Dieses Künstlerkonzept zeigt ein von der NASA entwickeltes Kleinkern-Triebwerk, das in das CFM RISE-Triebwerksdesign von General Electric Aerospace eingebaut ist. Der treibstoffeffizientere kleine Kern treibt einen großen offenen Turbofan an, was ebenfalls zur Effizienzsteigerung beiträgt. Die Bemühungen sind Teil der Sustainable Flight National Partnership der NASA, um die nächste Generation hocheffizienter Verkehrsflugzeuge zu informieren.
GE Aerospace
Die NASA wird bald zusammen mit der Industrie mit der Entwicklung eines neuen Triebwerkskonzepts für die nächste Generation hocheffizienter Verkehrsflugzeuge beginnen und damit offiziell in die nächste Phase des Projekts eintreten.
Im Rahmen des Ziels der NASA, die Luftfahrtindustrie nachhaltiger zu gestalten, entwickelt die Agentur einen kleinen Kern für ein hybridelektrisches Turbofan-Triebwerk, das den Treibstoffverbrauch im Vergleich zu heutigen Triebwerken um 10 % reduzieren könnte.
Im Kern eines Strahltriebwerks wird komprimierte Luft mit Treibstoff kombiniert und gezündet, um Strom zu erzeugen. Durch die Verkleinerung dieses Kerns können die Kraftstoffeffizienz verbessert und die CO2-Emissionen reduziert werden.
Das Ziel des Projekts mit dem Namen Hybrid Thermally Efficient Core (HyTEC) besteht darin, diesen kompakten Kern zu demonstrieren und die Technologie für den Einsatz in Triebwerken für Flugzeuge der nächsten Generation in den 2030er Jahren bereit zu machen. HyTEC ist eine Schlüsselkomponente der Sustainable Flight National Partnership der NASA.
Um sein ehrgeiziges Ziel zu erreichen, ist HyTEC in zwei Phasen gegliedert:
- Die abschließende Phase 1 konzentrierte sich auf die Auswahl der Komponententechnologien für den Kerndemonstrator.
- In Phase 2, die jetzt beginnt, werden Forscher in Zusammenarbeit mit GE Aerospace einen kompakten Kern entwerfen, bauen und testen.
„Phase 1 von HyTEC geht zu Ende und wir beschleunigen Phase 2“, sagte Anthony Nerone, der HyTEC am Glenn Research Center der NASA in Cleveland leitet. „Diese Phase wird in einem Kerndemonstrationstest gipfeln, der die Technologie beweist, damit sie in die Industrie überführt werden kann.“
Das Ende vom Anfang
Bevor die Forscher mit dem Entwurfs- und Bauprozess für den Kern beginnen konnten, mussten sie innovative neue Materialien für den Einsatz im Motor erforschen. Nach drei Jahren bemerkenswert schneller Fortschritte haben die Forscher von HyTEC Lösungen gefunden.
„Wir waren vom ersten Tag an fokussiert. Wir haben das Projekt mit bestimmten technischen Zielen und Erfolgskennzahlen begonnen und mussten bisher von keinem davon den Kurs ändern“, sagte Nerone.
Um die Größe eines Kerns bei gleichbleibendem Schub zu verkleinern, müssen Hitze und Druck im Vergleich zu den heute verwendeten Standardstrahltriebwerken erhöht werden. Das bedeutet, dass der Motorkern aus haltbareren Materialien bestehen muss, die höheren Temperaturen standhalten.
Neben der Materialforschung untersuchte das Projekt auch fortgeschrittene Aerodynamik und andere wichtige technische Elemente.
Der Querschnitt eines typischen Turbofan-Triebwerks zeigt Teile des Kerns, an dessen Weiterentwicklung HyTEC arbeiten wird. Dazu gehören der Hochdruckkompressor, die Brennkammer, die Hochdruckturbine und die Stromgewinnungskomponenten.
NASA
Was kommt als nächstes
Phase 2 baut auf Phase 1 auf, um einen kompakten Kern für Bodentests zu schaffen, der die Fähigkeiten von HyTEC unter Beweis stellt.
„Phase 2 ist sehr komplex. Es handelt sich nicht nur um eine Kerndemonstration“, sagte Nerone. „Was wir entwickeln, ist noch nie zuvor gemacht worden und erfordert die Zusammenführung vieler verschiedener Technologien, um einen neuen Motortyp zu schaffen.“
Die im HyTEC-Programm getesteten Technologien werden dazu beitragen, ein viel höheres Bypass-Verhältnis, Hybridisierung und Kompatibilität mit nachhaltigen Flugkraftstoffen zu ermöglichen.
Das Bypass-Verhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen der Luftmenge, die durch den Motorkern strömt, und der Luftmenge, die den Kern umgeht, um ihn zu umströmen.
Durch die Verringerung der Kerngröße bei gleichzeitiger Vergrößerung des von ihm angetriebenen Turbofans – bei gleichbleibender Schubleistung – würde das HyTEC-Konzept weniger Treibstoff verbrauchen und die Kohlenstoffemissionen reduzieren.
„HyTEC ist ein integraler Bestandteil unseres RISE-Programms“, sagte Kathleen Mondino, die die Technologien des RISE-Programms bei GE Aerospace leitet. „GE Aerospace und die NASA arbeiten seit langem zusammen, um die neuesten Luftfahrttechnologien voranzutreiben. Das HyTEC-Programm baut auf dieser Beziehung auf, um die Zukunft eines nachhaltigeren Fliegens zu planen.“
Ein weiteres Puzzleteil ist die Hybridisierung. Die hybridelektrische Fähigkeit von HyTEC bedeutet, dass der Kern auch durch elektrische Energie erweitert wird, um den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen weiter zu reduzieren.
„Dieser Motor wird der erste Mild-Hybrid-Elektromotor und hoffentlich der erste Hybrid-Elektro-Serienmotor für Verkehrsflugzeuge sein“, sagte Nerone.
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