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CRISPII – Counter Rotating Integrated Shrouded Propfan II



 CRISP-1m
zum Bild CRISP-1m

Für die Luftfahrtforschung existiert mit der Vision 2020, ausgearbeitet vom Rat für Luft- und Raumfahrtforschung in Europa (ACARE), eine klare Zielorientierung. Das Projekt CRISPII soll einen signifikanten Beitrag bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit von Flugtriebwerken der nächsten Generation leisten. Kern ist die Weiterentwicklung des Fankonzeptes, bei dem zwei gegenläufige Rotoren mit höchster Effizienz für den Schub sorgen bei einem Bypassverhältnis, das bisher noch nicht realisierbar war und gleichzeitig mit den leisesten Konzepten, die zur Zeit existieren konkurrieren kann.

Diese Ziele sind nur in einem interdisziplinären Verbund erreichbar. Die Bündelung der Kompetenz aller Beteiligten und die vergangenen bzw. noch laufenden nationalen und internationalen Projekte und Forschungsvorhaben sind die entscheidende Basis das Projektziel zu erreichen und so einen Beitrag für die anvisierte Reduktion des Treibstoffverbrauches und damit einhergehender CO2-Emission um die Hälfte bei einer gleichzeitigen Halbierung der Schallabstrahlung zu leisten.

Die Konzepte der nächsten Generation luftatmender Triebwerke werden auf einem stetig steigenden Bypassverhältnis basieren und zu immer größer werdenden Fandurchmessern führen. Nachteile dieses Effektes sind:

  • hohe Volumina des Fans und der diesen umgebenden Bauteile und -Gruppen.
  • Komplexere Wechselwirkungen zwischen dem Fan, der diesen antreibenden Turbine sowie des gesamten Wellensystems
  • Wachsender Aufwand bei der Integration des Triebwerkes an das System Flugzeug

Deshalb gilt es erstens die physikalischen Grenzen auszuloten und technisch mit der gebotenen Zuverlässigkeit umzusetzen, um den Fandurchmesser zu minimieren (max. Axialmachzahl, min. Nabenverhältnis, variables Bypassverhältnis - abhängig von der Flugmissionsphase). Auswirkungen der aufgezählten Nachteile können nur in interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsarbeiten vermieden werden, z. B. mit:

  • Neuen Leichtbauwerkstoffen und Bauweisen
  • Drehzahlentkoppelung von Fan und Turbine
  • Optimale Gestaltung des Triebwerkseinlaufes, dessen Ummantelung, der Düse als integraler Teil des gesamten Flugzeuges
  • Aktive und adaptive Elemente zur optimalen Schubregelung
  • Entwicklung von Optimierungsstrategien für ein aerodynamisch effizientes und gleichzeitig lärmarmes Fandesign
  • Genaue Kenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen den Baugruppen und Triebwerkskomponenten.

So sollte es möglich sein, eine Effizienzsteigerung bei gleichzeitiger Lärmreduktion zu erzielen, die die ACARE-Ziele erfüllt und vielleicht übertrifft. Mit dem Projekt CRISPII soll eine Fanstufe entwickelt und experimentell überprüft werden, die einen deutlichen Beitrag zu den oben skizzierten Herausforderungen leistet.

Seit der Entwicklung des CRISP (MTU-DLR-Programm von 1985-2000) wurden große Fortschritte auf den verschiedenen Gebieten der Triebwerksentwicklung bzw. Fan-Technologie erzielt. Deren Nutzung und konsequente interdisziplinäre Weiterentwicklung bietet die Chance einen entscheidenden Beitrag zu den oben skizzierten Herausforderungen des Triebwerks- und Flugzeugsbaus zu leisten.

Das DLR besitzt das notwendige Know-How, eine moderne Beschaufelung unter Beachtung aller aerodynamischen, mechanischen und akustischen Ziele zu entwickeln. Beleg sind unter anderem die Forschungsarbeiten in den EU-Projekten Silencer, VITAL undDREAM sowie in den DLR-internen Projekten UHBR-Rig und AeroLight.

Der in jüngster Vergangenheit modernisierte Mehrwellen-Axialverdichter-Prüfstand des DLR (M2VP) und das nach einer grundlegenden Revision wieder verwendbare Wellen- und Lagersystem des CRISP-1m-Modells sind entscheidende Voraussetzungen, um mit überschaubarem Aufwand das Auslegungsergebnis experimentell zu überprüfen.

Die im Projekt realisierbaren konkreten Ziele könnten wie folgt quantifizieren werden:

  • 2% Wirkungsgrad-Erhöhung gegenüber dem Single Rotating Fan.
  • 30% Gewichtseinsparung (Strukturgewicht) mit modernen CFK-Schaufeln.
  • Die Schallemission des CRISPII-Fans sollte nicht höher als von einem Turbofan für Triebwerke gleicher Schubklasse sein.

Projektpartner
DLR-Institut für Antriebstechnik
DLR-Systemhaus Technik
DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung
DLR-Institut für Aeroelastik
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