VersendenDrucken

Arbeitsfeld Triebwerks- und Flugleistungsrechnung

Bild 1: Schema eines Zweikreis - Strahltriebwerksmodells . Bild 2: Gleichgewicht der Kräfte am Flugzeug . Bild 3: Vergleich der Rechnung mit Daten einer Aufzeichnung während des Fluges

Zur Berechnung der charakteristischen Triebwerksgrößen wie Schub, Kraftstoffverbrauch und interner Drücke und Temperaturen betreibt die Abteilung ein Triebwerksleistungsprogramm. Auf der Basis thermodynamischer Prozesse und gängiger Verlustannahmen werden Strahl- und Turboproptriebwerke in beliebigen Konfigurationen, wahlweise auch mit Zwischenkühler und Rekuperator, ausgelegt und im Teillastverhalten beschrieben. Das Programm bildet die Grundlage für missions- und typenspezifische Emissionsanalysen und erlaubt darüber hinaus die Entwicklung, Prüfung und Bewertung neuer Antriebskonzepte. Bild 1 zeigt schematisch die wesentlichen Parameter des Programms am Beispiel eines Zweikreis - Strahltriebwerks.

Um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen eines Flugzeugs während eines Fluges zu ermitteln, ist es notwendig, für jeden Punkt der Reise den aktuellen Schubbedarf des Flugzeugs zu ermitteln, der von den Triebwerken erfüllt werden muss. Dazu wird eine Flugleistungsrechnung durchgeführt, bei der alle am Flugzeug angreifenden Kräfte (Auftrieb, Widerstand, Schub, Gewicht) ins Gleichgewicht gesetzt werden (Bild 2). Diese Kräfte sind teilweise abhängig vom aktuellen Gewicht des Flugzeugs, das wiederum durch den Verbrauch von Kraftstoff ständig leichter wird. Auf diesem Wege werden die resultierenden Beschleunigungen und/oder Steigwinkel ermittelt. Dazu werden als Eingangsparameter die spezifischen Eigenschaften des Flugzeugtyps und die Triebwerksdaten aus dem Triebwerksleistungsprogramm verwendet.

Vorgegebene Flugprofile können mit einer Genauigkeit von nahezu beliebig vielen Einzelpunkten nachgerechnet werden. Dabei können auch Umgebungseinflüsse wie Wind und Lufttemperatur an jedem Punkt berücksichtigt werden. Bild 3 zeigt, dass diese Rechnungen schon mit relativ wenigen Einzelpunkten den Verlauf einer realen Flugmission gut wiedergeben können.

Literatur zum Thema

• Plohr, M., von der Bank, R., Schilling, T., Vergleich des Emissionsverhaltens effizienter Hochbypasstriebwerke mittlerer Schubgröße für den ICAO LTO-Zyklus und Flugmissionen, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2003, München, 17.-20. November 2003, DGLR, DGLR Jahrbuch 2003, DGLR, 2003

• Plohr, M., Döpelheuer, A., Lecht, M., The Gas Turbine Heat Cycle and its Influence on Fuel Efficiency and Emissions, Paper 34 in "Gas Turbine Operation and Technology for Land, Sea and Air Propulsion and Power Systems", RTO MP-34, AC/323(AVT)TP/14, 2000

• Deidewig, F., Ermittlung der Schadstoffemissionen im Unter- und Überschallflug, Institut für Antriebstechnik, DLR Forschungsbericht 98-10, 1998

Autor: Martin Plohr, DLR AT