Konzeptnachweis für die Integration des Wirbelschleppen-Antriebs in den Rumpf abgeschlossen

Aug 3, 2021 | Pressemitteilung

Ein Schritt näher zum klimaneutralen Luftverkehr:

Internationales Forschungsteam schließt den konzeptionellen Nachweis für die Integration des Wirbelschleppenantriebs in den Rumpf ab

Das sogenannte Propulsive Fuselage Concept (PFC) hat das Potenzial, eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung effizienterer und umweltfreundlicherer Flugzeuge der Zukunft zu spielen. Das turbo-elektrische PFC-Flugzeug für 340 Passagiere erzeugt 4,7 % weniger CO2-Emissionen als ein ebenso fortschrittliches konventionelles Flugzeug. Zusätzlich zu den beiden Gasturbinen auf den Flügeln befindet sich am hinteren Rumpf ein elektrisches Gebläse, das Schub erzeugt, indem es den Luftstrom um den Rumpf herum ansaugt und wieder antreibt. Die PFC-Konfiguration zeichnet sich durch eine hervorragende Kompatibilität mit anderen fortschrittlichen Technologien aus, einschließlich der Wasserstofftreibstofftechnologie. Nach dreieinhalb Jahren Forschung ist es dem Konsortium des von der EU finanzierten CENTRELINE-Projekts gelungen, den Konzeptnachweis und die experimentelle Validierung dieser vielversprechenden Technologie abzuschließen und sie damit auf die Technologiestufe (TRL) 3 zu bringen, was sie einer möglichen künftigen industriellen Nutzung näher bringt.

München, 3. August 2021: Der europäische Green Deal zielt darauf ab, die Verkehrsemissionen bis 2050 um 90 % zu reduzieren. Dies ist eine enorme Herausforderung für die Luftfahrt und erfordert neue Spitzentechnologien und Innovationen, um dieses Ziel zu erreichen. Um die langfristige Nachhaltigkeit der Luftfahrt zu ermöglichen, spielen neuartige Antriebstechnologien und die Integration von Antrieb und Flugzeugzelle eine Schlüsselrolle. Eine bisher ungenutzte Quelle für weitere Effizienzverbesserungen ist die Integration von Antriebssystemen mit Wirbelschleppen am Rumpf, d. h. die Aufnahme und Wiederbelebung der Grenzschichtströmung am Rumpf durch das Antriebssystem. Die positive Auswirkung der „Wirbelschleppe“ auf den Bedarf an Antriebsleistung ist aus dem Bereich der Schiffsantriebe seit langem bekannt. Schiffspropeller befinden sich in der Regel am hinteren Teil des Schiffes und werden in der Grenzschichtströmung nahe der Schiffsoberfläche betrieben. Dieses physikalische Prinzip lässt sich auch auf den Antrieb von Flugzeugen übertragen, wie die 11 CENTRELINE-Partner aus sechs europäischen Ländern gerade bewiesen haben. In diesem kürzlich veröffentlichten Animationsvideo „Propulsive Fuselage Aircraft“ zeigt das Team aus führenden Forschungs- und Industrievertretern seine Vision vom Fliegen im Jahr 2035.

CENTRELINE project

Die Projektergebnisse sind ein wichtiger Baustein für die Art und Weise, wie wir im Jahr 2035 und darüber hinaus fliegen könnten

„Wir haben die unmittelbaren Herausforderungen, die mit der Integration von Antrieben mit Rumpfflügeln verbunden sind, erfolgreich bewältigt. Mit dem in CENTRELINE durchgeführten Proof of Concept haben wir diese Spitzentechnologie auf die nächste Stufe gehoben. Unser Ergebnis kann ein wichtiger Schritt auf dem Weg sein, die Propulsive Fuselage“-Technologie für eine mögliche zukünftige Flugzeugproduktentwicklung vorzubereiten“, sagt Projektkoordinator Arne Seitz vom Bauhaus Luftfahrt e.V. „Um nachfolgende Forschungs- und Innovationsaktivitäten zu unterstützen, haben wir eine Roadmap für die PFC-Flugzeugtechnologie in Richtung TRL 6 bis zum Jahr 2030 erstellt. Zur weiteren Steigerung des Innovationspotenzials haben wir eine Reihe weiterer fortschrittlicher Technologien identifiziert, die eine hervorragende Kompatibilität mit der PFC-Flugzeugkonfiguration aufweisen. All dies wurde durch den großen Gemeinschaftsgeist und die hervorragenden individuellen Beiträge der Projektpartner ermöglicht.

Die wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungsergebnisse von CENTRELINE sind für nachfolgende Forschungs- und Innovationsaktivitäten von großer Bedeutung. Dies ist das Ergebnis der methodischen Fortschritte und des Wissens über die Systemauslegung sowie der synergetischen Kompatibilität der Integration des Rumpf-Wakefilling-Antriebs mit anderen vielversprechenden Technologien wie revolutionären Kerntriebwerken (z. B. dem Composite Cycle Engine, CCE), der Hochtemperatur-Supraleiter-Technologie (HTS), ultraeffizienten Tragflächentechnologien (z. B. Flügel mit natürlicher laminarer Strömung, NLF), wie sie vom BLADE-Demonstrator in Clean Sky demonstriert wurden, und der Flüssigwasserstoff (LH2)-Treibstofftechnologie.

