02.02.2021

Effizientes Fliegen mit Propellern

Start des Europäischen Verbundprojekts CICLOP für neue Antriebskonzepte.

Um den Heraus­forderungen einer nachhaltigen Luftfahrt zu begegnen, forschen Wissenschaftler an der Technischen Universität Braunschweig im Forschungs­schwerpunkt Mobilität an neuen Triebwerks­technologien und Antriebs­konzepten. Im europäischen Verbund­projekt Ciclop unter Leitung der TU Braunschweig werden zum Beispiel verteilte Antriebe genauer untersucht: Flugzeuge werden mit vielen kleinen Propellern ausgestattet, die entlang der Tragflächen montiert sind. Dieser Antrieb ermöglicht die Reduzierung von Gewicht, Lärm und Energie­verbrauch. Für Experimente wird bis 2022 ein Modell mit Motoren und Propellern entwickelt, das im Windkanal getestet und vermessen wird.

Abb.: Studie eines elektrischen Regional­flugzeugs mit mehreren Propellern an...
Abb.: Studie eines elektrischen Regional­flugzeugs mit mehreren Propellern an den Trag­flächen. (Bild: DLR, CC-BY 3.0)

Viele kleine elektrisch betriebene Propeller entlang der Tragflächen haben einen positiven Effekt auf den Auftrieb des Flugzeugs. Dadurch können die Flügelfläche verkleinert werden und so auch Gewicht und Energie­verbrauch der Maschine reduziert werden. Während der grund­sätzliche Effekt bekannt ist, muss man im Detail nicht nur die Wirkung vom Propeller auf den Flügel, sondern auch die Rückwirkung vom Flügel auf den Propeller und auch die zwischen den Propellern komplett verstehen. Genau das ist das Ziel von Ciclop, einem Verbund­projekt im Rahmen des europäischen Luftfahrt­forschungsprogramms „Clean Sky2“. 

Die TU Braunschweig ist verant­wortlich für alle Ciclop-Experi­mente. Dazu wird ein großes Forschungs­modell mit drei Motoren und Propellern unter­schiedlicher Geometrie gebaut. Anschließend werden die Propeller verschiedenen Tests im Windkanal der TU Braunschweig unterzogen und Messungen durchgeführt. Hierbei werden sowohl die Kräfte auf den Flügel als auch auf den rotierenden Propeller im Detail gemessen. Gleich­zeitig gibt es die in der Aerodynamik typischen Druckmess­stellen zur Analyse des Verhaltens des Tragflügels. Kombiniert werden diese Messungen mit speziellen Techniken wie zum Beispiel Anstrich­versuchen am Modell im Windkanal. Bei Anstrichversuchen wird eine noch flüssige Öl-Suspension aufgetragen, die im Windkanal durch die Umströmung verläuft und ein Anstrichbild hinterlässt. Dessen Muster lässt zum Beispiel Rückschlüsse auf die Strömungs­struktur und das wichtige Verhalten der Grenzschicht zu.

Das Projekt Ciclop wird im „Clean Sky 2“-Forschungs­rahmenprogramm gefördert. Der Förderanteil der TU Braunschweig liegt bei 850.000 Euro. Seitens TU Braunschweig arbeiten das Institut für Flugantriebe und Strömungs­maschinen und das Institut für Strömungs­mechanik mit CIRA, der italienischen Luftfahrt­forschungs­organisation, sowie mit Flugzeug­herstellern zusammen. Das Projekt startete am 01.12.2020 und endet am 30.11.2022. „Clean Sky 2“ ist eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der Euro­päischen Kommission und der europäischen Luftfahrt­industrie. Ziel ist die Reduzierung des Kraftstoff­verbrauchs und der damit verbundenen CO2-Emissionen sowie die Reduzierung von Lärm in der Luftfahrt. „Clean Sky 2“ erforscht, demonstriert und bewertet zu diesem Zweck Einzel­technologien und Vehikel­konzepte.

TU Braunschweig / JOL

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