Mitwirkung in ICAO CAEP WG3 zur Überarbeitung und Entwicklung von Emissionsstandards für zivile Überschallflugzeuge sowie zur weiteren Überprüfung der Unterschall-Emissionsstandards, insbesondere für nvPM

Kurzfassung

Infolge von Ankündigungen verschiedener Hersteller, eine neue Generation von Überschallflugzeugen auf den Markt zu bringen, wurde die Überarbeitung der veralteten Emissionsstandards für Überschalltriebwerke erforderlich. Dabei wurde insbesondere die Notwendigkeit der Anpassung des Lande- und Startzyklus (LTO-Zyklus) für potentielle moderne Überschallkonzepte identifiziert. Diese wird erforderlich, da davon auszugehen ist, dass moderne Überschallflugzeuge keine unzumutbare Lärmbelastung für die Bevölkerung darstellen dürfen. Ein entsprechend niedriger Lärmpegel wird jedoch absehbar nur durch den Verzicht auf Nachbrenner und den Einsatz von Technologien zur Lärmreduzierung mittels variabler Systeme (Variable Noise Reduction System, VNRS) erreichbar sein. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, diese Technologien zur Lärmreduzierung genauer zu analysieren und ihren konkreten Einfluss auf das Design einer neuen Generation von zivilen Überschallflugzeugen und deren Triebwerken zu bewerten und darauf aufbauend Empfehlungen für die Überarbeitung der Emissionsstandards für Überschallflugzeuge abzuleiten. Es konnten mehrere nationale und internationale Forschungsprojekte identifiziert werden, in denen Konzepte für Überschallflugzeuge und deren Triebwerke entworfen und publiziert wurden. Durch Vergleich dieser Konzepte konnte als ein grundsätzlicher Unterschied zu Triebwerken für den Unterschallflug die erforderliche starke Verzögerung der Strömung im Triebwerkseinlauf identifiziert werden, die hohe Lufttemperaturen und zusätzliche Widerstandskomponenten verursacht. Weiterhin wurde deutlich, dass die angestrebten niedrigen Lärmpegel einen starken Einfluss auf das Design der Konzepte haben. Dies wird durch den hohen Luftwiderstand der Triebwerke im Überschallflug verursacht, der durch einen kleinen Triebwerksdurchmesser reduziert werden kann. Zur Lärmreduzierung beim Abflugverfahren wird jedoch ein größerer Triebwerksdurchmesser benötigt, um den erforderlichen Startschub mit geringerer Strahlgeschwindigkeit und größerem Massendurchsatz zu erzeugen. Es konnte gezeigt werden, dass diese einander widersprechenden Anforderungen zu einem gewissen Grad durch variable Komponenten und Verfahren ausgeglichen werden können. Da nur dadurch ökologisch akzeptable und zugleich ökonomisch sinnvolle Konzepte ermöglicht werden, wird empfohlen, entsprechende Variabilitäten in neuen Emissionsstandards für Überschallflugzeuge und -triebwerke zu berücksichtigen. Entsprechende Änderungen am LTO-Zyklus wurden erarbeitet. Darüber hinaus wurde deutlich, dass aufgrund der beschriebenen Effekte die projektierte Flugmachzahl einen direkten Einfluss auf das Design und die erreichbare Effizienz von Überschallflugzeugen hat und daher bei deren Bewertung, z.B. durch einen potentiellen CO2-Standard, berücksichtigt werden muss. Darüber hinaus wurden auch mögliche Verbesserungen am Standard für nichtflüchtige Partikel (nvPM) aus Flugtriebwerken untersucht. Durch Vergleiche der bisher publizierten Daten aus Zertifizierungsmessungen und insbesondere Kombination der Daten unterschiedlicher Schubvarianten konnte gezeigt werden, dass die bisher publizierten Emissionsdaten nicht ausreichend sind, die nvPM-Emissionen von Flugtriebwerken über den gesamten Betriebsbereich hinreichend genau zu charakterisieren. Es wird daher die Einführung von Berichtspflichten für weitere Messpunkte empfohlen. Eine verbesserte Charakterisierung der Partikelverluste im Messsystem konnte nach wie vor aufgrund der schwierigen Datenlage nicht erreicht werden. Eine Weiterführung und Unterstützung dieser Aufgabe wird jedoch empfohlen.