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On the Performance of Variable-Geometry Ducted E-Fans

Kavvalos, Mavroudis und Schnell, Rainer und Mennicken, Maximilian und Trost, Marco und Kyprianidis, Konstantinos (2024) On the Performance of Variable-Geometry Ducted E-Fans. In: 69th ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2024. American Society of Mechanical Engineers. ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, 2024-06-24 - 2024-06-28, London, United Kingdom. doi: 10.1115/GT2024-122602. ISBN 978-0-7918-8807-0, 978-0-7918-8792-9.

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Kurzfassung

Electrically-driven ducted fans (e-fans), either underwing-mounted or located at the aft-fuselage, can potentially improve the system overall efficiency in hybrid-electric propulsion architectures by increasing their thrust share over the thrust generated by the main engines. However, the low design pressure ratio of such e-fans make them prone to operability issues at off-design conditions, i.e. take-off, where nozzle pressure ratio is close or below the critical value. This paper investigates the operational limitations of such e-fans, proving the necessity of variable geometry. A component zooming approach is deployed by integrating a streamline curvature method within an aero-engine performance tool to investigate the e-fan installed performance and operability. The concepts of variable pitch fan (VPF) and variable area nozzle (VAN) are systematically explored to quantify any performance benefits, while the unavoidable added-weight challenges due to variable geometry are taken into account. Although e-fans with low design pressure ratio (PR) are more susceptible to operability issues compared to higher PR e-fans, the former show improved overall efficiency levels, mainly dominated by propulsive efficiency. It is found that variable geometry not only tackles operability but it can improve the off-design overall efficiency of e-fans even more. VPF mostly affects the component efficiency by reshaping the e-fan performance maps, while VAN has a greater impact on propulsive efficiency by moving the operating points.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213320/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:On the Performance of Variable-Geometry Ducted E-Fans
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kavvalos, Mavroudismavroudis.kavvalos (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9922-3690181252679
Schnell, RainerRainer.Schnell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mennicken, MaximilianMaximilian.Mennicken (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trost, MarcoMarco.Trost (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0428-6512NICHT SPEZIFIZIERT
Kyprianidis, KonstantinosMälardalen University, Swedenhttps://orcid.org/0000-0002-8466-356XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:69th ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1115/GT2024-122602
Verlag:American Society of Mechanical Engineers
ISBN:978-0-7918-8807-0, 978-0-7918-8792-9
Status:veröffentlicht
Stichwörter:e-fan, variable pitch fan, variable area nozzle, surge margin
Veranstaltungstitel:ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition
Veranstaltungsort:London, United Kingdom
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:24 Juni 2024
Veranstaltungsende:28 Juni 2024
Veranstalter :American Society of Mechanical Engineers
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Triebwerkskonzepte und -integration
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Fan- und Verdichter
Hinterlegt von: Kavvalos, Mavroudis
Hinterlegt am:31 Mär 2025 14:02
Letzte Änderung:23 Jun 2025 16:21

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