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Design Space Exploration Study and Optimization of a Distributed Turbo-Electric Propulsion System for a Regional Passenger Aircraft

Biser, Stefan und Atanasov, Georgi und Hepperle, Martin und Filipenko, Mykhaylo und Keller, Dennis und Vechtel, Dennis und Boll, Martin und Kastner, Nir und Noe, Mathias (2020) Design Space Exploration Study and Optimization of a Distributed Turbo-Electric Propulsion System for a Regional Passenger Aircraft. In: AIAA Propulsion and Energy Forum and Exposition, 2020. AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 2020-08-24 - 2020-08-28, VIRTUAL EVENT. doi: 10.2514/6.2020-3592. ISBN 978-162410602-6.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2020-3592

Kurzfassung

Electric propulsion systems are considered as one possibility to reach the ambitious goals of the European Union’s Flightpath 2050 with regards to greenhouse gas emissions and noise. It has been claimed in several publications that Distributed Electric Propulsion (DEP) offers significant improvement in aerodynamic efficiency and thus a reduction in structural weight of the wing and noise emissions as well as additional degrees of freedom concerning flight control. To not outweigh those advantages by heavier drivetrains, the components within the electric propulsion system have to be extremely lightweight, efficient and reliable at the same time. The German nationally funded project SynergIE evaluates DEP for a 70 PAX regional reference aircaft with two (SE-2), six (DEP-6) and twelve (DEP-12) propulsion units with a turbo-electric drivetrain layout. This study aims to quantify the effect on the specific block fuel consumption for the different numbers of propulsors based on Top Level Aircraft Requirements (TLARs). The approach contains a coupled electric drivetrain system model which is based on physically derived, analytical models for each component linking specific subdomains, e.g., electromagnetics, structural mechanics and thermal analysis. A genetic algorithm is applied to optimise the key performance indicators (KPIs) of the electric system, before the results are fed back to the aircraft sizing process. It has been identified that constraints such as installation space or architectural decisions such as the number of propulsors have significant influence on the drivetrain weight and efficiency and interact with the whole aircraft sizing process, esp. with reference to nacelleweight and drag and thus the block fuel consumption. The study shows that the DEP-6 and DEP-12 project aircraft both have a potential of reducing the specific block fuel consumption by approx. 4.2% and 5.8% respectively in case of direct driven propellers, while for a geared-drive scenario a total reduction of up to 7.6% in case of DEP-6 and 8.5% in case of DEP-12 is possible, all compared to the direct-driven baseline (BSL) aircraft SE-2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137633/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Design Space Exploration Study and Optimization of a Distributed Turbo-Electric Propulsion System for a Regional Passenger Aircraft
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Biser, StefanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Atanasov, GeorgiGeorgi.Atanasov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hepperle, MartinMartin.Hepperle (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Filipenko, MykhayloNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keller, DennisDennis.Keller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1471-9433NICHT SPEZIFIZIERT
Vechtel, DennisDennis.Vechtel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1681-7333NICHT SPEZIFIZIERT
Boll, MartinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kastner, NirNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Noe, MathiasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 August 2020
Erschienen in:AIAA Propulsion and Energy Forum and Exposition, 2020
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2020-3592
ISBN:978-162410602-6
Status:veröffentlicht
Stichwörter:distributed electric propulsion, propeller, aircraft design
Veranstaltungstitel:AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum
Veranstaltungsort:VIRTUAL EVENT
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:24 August 2020
Veranstaltungsende:28 August 2020
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation und Validierung (alt), L - Konzepte und Integration (alt)
Standort: Braunschweig , Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Transportflugzeuge
Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt > Flugzeugentwurf und Systemintegration
Institut für Flugsystemtechnik
Hinterlegt von: Keller, Dennis
Hinterlegt am:18 Nov 2020 07:40
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:39

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