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Flugmotor 2030

BTULogo deutsch grauAm Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe (VFA) der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU CS) wurde eine Flugtriebwerksfamilie (HSD=Hybrid Super-Drive) im Leistungsbereich 300-1500kW konzipiert (Abb. 1).
Diese wurde erstmalig beim diesjährigen Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress vorgestellt.

Flugmotor 2030 Abb1
Die parallelhybriden Wellentriebwerke stellen eine Kombination zwischen Turbo-Compound und E-Antrieb dar. Hierbei wird das Turbo-Compound-Triebwerk durch zwei Mehrscheiben-Rotationskolbenmotoren (Bauart Wankel) in Kombination mit einer zentralen luftgelagerten Turbomaschineneinheit mit integriertem Generator realisiert (siehe Abb. 2). Die Leistungskopplung erfolgt dabei elektrisch.

Flugmotor 2030 Abb2

Der Turbomaschinenverdichter arbeitet mit einem Druckverhältnis von 3,8 (bis 4,8 / je nach Flight-Envelope) und ermöglicht in Kombination mit der Rotationskolbenmaschine Verdichtungsenddrücke bis 70 bar und Verbrennungsdrücke bis 105bar.

Flugmotor 2030 Abb4Durch Nachexpansion des Abgases über die Turbine der Turbomaschineneinheit ergibt sich je nach Flughöhe ein zusätzlicher Leistungs-(Energie-)gewinn von 18-25%. Bedingt durch die geschickte thermodynamische Kreisprozessführung liegen die Verbrauchswerte des konzipierten diesel- und kerosintauglichen Wellentriebwerkes bei niedrigen 210-230g/kWh. Da das Kerntriebwerk (Hochdruckprozessanteil) eine Rotationskolbenbauart darstellt, existieren keine oszillierenden Massenkräfte, die Drehungleichförmigkeit ist extrem niedrig und es ergibt sich ein sehr hohes Leistung zu Gewichtsverhältnis (bis 2-3kW/kg). So ist beispielsweise die Laufruhe und die Drehgleichförmigkeit des dargestellten HSD 8650-E10 Triebwerkes vergleichbar mit dem eines 24-Zylinder Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotors. Das Wellentriebwerk basiert auf einer bewährten Wankelmotorenmechanik mit vergrößertem Kammervolumen mit einem hybriden Brennverfahren. Zwei Mehrscheiben-Triebwerksbänke mit jeweils einer E-Maschine arbeiten über ein Sammelgetriebe auf einen Propeller oder Fan (je nach Flugzeugspezifikation). Der zentrale luftgelagerte Turbosatz (Verdichter und Turbine, siehe Abb. 3) mit integriertem Generator ist über einen E-Speicher mit Energiemanagement mit den E-Maschinen gekoppelt.

Kombiniert man das beschriebene Haupttriebwerkssystem mit einer weiteren zusätzlichen luftgelagerten „Mikrogasturbine mit Rekuperator" (aus dem Energie-und Antriebstechnologiebaukasten des Lehrstuhls) so lassen sich hocheffektive luftfahrttechnische Mischhybridsysteme für die Flugzeuge von „Morgen" darstellen (Abb. 4). Mit der luftgelagerten Turbomaschinentechnologie des Haupttriebwerkes und der genannten Hilfsturbine ergeben sich vollkommene öl- und partikelfreie Kabinenluftbedingungen.

Flugmotor 2030 Abb3

In einer Vergleichsstudie konnte am Beispiel einer Beechcraft 1900D der Leistungs- und Verbrauchsvorteil des hybriden Systems (zwei HSD-Propeller-Triebwerke) im Regionalbetrieb belegt werden.
Eine luftfahrtechnische Realisierung ist dank der im Land Brandenburg vorhandenen Basistechnologien (luftgelagerte Mikrogasturbinentechnologie und Wankeltechnologie) in einer Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und dem Lehrstuhl VFA der BTU-CS (Prof. Dr.-Ing. H.P. Berg) vorgesehen.
Für ein geplantes Forschungsprogramm mit dem Arbeitstitel „Flugmotor 2030 / Hybrid Super Drive" werden weitere Industrie- und Hochschulpartner gesucht.

Kontakt:
BTU Cottbus-Senftenberg
Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe
Prof. Dr.-Ing. Heinz Peter Berg
Siemens-Halske-Ring 14
03046 Cottbus
Internet: https://www.vfa.tu-cottbus.de
Email: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Tel.: +49 (0) 355 - 69 / 45 92