Virtuelle Triebwerksplattform (VirTriP)

Um die Auswirkungen eines weiter wachsenden und leistungsfähigeren Luftverkehrs auf die Umwelt spürbar zu reduzieren, haben sich die EU-Kommission sowie die europäische Luft- und Raumfahrtindustrie in der Luftfahrtvision „Flightpath 2050“ einer drastischen Reduktion der CO₂- und NOx-Emissionen sowie des Lärmpegels verschrieben. Die Antriebe stellen für diese Zielsetzung eine Schlüsselkomponente dar. Die sehr kosten- und zeitaufwendige Neuentwicklung von Triebwerken und deren Komponenten sowie die Erprobung neuer Technologien stellen für die beteiligten Unternehmen und Forschungseinrichtungen ein hohes Risiko dar. Um diese Hürden zu minimieren, sollen über den Weg einer durchgehenden Digitalisierung und Virtualisierung der Aufwand sowie die Zeiten bis zur Einführung neuer Technologien und Komponenten drastisch reduziert werden. Die vollständige Virtualisierung eines Produkts oder Bauteils („digitaler Zwilling“) erlaubt die bedarfsgerechte sowie zeit- und kosteneffiziente numerische Untersuchung und Bewertung von geplanten Veränderungen, bevor risikoreiche Tests der realen Komponenten durchgeführt werden.

Im Rahmen des DLR-Projektes „Virtuelle Triebwerksplattform“ (VirTriP) werden in enger multidisziplinärer Kooperation verschiedener DLR-Institute die Grundlagen für diese virtuelle Triebwerksplattform gelegt. Die Plattform soll in ihrer endgültigen Form die Möglichkeit bieten, Triebwerkskomponenten und -bauteile in angepassten Detaillierungsstufen bis hin zur High-Fidelity-Analyse multidisziplinär und unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf das Gesamtsystem zu entwickeln, auszulegen und zu optimieren. Dabei müssen die Einzeldisziplinen Strukturmechanik, Strömungsmechanik, Thermodynamik und Aeroelastik umfassend betrachtet werden und auch ihre jeweilige Interaktion (z. B. Strömungs-Struktur-Interaktion) sowie die Interaktion der Komponenten (z. B. zwischen Brennkammer und Turbine) zukünftig mitberücksichtigt werden. In einem ersten Schritt wird im Projekt „VirTriP“ die Turbine hochgenau aufgelöst (High-Fidelity) betrachtet, während die restlichen Komponenten des Triebwerks vorerst noch in reduzierter Genauigkeit (Low-Fidelity) dargestellt werden. Zur Validierung wird dabei der DLR-eigene Turbinenprüfstand „NG-Turb“ in Göttingen genutzt und dessen Turbinenrig in das virtuelle generische Triebwerk integriert. Mit den am Prüfstand eingefahrenen Messdaten soll die virtuelle Turbine abgeglichen werden. In der Folge werden sukzessive auch die anderen Triebwerkskomponenten in High-Fidelity verfügbar gemacht, sodass die Plattform langfristig in der Lage sein soll, das Betriebsverhalten und den Lebenszyklus eines im Einsatz befindlichen Triebwerks detailliert nachbilden zu können.