Vergleichende Bewertung der Arbeitsprozesse zukünftiger Fluggasturbinen

Die zivile Luftfahrt bekennt sich zu Effizienzzielen, deren Erreichen als Folge des hohen technologischen Entwicklungsstands der gegenwärtigen Antriebskonzepte zunehmend auch die Betrachtung alternativer thermodynamischer Arbeitsprozesse erfordert. Mit der vorliegenden Arbeit wird ein Beitrag zur wissenschaftlichen Diskussion um mögliche Effizienzpotenziale geleistet und eine vergleichende Bewertung der Arbeitsprozesse zukünftiger Fluggasturbinen erbracht.

Auf der Grundlage von Zwischenkühlung, drucksteigernder Verbrennung, Zwischenerhitzung und Wärmerückführung werden 16 grundlegende Arbeitsprozesse definiert und mit dem Ziel der Effizienzmaximierung einer thermodynamischen Optimierung unterzogen. Die Vortriebserzeugung wird dabei von der Leistungsbereitstellung entkoppelt und durch einen generischen Propulsor mit hohem Vortriebswirkungsgrad erfasst. Die maßgeblichen technologischen Einflussgrößen und Optimierungsgrenzen werden berücksichtigt und deren Einfluss auf das Ergebnis der Optimierung diskutiert. Als Bewertungsgröße wird die Exergie in die Leistungsrechnung integriert und hierdurch die Quantifizierung einzelner physikalischer Verlustursachen möglich. Infolgedessen werden die wesentlichen Verlustmechanismen identifiziert und die Grenzen der thermodynamischen Optimierung zukünftiger Antriebskonzepte unter Berücksichtigung hoher Vortriebswirkungsgrade aufgezeigt. Auf der Grundlage der identifizierten Schlüsseltechnologien wird ein möglicher technologischer Entwicklungspfad aufgezeigt.