Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2019

52 energy technologies
& power systems
Modellierung
radikal neuer
thermodynamischer
Kreisprozesse
Developments in
Modelling of Radically
Advanced Thermodynamic
Cycles
Die Bewertung radikal neuer Technologien für Flugantriebe
und deren Verbesserungspotenziale stellt
bereits in der frühen Phase der konzeptionellen
Ausarbeitung hohe Ansprüche an die Qualität und
Flexibilität der zugrunde liegenden Rechenmodelle.
So müssen etwa die Modelle und Methoden zur
thermodynamischen Zyklussimulation kontinuierlich
weiterentwickelt werden, um die wesentlichen
physikalischen Effekte in neuartigen Wärmekraftmaschinen
mit ausreichender Genauigkeit abbilden
zu können. Als potenziell revolutionäre Technologien
werden derzeit unter anderem voll-/hybridelektrische
Antriebsstränge, Wärmetauscher mit
Phasenwechsel oder Kolbenmaschinen untersucht.
Die dazu verwendete interne Datenbasis für thermodynamische
Stoffeigenschaften wurde erweitert,
um Arbeitsfluide mit hohem Wassergehalt handhaben
zu können. Darüber hinaus wurde die Berücksichtigung
von klimawirksamen Verbrennungsprodukten
ausgeweitet, um die Grundlage für die
Bewertungsfähigkeiten des Bauhaus Luftfahrt hinsichtlich
des ökologischen Fußabdruckes der Luftfahrt
zu erweitern. Je näher die mögliche Einsatzreife
einer Technologie rückt, umso stärker tritt das
operationelle Verhalten in den Vordergrund. Im
Bereich der Composite Cycle Engine, welche Kolbenmaschinen
in den Hochdruckteil konventioneller
Turbomaschinen einbettet, wird in diesem Zusammenhang
das Betriebsverhalten der Kolbenmaschinen
in Zukunft über eine differenzierte Verbrennungscharakteristik
aufgelöst. Alle genannten
Modellerweiterungen verbessern die Entscheidungsgrundlage
für die Auswahl der richtigen
Technologiekandidaten für Flugantriebsanwendungen
der übernächsten Generation.
Temperature
Specific entropy
T-s-Diagramm für
einen generischen,
radikalen thermodynamischen
Kreisprozess
mit Kolbenmaschine
Generic T-s diagram
of a radically
advanced thermodynamic
cycle,
which incorporates
piston engines.
The evaluation of radically advanced technologies
for aircraft propulsion systems and the assessment
of their improvement potential require a high quality
and flexibility of the underlying computing models,
even in the early conceptual phase. Models and
methods for thermodynamic cycle simulation have
to be continuously further developed in order to map
the essential physical effects of new types of heat
engines with sufficient accuracy. At Bauhaus
Luftfahrt, full or hybrid-electric drive trains, heat
exchangers with phase change, or piston engines
are currently investigated as potentially revolutionary
technologies. Therefore, the internal database
for thermodynamic material properties has been
extended to handle working fluids with high water
content. In addition, the bookkeeping of climate-impacting
combustion products has been upgraded in
order to improve Bauhaus Luftfahrt‘s data basis for
the assessment of the ecological footprint of aviation.
Moreover, the closer a technology comes to its
possible entry into service, the more the operational
behaviour comes to the fore. In the field of Composite
Cycle Engines, which embed piston engines in
the high-pressure section of conventional turbomachinery,
the operating behaviour of piston engines
will be resolved via more refined combustion characteristics
in the future. All of these model enhancements
directly support the decision-making basis for
selecting the right technology candidates for the
next-generation of aircraft propulsion applications.