Projekt POWER25 - POtentiale zur Leistungssteigerung bei der integration von TriebWERken mit extremen Nebenstromverhältnissen am Tragflügel für 2025

Abstract

Zukünftige ultra-effiziente Flugzeuge werden sich alternativ zu CROR-Antrieben im Wesentlichen über größere Triebwerke mit extrem hohen Nebenstromverhältnissen in der Größenordnung von 15 bis möglicherweise 25 realisieren lassen, die dadurch allerdings signifikante aerodynamische, strukturdynamische und akustische Integrationsprobleme verursachen. In dem LuFo 5-3 Projekt POWER25 („Potentiale zur Leistungssteigerung bei der Integration von TriebWERken mit extremen Nebenstromverhältnissen am Tragflügel für 2025“) wurden Installationen von Triebwerken unterschiedlicher Nebenstromverhältnisse in Unter-/Überflügel- sowie Heckanordnung numerisch und experimentell untersucht. Es erfolgten disziplin-übergreifende Betrachtungen der aerodynamischen, aeroakustischen (Fan-, Strahl-Klappenlärm) und strukturdynamischen Problemstellungen (Schwingungen) für extrem hohe Nebenstromverhältnisse mit sehr kurzem Pylon oder radikaler, mit partiell über dem Flügel strömendem Fanstrahlen. Die Hauptziele des DLR Anteils des Projektes POWER25 im Rahmen des gleichnamigen, von Airbus geführten, Verbundprojekts sind die Konzeptfindung sowie die Identifikation von aerodynamischen, akustischen sowie strukturdynamischen Vor- und Nachteilen für sehr eng gekoppelte Flügel-Triebwerks-Integrationen mit extremen Nebenstromverhältnissen bis hin zu radikalen Integrationen. Damit verfolgte POWER25 das förderpolitische Ziel, eine weltweit technologische Vorreiterrolle für ein umweltfreundliches Luftverkehrssystem, das ab 2025-2030 einsetzbar sein soll, einzunehmen. Die disziplin-übergreifenden und mit Airbus koordinierten Arbeitsinhalte umfassten die Aerodynamik, die Akustik und die Strukturdynamik. In der Außen- und Fan-Einlauf-Aerodynamik wurden für Ultra- und Extrem-Hoch-Bypass-Verhältnis Triebwerke (UHBR, EHBR) Integrationskonzepte definiert und bewertet, die für den gesamten Geschwindigkeitsbereich einsetzbar sein sollen und möglichst die gleiche Leistungsfähigkeit wie konventionelle Anordnungen am Flügel gewährleisten. Dazu wurden numerische und seitens Airbus und DLR zusätzlich experimentelle Methoden, wie Stereo PIV, eingesetzt. Außerdem erforderten die zu erwartenden höheren Massen der Triebwerke theoretische Modellbildungen und numerische Schwingungsanalysen der Integrationskonzepte, die in POWER25 vom DLR in Koordination mit dem Verbundleiter durchgeführt wurden. Der hier vorliegende Abschlussbericht des DLR für das Lufo 5/3 Projekt Power 25 umfasst die Beschreibung der wissenschaftlichen Aktivitäten am DLR, die über den gesamten Projektzeitraum von Januar 2014 bis Dezember 2018 durchgeführt wurden und die bisher nur in den verschiedenen Halbjahresberichten dieses Zeitraums dokumentiert wurden.