Variable Fanschaufeln für maximale Effizienz im Reiseflug
- Im LuFo-Projekt EPIFAN (Entwicklung eines hybrid-elektrischen Antriebsystems bestehend aus Elektromotor und grenzschichteinsaugendem Schuberzeuger mit experimenteller Erprobung im Off-Design) wurden nun die Spezifikation des Antriebsstrangs sowie die Vorauslegung fertiggestellt.
- Eine der größten Herausforderungen bestand darin, die Anforderungen der Einzelkomponenten Fan und Elektromotor unter der Randbedingung eines geringen Gesamtgewichts miteinander zu vereinigen.
Da grenzschichteinsaugende Schuberzeuger ihre Vorteile hauptsächlich im Reiseflug ausspielen, wurde der Antriebsstrang im Projekt EPIFAN genau für diese Flugbedingung und Leistungsanforderung ausgelegt. Dabei ist besonders eine sorgfältige Abwägung der Drehzahl- und Drehmomentbereiche entscheidend, da letztere das Gewicht des Elektromotors und damit des zu installierenden Antriebsstrangs beeinflussen. Schwere Antriebe stellen große Herausforderungen bei der Integration in den Flugzeugrumpf dar und reduzieren die Nutzlast des Flugzeugs. Deshlab streben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaflter grundsätzlich ein geringes Gewicht an. Die Auslegungsstrategie der Forschenden, den Antriebsstrang für den Reiseflug zu dimensionieren, führt dazu, dass der Fan in bodennahen Betriebspunkten, das heißt beispielsweise beim Start und der Landung, das Nenndrehmoment des Elektromotors nur bei Teildrehzahl und damit Teillast abnimmt. Außerdem arbeitet der Fan nahe seiner Stabilitätsgrenze. Damit bestehen in bodennahen Betriebspunkten zwei Potentiale: Der Elektromotor hat Leistungsreserven und die Fanaerodynamik kann verbessert werden.
Die Lösung dafür sehen wir am Institut für Antriebstechnik in beweglichen Fanschaufeln. Sie ermöglichen, einerseits den Abstand der Fanbetriebspunkte zur Stabilitätsgrenze zu erhöhen und andererseits mehr von der installierten Leistung abzurufen. Dazu führten wir die Vorauslegung, Studien zum Blattverstellwinkelbereich und zur Spaltgröße zwischen Schaufeln und Gondel durch. Insbesondere die variable Spaltgeometrie stellte dabei eine besondere Herausforderung dar.
OSWALD Elektromotoren GmbH untersuchte verschiedene Motortopologien und wählte die vielversprechendste Bauart aus, während das Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen der Technischen Universität Braunschweig den Rumpf, das Seitenleitwerk und die Gondel auslegte. Die nächsten Arbeitsschritte des Projektteams sind nun die Detailauslegung der einzelnen Komponenten. Die Ergebnisse dieser Phase werden anschließend gefertigt und für die Testkampagne vorbereitet.
Kontakt
Annabel Brückmann