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Die Hauptziele von FIRST bestanden darin, eine Möglichkeit zur Vorhersage der Kraftstoffzerstäubung zu liefern, die die Unregelmäßigkeit des Zerstäubungsprozesses bei Gasturbinen-Einspritzdüsen darstellen konnte, sowie ein verbessertes Verfahren zur Ruß-/Partikelmodellierung für numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) bei der Verbrennung bereitzustellen.

Vor dem FIRST-Projekt gab es nur sehr wenige Informationen über die Zerstäubungseigenschaften von Einspritzdüsen für Rolls-Royce-Triebwerke mit fetter und magerer Verbrennung. In der Regel wurden Lefebvre-Korrelationen verwendet, um die Randbedingungen der Kraftstoffzerstäubung für die CFD-Modellierung dieser Einspritzdüsen in Brennkammerströmungen abzuschätzen. Dieses grobe Verfahren, das für numerische Modellierung verwendet wurde, erschwerte die genaue Vorhersage von Strömungsfelder in Brennkammern und damit auch der Emissionen. Bevor weitere Fortschritte zur Verbesserung der Modellierungstechniken erzielt werden konnten, waren Messungen der Brennstoffpartikelgrößen und -geschwindigkeiten erforderlich..

In den Verbrennungslaboren von Rolls-Royce Derby wurde eine neue Prüfeinrichtung errichtet, die speziell für PDA-Messungen (Phase-Doppler-Anemometrie) von Kraftstoffnebeln aus Triebwerksdüsen entwickelt wurde. SCITEK führte bei der Phase-Doppler-Anemometrie und Strömungsvisualisierung alle Messungen für diese Studie durch. Es wurden Testgeometrien konstruiert und hergestellt, die einen einzelnen Sektor einer Motorbrennkammer darstellten, sodass die Zerstäubungsbedingungen besser der Realität entsprachen. Es wurden Einspritzdüsen mit magerer und fetter Verbrennung unter einer Reihe von Bedingungen getestet, die für die jeweiligen Motorzyklen relevant sind, und es wurden an zahlreichen Stellen detaillierte Messungen der Tröpfchengrößen und -geschwindigkeiten durchgeführt. Die Arbeit wurde auf Sprays aus alternativen Kraftstoffen ausgedehnt, um einen Vergleich mit einem standardmäßigen Kerosin-Spray zu ermöglichen.

Dank der Messungen des Sprühnebels aus den Kraftstoffeinspritzdüsen konnten nun die für CFD-Modellierung der Brennkammern von Rolls-Royce-Triebwerken erforderlichen Randbedingungen bestimmt und der Verlauf des Zerstäubungsprozesses beschrieben werden, während sich die Strömung stromabwärts von den Kraftstoffeinspritzdüsen weg bewegt. Dies sind wichtige Informationen zur Verbesserung der numerischen Modelle zum Vorhersagen der Reaktionsströme in Triebwerken. Die CFD-Modelle können nun anhand der Sprühmessungen für eine breite Palette von Geometrien und Bedingungen validiert werden, was die Modellierungsgenauigkeit erheblich verbessern wird. Zukünftige Konstruktionen von Brennkammern und Einspritzdüsen für Flugzeugtriebwerke werden von der verbesserten Modellierungsgenauigkeit profitieren.

 FIRST-Übersichtsbroschüre

Das Projekt NEWAC ist Bestandteil des von der Europäischen Kommission geförderten Sechsten Rahmenprogramms. Da der weltweite Luftverkehr in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich um durchschnittlich 5 % pro Jahr zunehmen wird, zielt das Projekt NEWAC darauf ab, die CO_2- und NO_x- Emissionen durch Entwicklung neuer Triebwerkskern-Konfigurationen mittels von Wärmemanagement, aktiven Systemen und fortschrittlicher Bauteiltechnologie zu reduzieren.

Frühere Technologieprogramme haben bereits Konzepte und Technologien zum Erreichen der ehrgeizigen Umweltziele von ACARE aufgezeigt. Im Rahmen des Programms NEWAC werden innovative Kernkonfigurationen entwickelt und validiert, mit denen die CO2- und NOX-Emissionen stark reduziert werden können. Diese Konzepte werden sich Wärmemanagement (Zwischenkühler, Kühlluftkühlung, Wärmetauscher), eine verbesserte Verbrennung, aktive Systeme und bessere Kernkomponenten zunutze machen. NEWAC wird innovative Komponenten entwickeln und herstellen sowie Modell-, Prüfstands- und Kerntriebwerkstests zur Validierung dieser kritischen Technologien durchführen. 40 Partner, darunter führende europäische Triebwerkshersteller, Zulieferer, wichtige europäische Forschungsinstitute und KMUs mit speziellem Fachwissen, werden im Rahmen des mit 71 Millionen Euro dotierten Programms, zu dem die Europäische Kommission 40 Millionen Euro beisteuert, gemeinsam neue Kerntechnologien für Flugzeugtriebwerke entwickeln.

Das Projekt STREAMLINE ist ein gemeinschaftliches Forschungs- und Entwicklungsprojekt, das durch das 7. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission teilfinanziert wird. An dem von Rolls-Royce Power Engineering koordinierten Projekt nehmen 21 Organisationen teil. Das Projektbudget beläuft sich auf 10,9 Millionen Euro.

