Effizientere Flugtriebwerke senken Betriebskosten und Umweltbelastung

Durch die Verbrennung von Treibstoff wird die Luftfahrtindustrie zu einem der am schnellsten wachsenden Verursacher von Treibhausgasen (vor allem CO2 und NOX). Die EU hat sich verpflichtet, mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um diese Emissionen zu reduzieren. Das von der EU finanzierte E-BREAK-Projekt hat durch die Verbesserung des Triebwerkswirkungsgrad dazu beigetragen.

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E-BREAK hat fortschrittlichere, leichtere Flugtriebwerkskomponenten entwickelt, die höheren Temperaturen und Drücken standhalten können. Durch die Maximierung der Fähigkeit des Triebwerks, unter verschiedenen Flugbedingungen (einschließlich Start, Reiseflug und Landung) und Wetterbedingungen zu funktionieren, verbesserte E-BREAK gleichermaßen das Leistungsverhalten interner Subsysteme wie etwa der Dichtungssysteme sowie Genauigkeit, Gewicht und Belastungsfähigkeit der Triebwerksteile. Bessere Subsysteme für robustere Triebwerke mit vorbeugender Wartung Der Trend zu effizienteren und zuverlässigeren Triebwerken hat zu kleineren Triebwerkskernen geführt, die bei höheren Druckverhältnissen immer schneller laufen und weniger planmäßige Instandhaltung benötigen. Da sich die bisherigen Projekte auf Kerntriebwerkstechnologien konzentrierten, wurde E-BREAK an den Start gebracht, um die Entwicklung von Triebwerksubsystemen anzugehen, die sich an die neuen Beschränkungen der Kerntechnologien anpassen müssen. E-BREAK-Projektkoordinator Dr. Manuel Silva erklärt dazu: „Ein Triebwerk ist wie ein Puzzle. Wenn Sie ein Teil verbessern, müssen Sie sich bewusst sein, wie sich diese Änderung auf die anderen Teile auswirken wird. Generisch gestaltete Unterstützungssysteme, die wir Technologie-Enabler nennen, ermöglichen es, dass Teile auch weiterhin effektiv und nahtlos und über ein breites Spektrum von Flugtriebwerken zusammen funktionieren.“ Beispiele für Technologie-Enabler sind Öl- und Luftkühlsysteme zur Temperaturregelung. Während ein Flugzeug den größten Teil seines Lufteinlassmassestroms dazu verwenden muss, um Schubkraft zu erzielen, ist es gleichermaßen von Luft abhängig, um das Öl vor Überhitzung zu schützen, die den Motor beschädigen könnte. Das E-BREAK-Team entwickelte bessere Dichtungstechnologien für Öl- und Luftsysteme, um die Gesamtleistung des Motors unter extrem hohen Drücken weiter zu erhöhen. E-BREAK hat auch andere wichtige Innovationen erreicht. Etwa die Verbesserung der Einlaufschichten zwischen aneinander reibenden Triebwerkskomponenten, die sich daher abnutzen können, wie etwa das Material zwischen den Schaufelspitzen und deren Gehäuse. Das Projekt erzielte auch einen großen Durchbruch bei der Verringerung des Triebwerksgewichts durch die Verwendung von leichteren Turbinenschaufeln, die unter Einsatz der neuen intermetallischen Titanaluminidlegierung entwickelt wurden. Obwohl es sich um eine sehr vielversprechende Legierung handelt, war ihre Verarbeitung schwierig. Das Projekt konnte das Design und die Herstellung des Blatts nach dem Testen der Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit der Legierung während des Fluges optimieren. Ein weiterer wichtiger E-BREAK-Beitrag ist das System zur Funktionsfähigkeitsüberwachung, das die Abnutzung der Triebwerkskomponenten vorwegnimmt. Das System verwendet Sensoren und erweiterte Algorithmen, um den Ort eines Problems festzustellen. Vor dieser Technologie ersetzten die Ingenieure als reine Vorsichtsmaßnahme meist mehrere Teile, da die Lage eines Fehlers oft unbekannt war. Das System von E-BREAK reduziert die Zeit, in der Flugzeuge für Reparaturen am Boden festgehalten werden, wodurch die Wartungskosten und der Umsatzverlust durch verkürzte Flugzeiten gesenkt werden. Entscheidend ist auch, dass sich durch genaue Problemermittlung die Gesamtsicherheit erhöht. Zielgerichtetes Arbeiten Der Beirat für Luftfahrtforschung in Europa (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe, ACARE) hat das Ziel einer Reduzierung der CO2-Emissionen von 50 % pro Passagierkilometer festgelegt, wobei die NOX-Emissionen um 80 % und SFC, ein Indikator für den Treibstoffverbrauch von Triebwerken, um 15 bis 20 % gesenkt werden sollen.Das E-BREAK-Projekt ist Teil einer breiter angelegten EU-finanzierten Initiative zur Senkung der Emissionen, in deren Mittelpunkt die Verbesserung der Flugtriebwerke steht. Diese Initiative umfasst die Projekte LEMCOTEC, NEWAC, DREAM, VITAL und ENOVAL. Gemeinsam werden diese Projekte die CO2-Emissionen der Luftfahrt um 21 % bis 32 % und die NOX-Emissionen je nach Triebwerksgröße um 65 % bis 70 % senken. Dr. Silva kommt zu dem Schluss, dass die Ergebnisse von E-BREAK entscheidende Schritte seien, um die Kompatibilität einer neuen Generation von Triebwerkssubsystemen mit den höheren Beschränkungen bei Temperatur, Druck und Masse zukünftiger Triebwerke zu gewährleisten, die für die Erfüllung der ACARE-Ziele erforderlich sind. Durch diese Bemühungen können sich die Luftfahrtindustrie und die Menschen, denen sie dient, auf noch effizientere, zuverlässigere und sicherere Flugreisen freuen, die auch dem Planeten Erde zuträglich sind.

Schlüsselbegriffe

E-BREAK, vorbeugende Wartung, prädiktive Instandhaltung, Kerntriebwerkstechnologien, Technologie-Enabler, Öl- und Luftkühlsysteme, Einlaufschichten, Anstreifschichten, Titanaluminid, intermetallische Legierung

Engine Breakthrough Components and Subsystems

Effizientere Flugtriebwerke senken Betriebskosten und Umweltbelastung

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