Aeroakustischer Vergleich eines ein- und eines mehrstufigen Fan-Konzepts für zivile überschallfähige Triebwerke

Abstract

Um eine neue Generation ziviler Überschallflugzeuge anzutreiben, müssen neue zivile Triebwerkskonzepte entwickelt werden. Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden zwei Fans für ein Triebwerk eines vierstrahligen Überschallairliners auf Vorentwurfsniveau entworfen und aeroakustisch verglichen. Es werden keine Aussagen über die Zertifizierungslärmpegel des betrachteten Flugzeugs getroffen, da weder Strahl- noch Flugzellenlärm modelliert werden. Es wird je ein einstufiger und ein zweistufiger Fanentwurf ohne variable Komponenten entwickelt. Dafür wird ein Optimierungsalgorithmus verwendet, welcher auf isentropen Wirkungsgrad aber auch die kumulierten Zertifizierungslärmpegel bei Start und Landung hin optimiert. Mit semi-analytischen Methoden werden diese Lärmpegel und die aerodynamischen Leistungen dieser Fankonzepte auf realistischen Start- und Landeflugbahnen vorhergesagt. Es zeigt sich, dass derartige Fans ohne variable Komponenten Gefahr laufen im Teillastbereich in die Pump- und im Volllastbereich in die Sperrgrenze zu laufen. Im direkten Vergleich von initialen und optimierten Entwürfen werden Verbesserungen des isentropen Wirkungsgrads und eine Senkung der Zertifizierungslärmpegel gefunden. Damit wird die Wirksamkeit des Optimierungsschritts im Entwurf belegt. Es wird gezeigt, dass das optimierte zweistufige gegenüber dem optimierten einstufigen Konzept im Auslegungspunkt einen höheren Wirkungsgrad hat und deutlich geringere aufsummierte Zertifizierungslärmpegel erzeugt.