Leisere und schadstoffärmere Triebwerke – DLR und TU Berlin forschen gemeinsam

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Technische Universität Berlin forschen in Zukunft gemeinsam an leiseren und schadstoffärmeren Triebwerken. Am 17. Februar 2010 wurde in Berlin ein Abkommen zwischen dem DLR-Institut für Antriebstechnik und dem Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin über die zu-künftige Triebwerksforschung an einem neuen Heiß-Akustik-Teststand (HAT) unterzeichnet.

Der Heiß-Akustik-Teststand ist eine Hochtechnologie-Prüfstrecke für akustische und strömungsmechanische Versuche an strömungsführenden Oberflächen, wie zum Beispiel Triebwerksschaufeln, und weiteren, thermisch hoch belasteten Komponenten in Triebwerken. Die Prüfstrecke dient dazu, die akustischen sowie strömungsmechanischen Eigenschaften über- und durchströmter Komponenten, auch Liner genannt, zu vermessen. Im Mittelpunkt steht dabei die ganzheitliche Untersuchung der Auswirkungen starker Schallwellen auf die Kühlung dieser Bauteile.

Der zurzeit geplante Betriebsbereich deckt einen statischen Druck von bis zu 10 Bar sowie eine Zuströmtemperatur bis ca. 550 °C ab. Bislang konnten die Versuche nur unter Umgebungstemperatur und -druck durchgeführt werden. Der HAT ist weltweit die erste Anlage, mit der die Auswirkungen von Temperatur- und Druckunterschieden genauer erforscht werden können. Der Aufbau sowie der Betrieb des HAT wird gemeinsam vom DLR und der TU Berlin durchgeführt.

Herausforderungen
Die Umsetzung von neuartigen Brennkammerkonzepten in Triebwerken wird von zwei großen Herausforderungen begleitet: Zum einen haben die schadstoffärmeren Luft-Kerosin-Gemische eine größere Neigung zu starken akustischen Schwingungen, was zu einer höheren Lärmentwicklung führt. Zum anderen steht für die Kühlung und die akustische Dämpfung durch die Brennkammerwände weniger Luft zur Verfügung. Der HAT ermöglicht erstmalig die parallele Optimierung der Kühlfunktion und der akustischen Dämpfung von Brennkammerwandelementen.

Neben den Untersuchungen von Wandoberflächen sind weitere Projekte in Vorbereitung, in denen die strömungsmechanische und akustische Kopplung bei der Interaktion von Brennkammern mit Turbinenstufen erforscht werden soll. Bisher wurden diese Komponenten in Forschung und Entwicklung von Triebwerken meist getrennt voneinander betrachtet. Gerade vor dem Hintergrund der benötigten Effizienzsteigerung und Lärmminderung zukünftiger Triebwerksgenerationen ist die gesamtheitliche Erforschung der Wechselwirkung des Brennkammersystems mit den Turbinen essentiell.

Zwei Fragestellungen – ein Ziel
„Der gemeinsame Aufbau und Betrieb des HAT ist ein hervorragendes Beispiel für eine im Hinblick auf Ressourcen und fachliche Kompetenz optimale Zusammenarbeit zwischen einer Universität und der Großforschungseinrichtung DLR“, sagte Prof. Dr. Reinhard Mönig, der als Leiter des DLR-Instituts für Antriebstechnik das Abkommen unterzeichnete. „Die gemeinsame Nutzung eines Prüfstands für zwei inhaltlich scheinbar verschieden ausgerichtete, aber nur systemisch anzugehende Forschungsschwerpunkte trägt in erheblichem Maße zum Aufbau einer sehr erfolgversprechenden Kooperation mit der Abteilung Triebwerksakustik des DLR bei“, kommentierte dazu Prof. Dieter Peitsch, Leiter des Fachgebiets für Luftfahrtantriebe der TU Berlin. Prof. Dr. Lars Enghardt, Leiter der DLR-Abteilung Triebwerksakustik, betonte im Gespräch besonders die Bündelung der Fach-kompetenzen und die damit verbundene Attraktivität des Forschungsstandorts im Herzen von Berlin-Charlottenburg für externe Partner.
Der Forschungsschwerpunkt liegt seitens der TU Berlin auf strömungsmechanischen und thermischen Untersuchungen, während das DLR sich auf die Forschung zu den akustischen Eigenschaften der Wandelemente von Brennkammern konzentriert. Der Standort des HAT ist die große Versuchshalle des Fachgebiets für Luftfahrtantriebe auf dem zentralen Campus der TU Berlin in Berlin-Charlottenburg.

Der Prüfstand ist bereits weitestgehendfertig gestellt und wird nach Anbindung der Luftversorgung Mitte 2010 in Betrieb gehen. Von den zu erwartenden Ergebnissen der Forschungsarbeiten werden vor allem die Hauptkooperationspartner Rolls-Royce und MTU Aero Engines im Triebwerksbereich sowie Siemens Energy, Alstom Power und MAN Turbo aus dem Kraftwerksbereich profitieren können.

Graphische Darstellungen und Fotomaterial zum Projekt finden Sie unter:
www.tu-berlin.de/?id=76930
Weitere Informationen erteilen Ihnen gern: Prof. Dr.-Ing. Dieter Peitsch, TU Berlin, Institut für Luft- und Raumfahrt, Fachgebiet Luftfahrtantriebe, Tel.: 030/314-22878, Fax: -79448, E-Mail: dieter.peitsch@tu-berlin.de und

Prof. Dr. Lars Enghardt, DLR-Institut für Antriebstechnik, Abteilung Triebwerksakustik, Tel.: 030/310006-18, Fax: 030/310006-39