Hybridisierte Verdichterkonzepte - "HybVer"; Verdichteraerodynamik und -betriebsverhalten; HybVer (HYBride VERdichterkonzepte)

Abstract

In diesem Bericht werden die Arbeiten und Ergebnisse des Vorhabens "HybVer - Verdichteraerodynamik und -betriebsverahlten" als Teil des Verbundprojekts "Hybridisierte Verdichterkonzepte - HybVer" dargestellt. Das Ziel von HybVer war es das Potential zur Verbesserung der Betriebscharakteristik und zu einer kompakteren Bauweise mehrstufiger Turboverdichter, sowie eine Verbesserung der Effizienz und Flexibilität der Gasturbine im Teillast auszuschöpfen. Hierzu wurden im Verbund multidisziplinäre Konzepte zur Hybridisierung von Axialverdichtern untersucht. Betrachtet wurden Antriebssysteme sowohl für die Regionalflugzeug- als auch für die Helikopteranwendung. Zur Bewertung von Verdichteraerodynamik und -betriebsverhalten wurde im hier beschriebenen Vorhaben eine Auslegungskette aufgebaut, bestehend aus Verdichtervorauslegung und Mittelschnittverfahren, und die dazu genutzten vorhandenen Tools weiterentwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass eine kompaktere Bauweise durch Verwenden gegenläufiger Rotoren in beiden Anwendungsfällen möglich ist. Durch den individuellen, elektrischen Antrieb der gegenläufigen Rotoren, konnte die Betriebscharakteristik im Vergleich zum Referenzfall verbessert werden. Im Technologieentwicklungsplan ist, auf Basis der kritischsten Punkte, ein möglicher Weg für die Indienststellung bis 2035 aufgezeigt. Es konnte gezeigt werden, dass die Verdichterhybridisierung einen wichtigen Beitrag zu den im europäischen Strategiedokument "Flightpath 2050" formulierten Umweltschutzzielen beitragen kann. This report presents the work and results of the "HybVer - Compressor Aerodynamics and Operating Behavior" project as part of the joint project "Hybridized Compressor Concepts - HybVer". The aim of HybVer was to exploit the potential for improving the operating characteristics and achieving a more compact design for multi-stage turbo compressors, as well as improving the efficiency and flexibility of the gas turbine in part-load. For this purpose, multidisciplinary concepts for the hybridization of axial compressors were investigated in this joint project. Propulsion systems for both regional aircraft and helicopter applications were considered. To evaluate compressor aerodynamics and operating behavior, a design chain consisting of compressor preliminary design and mean section method was established in the project described here, and the existing tools used for this purpose were further developed. It was demonstrated that a more compact design is possible in both applications by using counter-rotating rotors. The individual electric drive of the counter-rotating rotors improved the operating characteristics compared to the reference case. Based on the most critical points, the Technology-Roadmap outlines a possible path for commissioning by 2035. It has been demonstrated that compressor hybridization can make an important contribution to the environmental protection goals formulated in the European strategy document "Flightpath 2050".