ISBN 9783843932356

978-3-8439-3235-6, Reihe Luftfahrt

Christian Hennig
Improvements in thrust and fuel consumption for future jet engines for unmanned aerial vehicles (UAV) using variable cycle technology

183 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von Triebwerken mit variablen Komponenten sowie fortschrittlichen Architekturen für Triebwerke mit variablem Kreisprozess für zukünftige unbemannte Flugzeuge (UAV) mit einem Inbetriebnahmezeitraum von 2030+. Zielgrößen für die Bewertung sind der installierte spezifische Treibstoffverbrauch und der installierte Schub. Die Vorteile des, aufgrund seiner Flexbilität durch die Arbeitsaufteilung auf verschiedene Wellen, gewählten variablen gemischten dreiwelligen Turbofans und der Core-driven Fan Architektur, welche eine vielversprechende Flexiblität bei der Variation des Nebenstromverhältnisses aufweist, werden mit zwei konventionellen Referenztriebwerken verglichen. Bei diesen Referenztriebwerken handelt es sich um ein gemischtes zweiwelliges und dreiwelliges Turbofantriebwerk. Alle Triebwerke sind nach konsistenten und repräsentativen Randbedingungen projektiert. Diese Randbedingungen sind aus generisch definierten Missionen und dem dazu projektierten generischen UAV abgeleitet worden. Die installierte Triebwerksperformance und das Triebwerksgewicht werden als Größen für die Beurteilung von Triebwerken mit variablem Kreisprozess (VCE) auf die Flugleistung herangezogen. Hierbei wird besonderer Wert auf die Beurteilung der Triebwerksinstallation gelegt. Die Triebwerksprojektierung erfolgt in den Disziplinen Leistungsrechnung, Systemintegration, Aerodynamik sowie der Bewertung der Rotormechanik ohne dynamische Lasten, des äußeren Gehäuses auf Basis einer Durchschlagsrechnung und der Massenermittlung des Gesamtsystems. Die Auswahl des vielversprechendsten Triebwerkskonzeptes erfolgt unter Berücksichtigung der Technologiereife der wichtigsten Komponenten. Die Untersuchungen zeigen die maßgeblichen Vorteile von VCE Konzepten, wie der Reduktion der Installationsverluste, auf und bewerten diese quantitativ gegenüber den Referenztriebwerken. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verstellverluste die erlangten Potentiale von VCE deutlich verringern. Sie geben auch weiteren Aufschluss darüber, wie über weitere unkonventionelle VCE-Ansätze erhoffte Potentiale bezüglich installiertem spezifischen Verbrauch und Schub erreicht werden können.