AUFBAU UND BETRIEB EINES MESSSYSTEMS FÜR RUßPARTIKELANZAHL UND GRÖßENVERTEILUNG ZUR UNTERSUCHUNG VON ANWENDUNGSNAHEN TRIEBWERKSBRENNKAMMERN UNTER REALISTISCHEN BETRIEBSBEDINGUNGEN

Kurzfassung

Der Partikelausstoß von Flugtriebwerken wird derzeit von den Herstellern durch den verbindlich vorgeschriebenen Einsatz neuer Messverfahren hinsichtlich Partikelanzahl und –masse erfasst. Basierend auf diesen Messungen soll das bisherige Zulassungsverfahren abgelöst werden, das noch auf der Ermittlung von Rußzahlen beruht. Damit kommt der Kontrolle des Partikelausstoßes neben dem Ziel einer weiteren Stickoxidreduktion eine besondere Bedeutung in der Entwicklung moderner Fluggasturbinen-Brennkammern zu. Das neue Verfahren zur Ermittlung von nicht-flüchtigen Partikelemissionen im Austritt von zivilen Flugtriebwerken > 26,7 kN Schub wird im SAE Aerospace Information Report (AIR) 6241 beschrieben. Dieser konstituiert ein reproduzierbares Verfahren zur Messung der Konzentrationen von Partikelmasse und Anzahl und kann somit über die Berechnung der jeweiligen Emissionsindizes zum Vergleich der Partikelemissionen verschiedener Triebwerke herangezogen werden. Da der größte Teil der Partikel-Emissionen durch die Verbrennung in der Triebwerksbrennkammer entsteht, erscheint die Messung dieser Konzentrationen während der Entwicklung künftiger Brennkammern zwingend. Dabei ist es sinnvoll, diese Messungen bereits auf dem kleinstmöglichen signifikanten TRL Niveau durchzuführen. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Umsetzung eines solchen Verfahrens in Anlehnung an die AIR 6241 hinter dem Austritt einer anwendungsnahen Multisektor-Brennkammer, zeigt Abweichungen dazu auf und bewertet diese. Dabei werden die Emissionsproben bei realistischen Betriebsbedingungen (realer Druck, reale Brennkammereintrittstemperaturen) gezogen und dem beschriebenen Messsystem zugeführt. Mit diesem Verfahren ermittelte Partikelemissionen werden exemplarisch ausgewertet und darüber hinaus mit Konzentrationen verglichen, die aus parallel gemessenen Rußzahl-Messungen abgeleitet wurden.