AMNESIA II: Body-Force-Modell zur universellen Anwendung von Einlauf-Fan-Strömungen unter Berücksichtigung von Einlaufstörungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens Friedrichs
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578814512

Die Luftfahrtindustrie strebt nach einer Steigerung der Gesamteffizienz von Flugzeugtriebwerken durch verbesserte Leistungsgewichtsverhältnisse. Dies führt zu Triebwerksdesigns, die nahe an den Grenzen der aerodynamischen, thermischen und strukturellen Komponenten arbeiten. Das Zweikreis-Triebwerk, insbesondere Ultra-High-Bypass-Ratio (UHBR) Turbofans, spielt hierbei eine wichtige Rolle. Durch eine Erhöhung des Nebenstromverhältnisses wird der Propulsionswirkungsgrad verbessert, jedoch steigt das Gewicht aufgrund von Technologien wie Getrieben und größeren Durchmessern. Um die Nachteile wie erhöhten aerodynamischen Widerstand aufgrund größerer Stirnflächen zu minimieren, werden kürzere Triebwerkseinläufe in Erwägung gezogen. Allerdings bringen diese kürzeren Einläufe aerodynamische Herausforderungen mit sich, insbesondere bei kritischen Betriebspunkten. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist eine präzise Einlaufgestaltung unter Berücksichtigung des Fans erforderlich, um dessen Einfluss auf die Einlaufaerodynamik genau abzubilden. Reduzierte Modelle bieten eine Möglichkeit, den Ressourcenbedarf zu senken, indem sie kleinere Einbußen im Detailgrad akzeptieren. Ein reduziertes Modell wie das Body Force Model (BFM) kann die Auswirkungen der Fan-Aerodynamik auf den Einlauf darstellen und Rechenressourcen sparen. Experimente sind notwendig, um die Wechselwirkung zwischen Einlauf und Fan realitätsnah zu quantifizieren. Das Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen der TU Braunschweig verfügt über das INFRa-Rig zur experimentellen Quantifizierung jener Wechselwirkungen bei kritischen Betriebsbedingungen. Im Rahmen von eigenen Vorarbeiten wurden verschiedene Ansätze des BFM untersucht. Dieser Ansatz wurde in kommerzielle Software integriert und auf eine transsonische Fan-Stufe angewendet. Dabei wurden Ressourceneinsparungen von bis zu 10-fach im Vergleich zu Vollkranz-Simulationen erreicht. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, das BFM um verbesserte Verlustmodelle zu ergänzen, die auch Einlauf-Fan Wechselwirkungen vorhersagen können und dies mit experimentellen Ergebnissen zu validieren. Die kalibrierfreie Modellierung des Teillastverhaltens und die Allgemeingültigkeit des Modells für verschiedene Fan Geometrien sind hierbei Kernaspekte des beantragten Vorhabens. So sollen diverse am IFAS vorhandene Turbofanschaufelgeometrien – darunter auch die V2500-A1 Turbofanschaufelgeometrie – mit dem Modell untersucht, und mit herkömmlichen RANS Ergebnissen verglichen und damit bewertet werden. Ebenso, soll das BFM auf reale Einlaufstörungen angewendet und anhand von Experimenten validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen