Ein modulares Leistungsrechnungsprogramm für konventionelle und hybrid-elektrische Flugantriebe

Die Reduktion klimaschädlicher Emissionen ist ein wesentliches Ziel im modernen Luftverkehr. Dafür geeignete Ansätze
stellen unter anderem emissionsoptimierte Flugprofile sowie der Einsatz von hybrid-elektrischen Antriebstechnologien
dar. Um die damit verbundenen Potentiale zügig identifizieren und quantifizieren zu können, werden performante
0D-Triebwerksmodelle benötigt, die die Leistungsrechnung thermischer und hybrid-elektrischer Flugantriebe im Auslegungspunkt
und im Off-Design abbilden.
Die vorliegende Arbeit stellt ein solches Modell für Leistungsrechnung, Emissions- und Massenabschätzung vor. Dabei
liegt ein besonderer Fokus auf einem flexiblen, modularen Aufbau, sodass das Framework um neue Architekturen
und zusätzliche (bspw. elektrische) Komponenten erweitert werden kann. Bereits hinterlegt sind etablierte ein- und
mehrwellige thermische Turbojet-, Turbofan- und Turboprop-Architekturen sowie verschiedene (hybrid-)elektrische
Konfigurationen. Gegenüber einer etablierten kommerziellen Referenz (GasTurb) ergeben sich für die Leistungsgrößen
dort verfügbarer Architekturen Abweichungen deutlich kleiner als ein Prozent, die typischerweise durch die
Genauigkeit der verfügbaren Stoffwerte limitiert werden. Das Triebwerksdesign kann in einem Auslegungspunkt
definiert und quasi-stationär im Off-Design berechnet werden, wobei die entlang einer Flugmission entstehenden
Schubanforderungen mittels der Bibliothek OpenAP vorgegeben werden können. An dieser Stelle schlägt sich die
Abschätzung des Systemgewichts, welches durch die jeweilige Architektur und ihre Komponenten erheblich beeinflusst
wird, besonders nieder. Dies wird bspw. hinsichtlich des Treibstoffverbrauchs anhand eines ausgewählter Missionsprofils
demonstriert. Für die Massen- und Emissionsabschätzung wird auf eine Datenbank bestehender Maschinen
zurückgegriffen.
Die aktuelle und zukünftige Entwicklung des Modells konzentriert sich auf eine weiter verbesserte Massenabschätzung,
alternative Kraftstoffe und weitere Triebwerksarchitekturen, insbesondere mit Wärmeübertragern, die dank des
modularen Aufbaus leicht eingebunden werden können. Damit ermöglicht dieses Leistungsrechnungsprogramm eine
noch schnellere und umfangreichere Vorhersage von thermodynamischen Größen entlang des Gaspfades, Effizienz,
Emissionen und Massen für die erfolgreiche Evaluation neuer Triebwerksdesigns und Missionsprofile.