Propulsion Fuselage Concept führt zu saubereren Langstreckenflügen

Die CENTRELINE-Partner maximierten die Vorteile der Nachlaufströmung im hinteren Rumpfbereich unter realistischen Systemdesign- und Betriebsbedingungen. Durch umfangreiche aero-numerische Simulationen und Tests im Niedriggeschwindigkeits-Windkanal und auf dem Fan-Rig wurden die aerodynamischen Auswirkungen des 360°-Rumpfgrenzschichteinschlusses eingehend erforscht. Alle detaillierten Konstruktions- und Analyseergebnisse flossen in eine multidisziplinäre Vorplanung der Flugzeugfamilie ein, und die PFC-Technologie wurde einem strengen Benchmarking mit einem ähnlich fortschrittlichen, aber konventionellen Flugzeug unterzogen. Die Bewertung wurde für die wichtige Aufgabe des Lufttransports über mittlere bis große Entfernungen mit 340 Passagieren und einer Auslegungsreichweite von 6500 nmi (~12.000 km) im Jahr 2035 durchgeführt. Sie zeigt -4,7 % CO2 für das turbo-elektrische PFC-Flugzeug im Vergleich zum fortschrittlichen Referenzflugzeug bzw. -36 % im Vergleich zu einer Ausgangsbasis aus dem Jahr 2000. Die NOx-Emissionen der PFC während des ICAO-Lande- und Startzyklus (LTO) werden um 1,8 % im Vergleich zur Referenz für das Jahr 2035 und um 41 % im Vergleich zum Basisjahr 2000 reduziert. Während des Reisefluges (auf hoher Flughöhe) kann das PFC-Flugzeug die NOx-Emissionen um 20 % bzw. 64 % gegenüber den Normen für das Jahr 2035 bzw. 2000 senken.

Hochwertige Forschungsergebnisse ebnen den Weg zu TRL 6

Während der dreieinhalbjährigen Laufzeit des Programms hat das CENTRELINE-Konsortium ein starkes Team aus führenden Forschungs- und Industrievertretern gebildet, das Europas führende Position in der Luftfahrt unterstützt. Mehrere promovierte Forscher haben an Themen gearbeitet, die für die Luftfahrtgemeinschaft von großem Interesse sind, und die CENTRELINE-Partner haben ihre Ergebnisse in mehreren Fachzeitschriften veröffentlicht. Ein Workshop für politische Entscheidungsträger wurde organisiert (Brüssel, 2019) und spezielle CENTRELINE-Sitzungen wurden auf ISABE- und EASN-Konferenzen abgehalten (2019). Bei den EC Aerodays (Bukarest, 2019) wurden das Windkanalmodell und ein Teil der Rumpf-Fanblade ausgestellt. Öffentliche Projektberichte, die die detaillierten technischen Ergebnisse dokumentieren, können von der CENTRELINE-Projektwebsite heruntergeladen werden. Die PFC-Technologie von CENTRELINE wurde auch in Sendungen von euronews und BBC vorgestellt. Ein gemeinsamer Zeitschriftenartikel des Konsortiums fasst die Endergebnisse des Projekts zusammen und kann unter folgendem Link eingesehen werden: https://doi.org/10.3390/aerospace8010016.

Projekthintergrund

Das Projekt CENTRELINE steht für „ConcEpt validatioN sTudy foR fusElage wake-filLIng propulsioN intEgration“ und wurde mit 3,7 Millionen Euro von der Europäischen Union im Rahmenprogramm Horizon 2020 gefördert. Das CENTRELINE-Projektkonsortium wurde vom Bauhaus Luftfahrt koordiniert und umfasste 11 Partner aus sechs europäischen Ländern. Dazu gehörten neben dem Bauhaus Luftfahrt vier führende Industriepartner, nämlich Airbus Defence and Space, Airbus Operations, MTU Aero Engines, Rolls-Royce und Siemens, sowie vier renommierte europäische Universitäten, nämlich die Chalmers University of Technology, die Delft University of Technology, die University of Cambridge und die Warsaw University of Technology, unterstützt von den Unternehmensberatungspartnern ARTTIC Innovation GmbH und ARTTIC SAS. Das CENTRELINE-Konsortium wurde von einem technischen Beirat begleitet, der sich aus Experten der Industrie und von Forschungseinrichtungen zusammensetzte.

Pressekontakt:

Verena von Scharfenberg
ARTTIC Innovation GmbH
scharfenberg@arttic-innovation.de

Projekt-Kontakt:

Dr. Arne Seitz, Projektkoordinator
Bauhaus Luftfahrt
arne.seitz@bauhaus-luftfahrt.net

Dieses Projekt wurde mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 723242 gefördert.

 

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