Forschungsinformationssystem des BMVI

zurück Zur Startseite FIS

Emissionsreduzierende Weiterentwicklungen von Flugtriebwerken

Erstellt am: 07.02.2004 | Stand des Wissens: 27.02.2024
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Für Triebwerke, die mit Kerosin betrieben werden, bemüht man sich, technische Maßnahmen zu entwickeln, die den Brennstoffverbrauch und den Ausstoß von Schadstoffen reduzieren. Dafür existieren zwei unterschiedliche Konzepte. Die Brennkammerkonzepte sollen eine Veränderung der Brennstoff- und Luftaufbereitung mit dem Ziel, die Emission der Stickoxide zu reduzieren bewirken. Sogenannte Fankonzepte dienen der Verbesserung des Wirkungsgrades des Vortriebs. Sie führen zu einer Effizienzsteigerung der Triebwerke und damit zu niedrigerem Verbrauch von Brennstoff. Der Fan ist ein propellerähnliches Rotorsystem (Gebläse). Er wird durch die in der Niederdruckturbinenwelle der Gasturbine erzeugte Rotationsenergie angetrieben. [Wulf01; WuHo97; Rach98]

Der Schadstoffausstoß eines Triebwerks hängt auch von dessen Alter bzw. Wartungszustand ab. Infolge des Verschleißes verringert sich der Gesamtschub bei gleichbleibenden Bedingungen um etwa 3 bis 4 Prozent gegenüber dem Neuzustand. Um den nötigen Schub zu erzeugen, müssen 3 bis 4 Prozent mehr Treibstoff verbrannt werden. Die Abgasemissionen (Stickoxide, NOx) erhöhen sich dabei um ebenfalls 4 Prozent unter Reisebedingungen, bei den Flugbewegungen im Flughafennahbereich (Start-, Lande- und Anflugmanöver) um 8 bis 10 Prozent. Verschleißerscheinungen an der Struktur des Luftfahrzeuges, die zum Beispiel zu einer verschlechterten Aerodynamik führen, machen sich dagegen erst nach vielen Jahren bemerkbar. Sie führen zu maximal 2 Prozent mehr Treibstoffverbrauch und 3 Prozent höheren NOx-Emissionen. Die Effizienz der einzelnen Triebwerkskomponenten kann mittels Messungen mit dem Flugdatenschreiber (Flight Data Recorder - FDR) sowie Triebwerksüberwachungssystemen (ECM-Engine Condition) aufgezeichnet und bestimmt werden. So lassen sich für jede einzelne Triebwerkskomponente Daten zur Performance und Lebensdauer ermitteln. Mit diesen Daten ist es möglich, Simulationen zu erstellen. Generell stellen die strengen Lufttüchtigkeitsanforderungen sicher, dass Flugzeuge von den Betreibern stets auf einem hohen Wartungsniveau gehalten werden. Doch mit Hilfe der oben genannten laufzeitbezogenen Leistungsmodelle ist es leichter möglich, vorherzusagen, wann ein bestimmtes Triebwerk den Umweltanforderungen ohne Überholung nicht mehr entspricht. [EUKom01p]

Das DLR hat Möglichkeiten der quantitativen Erfassung des Schadstoffausstoßes bei Flugzeugtriebwerken im Unter- und Überschallflug in einem Projekt aufgezeigt. Dazu wurden ein stark vereinfachtes Flugmechanikprogramm, ein Triebwerkssyntheseprogramm und Korrelationen zur Ermittlung der Emissionsindizes benutzt. Der im Modell vorhergesagte Treibstoffverbrauch stimmte gut mit den experimentell ermittelten Werten überein. Dies war allerdings nicht bei der Bestimmung der NOx Werte der Fall. Allerdings lieferte die Arbeit hierfür neue Ansätze hinsichtlich der Untersuchungsmethoden und zur Weiterentwicklung der Zulassungsvorschriften. [Deid98]
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Maßnahmen zur Minderung von Luftverkehrsschadstoffen (Stand des Wissens: 28.02.2024)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?34402
Literatur
[Deid98] Deidewig, Frank, Dr.-Ing. Ermittlung der Schadstoffemissionen im Unter- und Überschallflug, DLR / Köln-Porz, 1998/04, ISBN/ISSN ISSN 1434-8454
[EUKom01p] Norman, Peter D. Aircraft Environmental Impacts and Certification Criteria (AEROCERT) - Work Package 4: Characterisation of Through-life Deterioration Effects, 2001/04
[Rach98] Rachner, Michael Die Stoffeigenschaften von Kerosin Jet A-1, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Abteilung Unternehmensorganisation und -information 51170 Köln, 1998/03, ISBN/ISSN ISSN 1434-8462
[WuHo97] Wulff, Andreas, Hourmouziadis, Jean, Prof. Dr.-Ing. Technology review of aeroengine pollutant emissions, veröffentlicht in Aerospace Science and Technology, Ausgabe/Auflage 1997, No. 8, Elsevier / Paris, 1997/08, ISBN/ISSN ISSN 1270-9638
[Wulf01] Wulff, Andreas Entwicklung eines Verbrennungsmodells für Brennkammern von Fluggasturbinen, TU Berlin / Berlin, 2001/07
Weiterführende Literatur
[Midd01] Middel, Jan AEROCERT - Final Report for Publication, 2001
[Döpe02] Döpelheuer, Andreas, Dipl.-Ing. Anwendungsorientierte Verfahren zur Bestimmung von CO, HC und Ruß aus Luftfahrttriebwerken, DLR / Köln, 2002/06/24, ISBN/ISSN ISSN 1434-8454
[Schm99a] Schmitt, A., Deidewig, Frank, Dr.-Ing., Döpelheuer, Andreas, Dipl.-Ing., Lecht, Manfred, Dipl.-Ing. Entwicklung und Bewertung vereinfachter Verfahren zur Bestimmung von Abgasemissionen aus Flugtriebwerken im Reiseflug, DLR / Köln, 1999/12
[DLR01b] Döpelheuer, Andreas, Dipl.-Ing., Lecht, Manfred, Dipl.-Ing., Plohr, Martin Entwicklung vereinfachter Methoden zur Abgaszertifizierung (NOx) von Triebwerken unter Flugbedingungen, DLR / Köln, 2001/12
[MTU99] Hohmann, Dr. , Schubert, Zarzalis, Nikolaos, Prof. Dr. –Ing. NOx-Reduktion durch Homogenisierung des Gemisches in Brennkammern, MTU /München, 1999/11/05
[Stat148] ICAO Committee on Aviation Environmental Protection (CAEP) ICAO Aircraft Engine Exhaust Emissions DataBank, 2015/02
Glossar
NOx
= Stickoxide. Ist die Sammelbezeichnung für die Oxide des Stickstoffs. Die wichtigsten Stickoxide sind Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Es sind gasförmige Verbindungen, die sich nur wenig in Wasser lösen.
Die wichtigsten Stickoxid-Quellen sind natürliche Vorgänge, wie zum Beispiel mikrobiologische Umsetzungen im Boden, sowie Verbrennungsvorgänge bei Kraftwerken, Kraftfahrzeugen und industrielle Hochtemperaturprozesse, bei denen aus dem Sauerstoff und Stickstoff der Luft Stickoxide entstehen. Stickstoffdioxid ist ein Reizstoff, der die Schleimhäute von Augen, Nase, Rachen und des Atmungstraktes beeinträchtigt.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?74230

Gedruckt am Montag, 27. Mai 2024 23:26:19