Im Rahmen des STREAMLINE-Projekts (Strategische Forschung für innovative Schiffsantriebskonzepte) wurden mehrere hochmoderne Antriebssysteme und neue Antriebe mittels fortschrittlicher numerischer Strömungssimulation zur genauen Analyse und Konstruktion von Antriebseinheiten untersucht.

SCITEK war an WP2.2, „High Efficiency Waterjets at Low Speed“, beteiligt. Wasserstrahlsysteme sind eine unübertroffene Lösung für den Antrieb schneller Schiffe im Geschwindigkeitsbereich von 25 bis 45 Knoten und darüber. Trotz ihrer konkurrenzlosen Leistung bei hohen Geschwindigkeiten hat diese Antriebslösung jedoch einen großen Nachteil: Im Vergleich zur herkömmlichen Schraubenantriebstechnologie ist sie bei niedrigeren Geschwindigkeiten ineffizient. Um diese Einschränkungen zu überwinden und die Vorteile von Wasserstrahlantrieben in vollem Umfang zu nutzen, zielte WP22 auf die Entwicklung von Techniken ab, mit denen die Leistung von Wasserstrahlantrieben bei niedrigen Geschwindigkeiten erhöht werden konnte, um eine höhere Effizienz bei einem breiteren Betriebsprofil zu erzielen.

Bei der Konstruktion des Ansaugsystems muss normalerweise ein Kompromiss eingegangen werden: Gute Leistungen werden entweder bei hoher oder bei niedriger Geschwindigkeit erzielt. Durch Übertragen von Erkenntnissen aus der Luft- und Raumfahrt auf die Konstruktion und Optimierung des Ansaugkanals des Wasserstrahlantriebs konnte die Effizienz des Systems bei niedrigen Geschwindigkeiten verbessert werden, ohne wesentliche Leistungseinbußen bei hohen Geschwindigkeiten in Kauf nehmen zu müssen.

STREAMLINE CFD-Poster herunterladen.

Das Projekt Dream ist eines der europäischen Projekte, bei dem SCITEK als Partner beteiligt ist. Es wird von Rolls-Royce geleitet und umfasst 44 Partner aus 13 Ländern, die ihre umfangreiche Erfahrung und Kompetenz aus der europäischen und russischen Luftfahrtindustrie einbringen.

Das Projekt DREAM ist die Antwort der Triebwerksindustrie auf den kommerziellen und umweltpolitischen Druck, dem vor allem zwei Faktoren zugrunde liegen: der politische Druck zur CO2-Reduzierung, der seit der Veröffentlichung der ACARE-Ziele erheblich zugenommen hat, und die gestiegenen Kosten für Jet A-1-Treibstoff.

SCITEK Consultants bietet Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen, die sich auf unser umfangreiches Fachwissen in den Bereichen Prüfung und Messung von Thermofluiden, Konstruktion und Herstellung von Prüfständen sowie Instrumentierung und Software stützen. Wir verfügen auch über unsere eigenen Fertigungskapazitäten. Unser Kundenstamm kommt aus der Luft- und Raumfahrt, sowie der Brennstoffzellen- und Automobilindustrie.

Wir führen CFD-, CAD-, FEA-, Frequenz- und Dynamikanalysen durch und stellen maßgeschneiderte Instrumente für unterschiedliche Anwendungen her, darunter Schwingungs- und Verbrennungsuntersuchungen. Im Rahmen unserer Forschungsarbeit betreiben wir auch unser eigenes Gasturbinentriebwerk (Rolls-Royce Viper 201), das bisher zur Entwicklung und Prüfung von Prototypsensoren eingesetzt wurde. SCITEK Consultants beschäftigt 12 Mitarbeiter. Die meisten Mitglieder unseres Teams besitzen einen F&E-Hintergrund in der Luft- und Raumfahrt. Unsere Büros befinden sich in Derby, Großbritannien.

SCITEK und Dream

Im Rahmen des Dream-Projekts Package 2.3 werden zwei Pylon-Konstruktionen auf der Open-Rotor-Plattform installiert, um Lärmentstehung zu untersuchen und Lösungen zur Reduzierung des Lärmpegels zu entwickeln. Ziel ist es, einen Lärmpegel zu erreichen, der dem eines Rotors im nicht installierten Zustand entspricht. Unsere Aufgabe ist es, die Pylone zu entwerfen, herzustellen, zu instrumentieren und ihre Kompatibilität mit den Windkanälen der ARA und DNW sicherzustellen. Im Rahmen von Package 2.3 sind wir auch an der Entwicklung und Herstellung eines Prüfstands für die Pitch-Regelung beteiligt, der zur Evaluierung des Antriebssystems, der Sensortechnologie und der Regelungsgesetze für den offenen Rotor verwendet wird.

Durch unsere Beteiligung bei DREAM werden wir in der Lage sein, unsere Kenntnisse und Erfahrungen bei der Entwicklung und Herstellung von F&E-Anlagen sowie der Instrumentierung und Prüfung erheblich auszubauen. Außerdem bietet uns das Projekt die einzigartige Gelegenheit, in einem anregenden internationalen Umfeld zu arbeiten.

Der Nutzen von DREAM liegt im erworbenen Know-how. Das Projekt wirkt zudem als Katalysator für Expansion und wird uns zu einer größeren Sichtbarkeit in der Luft- und Raumfahrtindustrie verhelfen.