Anwendungsorientierte Methoden zur Analyse und Modellierung des Emissionsverhaltens moderner Triebwerke mit gestuften, mageren Brennkammersystemen auf Basis thermodynamischer Triebwerksmodelle:
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Köln
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2015
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abkürzungen XI
Verzeichnis der Formelzeichen XIII
1 Einleitung 1
1 1 Ziel der Arbeit, Vorgehensweise 3
2 Flugtriebwerke 5
2 1 Allgemeines 5
2 2 Umweltrelevante Prozessparameter 7
3 Anwendungsorientierte Modellierung von Turbo-Flugtriebwerken: Das Programm VarCycle 11
3 1 Basisversion 11
3 2 Diskussion der Vereinfachungen der Basisversion 11
3 3 Weiterentwickelte Programmversion 13
331 Ermittlung der aktuellen lokalen Gaseigenschaften 14
332 Entnahme von Masse und Wellenleistung 16
4 Emissionen aus Luftfahrttriebwerken 19
4 1 Hauptprodukte der Verbrennung 19
4 2 Stickoxide (NOx) 19
421 Thermische Stickoxidbildung 19
422 Prompt-NO 21
423 Distickstoffoxid-Mechanismus 21
424 Brennstoff NOx 21
425 Konzepte zur Reduzierung der NOx-Produktion 22
4 3 Produkte der unvollständigen Verbrennung 23
4 4 Partikel 24
VII
5 Ermittlung der Emissionen mittels Korrelationsverfahren 27
5 1 Grundprinzip der Korrelationsverfahren 27
5 2 Relative Korrelationsverfahren für Stickoxide (NOx) 29
521 Die p3-T3 Methode 31
522 Fuel Flow Methoden 33
523 Die DLR Fuel Flow Methode 34
524 Die Boeing Fuel Flow Methode 37
525 Vergleich der Ergebnisse 39
526 Die DLR/Stöppler Korrelation 40
5 3 Relative Korrelationsverfahren für Ruß 42
6 Modellierung eines Triebwerkskonzepts mit unkonventionellem Brennkammersystem 47
6 1 Das Triebwerksmodell 47
611 Datensammlung und Auslegung des VarCycle-Modells 47
612 Vergleich und Validation 50
6 2 Das Brennkammer-/Emissionsmodell 55
621 Konzepte NOx-armer Triebwerksbrennkammern 56
622 Das TAPS Konzept - Aufbau und Funktionsprinzip 59
623 Sammlung und Aufbereitung der Emissionsdaten 62
624 Referenzmodell des Emissionsverhaltens auf Basis absoluter Korrelationen 65
6241 Modell der Pilot Zone im konventionellen Betrieb 65
6242 Modelle der Pilot und Main Zonen im mageren Betrieb 67
6243 Modell einer Regelung der Brennstoffaufteilung 70
7 Verfahren zur Modellierung der NOx-Emissionen der gestuften Brennkammer mittels relativer
Korrelationsmethoden 79
7 1 Anwendungsverfahren der p3-T3 Methode 79
711 Standard-Anwendung 80
712 Modifiziertes Standardverfahren mit Hilfspunkt 81
713 Gestufte Anwendung der p3-T3 Methode mit angepasster Druck- und FAR-Korrektur 85
714 Zonale Anwendung der p3-T3 Methode 88
715 Zusammenfassung p3-T3 Methode 92
7 2 Anwendungsverfahren der Fuel Flow Methoden 92
721 Allgemeine Überlegungen 92
722 Bestimmung der Stufungspunkte 93
VIII
7 3 Anwendung der DLR Fuel Flow Methode
95
731 Standardverfahren 95
732 Gestufte Anwendung der DLR-Methode 96
733 Zonenweise Anwendung der DLR-Methode 99
734 Zusammenfassung DLR-Methode 103
7 4 Boeing Fuel Flow Methode 103
741 Standardverfahren 103
742 Gestufte Anwendung der Boeing-Methode 105
743 Zonenweise Anwendung der Boeing-Methode 110
744 Zusammenfassung Boeing-Methode 113
7 5 DLR/Stöppler-Methode 114
751 Standardverfahren 114
752 Zweistufige Anwendung der DLR/Stöppler Methode 115
753 Zonale Anwendung der DLR/Stöppler Methode 121
754 Zusammenfassung DLR/Stöppler-Methode 124
7 6 Vergleich der Methoden 124
8 Beispielhafte Anwendung der Methoden für eine Flugmission 127
8 1 Definition der Flugmission 127
8 2 Anwendung der Verfahren zur Ermittlung der NOx-Emissionen auf der Flugmission 129
8 3 Schlussfolgerungen für die Anwendung der Verfahren bei der Flugmissionsrechnung 136
9 Modellierung der Rußemissionen 139
9 1 Zusammenstellung und Aufbereitung der verfügbaren Referenzdaten 139
9 2 Gestufte Anwendung der DLR-Rußkorrelation 144
9 3 Anwendung auf die Missionsrechnung 146
9 4 Schlussfolgerungen zur Rußmodellierung 147
10 Zusammenfassung und Ausblick 149
Literaturverzeichnis 153
Anhang 159
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