Ausgangspunkt / Motivation

Die Luftfahrt steht unter großem Druck, ihre Treibhausgasemissionen stark zu reduzieren, um die globalen Klimaziele zu erreichen. Herkömmliche Triebwerke stoßen bei der rein mechanischen Effizienzsteigerung zunehmend an ihre Grenzen.

Die Hybridisierung, also die gezielte Unterstützung des Verbrennungsmotors durch Elektromotoren, bietet hier ein enormes Potenzial zur Effizienzsteigerung. Besonders in Phasen wie dem Rollen am Boden (Taxiing) oder beim Start können elektrische Systeme den Treibstoffverbrauch und die Lärmbelastung senken, während sie gleichzeitig die Luftqualität an Flughäfen für Anwohnende und Personal verbessern.

Ziele

• Entwicklung eines Konzepts zur Hybridisierung von Geared-Turbofan Triebwerken mit skalierbarer elektrischer Leistung
• Untersuchung verschiedener Antriebsvarianten zur Ermittlung des optimalen Verhältnisses zwischen Treibstoffeinsparung und Zusatzgewicht
• Erreichung einer Treibstoffeinsparung von mindestens 5 % durch optimierte Systemkonzepte
• Detaillierte ökologische Modellierung zur Bewertung der CO₂- und Schadstoffbilanz über verschiedene Flugdistanzen

Inhalt

Das Projekt untersuchte die Integration elektrischer Komponenten wie E-Maschinen und Inverter in bestehende Triebwerksarchitekturen. Es wurden vier Varianten analysiert: vom reinen elektrischen Bordnetz-Generator über das elektrische Rollen am Boden bis hin zum elektrischen Boost beim Start und einem teilweisen "Downsizing" des Haupttriebwerks.

Ein zentraler Aspekt war die Auslegung mechanischer Komponenten wie Getriebe und Lagerungen, um die elektrische Leistung effizient auf den Fan zu übertragen. Die Studie berücksichtigte dabei auch das notwendige Thermomanagement und die Integration schwerer Batteriespeicher in die Flugzeugzelle.

Methodik/Vorgehensweise

Die methodische Umsetzung umfasste eine umfassende technische Machbarkeitsstudie und Variantenanalysen auf Basis des Referenzflugzeugs Airbus A320neo. Mithilfe komplexer Systemsimulationen wurde der Gesamtenergiebedarf für unterschiedliche Missionen (900 km und 2000 km Flugstrecke) berechnet.

Dabei wurden physikalische Randbedingungen wie Bauraum, Gewicht und Wirkungsgrade der Komponenten, etwa moderne SiC-Inverter, modelliert. Ein innovativer Ansatz war die ökologische Evaluierung, die neben CO2 auch Stickoxide und Partikelemissionen in Abhängigkeit von der Triebwerkslast berechnete, um den realen Umwelteinfluss präzise abzubilden.

Ergebnis zu Projektende

• Variante III (elektrisches Rollen und Boost beim Start) erwies sich als optimaler Kompromiss mit hohen Einsparungen bei moderater Zusatzmasse
• Nachweis, dass durch Triebwerksverkleinerung und elektrische Unterstützung bis zu 16,2 % Treibstoff auf Kurzstrecken eingespart werden können
• Signifikante Verbesserung der lokalen Luftqualität an Flughäfen durch emissionsfreies elektrisches Rollen
• Erfolgreiche Erstellung eines CAD-Designs für die hochintegrative Anbindung der Elektromotoren mittels eines speziellen Planetengetriebes

Projektkoordination

Advanced Drivetrain Technologies

Projektpartner:innen

• AIT Austrian Institute of Technology
• LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen

Advanced Drivetrain Technologies GmbH
Leonard-Bernstein Straße 8/2/ EG 01
A-1220 Wien
Tel.: +43 (676) 852 562 900
E-Mail: office@adt-engineering.at