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Bauhaus Luftfahrt

Dreistrahler reloaded: Grenzschichteinsaugung

Grenzschichteinsaugung Dreistrahler reloaded

Europäische Forscher haben das Propulsive-Fuselage-Konzept weiterentwickelt. Kernelement ist ein ins Heck integrierter Elektro-Fan, der die Grenzschicht einsaugt.

Bis zu 36 Prozent weniger CO2 und 41 Prozent weniger Stickoxide als ein Referenzflugzeug aus dem Jahr 2000: Das Propulsive Fuselage Concept (PFC) ist eine der Architekturen, die mit Blick auf die ambitionierten Klimaziele der Luftfahrt untersucht werden. Neben zwei weiterentwickelten Getriebefans mit sehr hohem Nebenstromverhältnis setzt es auf einen um den Rumpf rotierenden Fuselage-Fan, der elektrisch angetrieben wird. Den Strom erzeugen Generatoren in den Haupttriebwerken.

Prinzip der Grenzschichteinsaugung

Der vollständig ins Heck integrierte Rumpf-Bläser nutzt dabei das Prinzip der Grenzschichteinsaugung (Englisch: boundary layer ingestion, BLI). Die in unmittelbarer Rumpfnähe stark verlangsamte Luftströmung erzeugt nach dem Abfließen am Heckende einen Totaldruckverlust, auch Nachlaufdelle genannt. Wird das Triebwerk in die Nachlaufdelle eingebettet, kann der Druckverlust aufgefüllt werden. Diese Reenergetisierung kompensiert einen großen Teil des in der Grenzschicht entstehenden Widerstands.

Bauhaus Luftfahrt
Mögliche Indienststellung: 2035

Forschungsvorhaben Centreline

Das Prinzip kennt man von Schiffsantrieben. Auch in der Luftfahrt wird seit den 1940er Jahren an der Grenzschichteinsaugung geforscht. Den konzeptionellen Beweis, dass sie auch für Flugzeuge anwendbar ist, haben nun die elf Projektpartner des Forschungsvorhabens Centreline erbracht. Das von der EU mit 3,7 Mio. Euro geförderte Projekt lief seit Juni 2017 unter Leitung des Bauhauses Luftfahrt, beteiligt waren unter anderem Airbus und MTU Aero Engines. Neben numerischen Simulationen wurden auch Windkanaltests mit einem Flugzeugmodell in den Niedergeschwindigkeitsanlagen der Technischen Universität Delft sowie Prüfstandsversuche mit einem BLI-Fan im Whittle-Labor der Universität Cambridge durchgeführt. Nach Angaben des Konsortiums konnte das PFC bis auf den Technologie-Reifegrad 3 (auf einer Skala von 1 bis 9) gebracht werden.

Vorgängerprojekt DisPURSAL

Das Bauhaus Luftfahrt, das von Airbus, IABG, Liebherr-Aerospace und MTU Aero Engines getragen wird, beschäftigt sich seit Längerem mit verteilten Antrieben und dem PFC. Im Vorgängerprojekt DisPURSAL von 2013 bis 2015 fokussierte man sich noch auf einen Rumpf-Fan der von einer Gasturbine angetrieben wird. Durch einen elektrischen Antrieb vereinfacht sich die strukturelle Integration ins Heck, die Anforderungen an die innere Wärmeabschirmung sind geringer, Lärm- und Vibrationsniveau sind niedriger, ebenso die Wartungskosten. Weniger rotierende Teile verringern zudem die Designkomplexität. Auch die NASA hat schon eine turboelektrische Flugzeugkonfiguration mit ins Heck integriertem Fan namens STARC-ABL (Single-aisle Turboelectric Aircraft with Aft Boundary Layer propulsion) untersucht. Die Ergebnisse für einen 150-Sitzer decken sich mit denen des Centreline-Projekts.

Bauhaus Luftfahrt
Länge: 67 m

Daten Centreline PFC

Konzeptflugzeug in der Größe einer A330

Länge: 67 m
Spannweite: 65,8 m
Rumpfdurchmesser: 6,09 m
Reichweite: 12 040 km (6500 NM)
Reisegeschwindigkeit: Mach 0.82
Max. Flughöhe: ca. 12 500 m
Kapazität: 340 Passagiere bei Zwei-Klassen-Bestuhlung
Antrieb: turboelektrisch, 2 x Getriebefan (Nebenstromverhältnis 14,5, Fandurchmesser 3,21 m, Startschub 376,6 kN), 1 x elektrisch angetriebener Rumpf-Fan (Fandurchmesser 2,26 m, Leistung 10 MW)
Mögliche Indienststellung: 2035

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Getriebefan-Antrieb: Immer noch Luft nach oben