach

Sweet Spots im weiten Feld der Integrationsmöglichkeiten elektrifizierter Antriebe ist in vollem Gang. Wir glauben, dass das Konzept

eines „Propulsive Fuselage“ mit turboelektrisch angetriebenem Rumpf-Fan ein solcher Sweet Spot ist. Hier werden die Vorteile der

Schuberzeugung im Flugzeugnachlauf mit der Flexibilität der gesamtsystemischen Integration durch elektrische Leistungsübertragung

optimal kombiniert. Zudem ist eine Kombination mit hocheffizienten Triebwerken etwa mit „Composite Cycle“ denkbar.

The study on parallel hybrid turbofan propulsion shows: Without the exploitation of synergies between propulsion and

airframe, the electrification of transport aircraft will hardly bring about any significant reductions in fuel consumption. The

search for sweet spots in the wide range of integration options for electrified propulsion systems is in progress. We believe that the

concept of a Propulsive Fuselage with a turboelectrically driven fuselage fan is such a sweet spot. Here, the advantages of thrust

generation in the aircraft wake are optimally combined with the flexibility of overall system integration through electrical power

transmission. A combination with high-effi ciency power plant concepts, such as the Composite Cycle Engine, is also conceivable.

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