Ausgangspunkt / Motivation

Die Luftfahrtindustrie steht vor der Herausforderung, Triebwerke sauberer und effizienter zu gestalten, insbesondere, da die Internationale Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) im Jahr 2023 erstmals verbindliche Grenzwerte für nicht-flüchtige Partikelemissionen (nvPM, im Wesentlichen Ruß) eingeführt hat, müssen Triebwerkshersteller die Rußbildung im Brennraum präzise messen und kontrollieren.

Bisherige Messmethoden stießen unter den extremen Bedingungen einer Brennkammer an ihre Grenzen. Das Projekt emootion baute auf dem erfolgreichen Vorläufer "emotion" auf, um eine Diagnosetechnologie zu schaffen, die direkt im "Herzen" des Triebwerks funktioniert.

Ziel war es, durch optische Überwachung Informationen zu gewinnen, die eine präzise Steuerung des Verbrennungsprozesses ermöglichen, um Umweltbelastungen zu minimieren und die Triebwerkslebensdauer zu verlängern.

Ziele

• Entwicklung einer optischen Messsonde, die unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen einer Triebwerksbrennkammer zuverlässig arbeitet
• Erreichen des technologischen Reifegrades TRL 4 für das Diagnosesystem am Projektende
• Schaffung einer Schlüsseltechnologie zur Rußerkennung und proaktiven Emissionsreduzierung
• Verbesserung des Sicherheitsmanagements und der Maschinenleistung durch präzise Echtzeit-Daten aus dem Brennraum

Inhalt

emootion konzentrierte sich auf die technische Realisierung einer Sonde, die optische Signale direkt aus dem Inneren der Brennkammer erfasst. Diese Signale geben Aufschluss über den momentanen Zustand der Verbrennung und ermöglichen eine Optimierung der Maschinenleistung

Ein besonderer Fokus lag auf der Überwachung von Zündprozessen und der Rußbildung am Prüfstand unter tatsächlichen Triebwerksbedingungen. Die Technologie ist transferierbar: Obwohl sie für herkömmliche Treibstoffe konzipiert wurde, eignet sie sich auch hervorragend für die Verbrennung von Wasserstoff. Aus den Arbeiten ging zudem ein Patent zur Rückführung von Abgasen direkt in der Brennkammer hervor.

Methodik/Vorgehensweise

Das Projekt nutzte die Erkenntnisse des explorativen Vorläufers „emotion" als Grundlage für die Weiterentwicklung. Methodisch stand der Transfer von Laborbedingungen hin zu realen, industriellen Triebwerksbedingungen im Vordergrund. Die Forschenden entwickelten robuste Sonden-Prototypen und unterzogen diese intensiven Tests unter stark erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen.

Dabei kamen moderne optische Diagnosetechniken zum Einsatz, um die Verbrennungsqualität in Echtzeit zu analysieren. Die enge Kooperation zwischen dem Industrieexperten Combustion Bay One und der FH JOANNEUM ermöglichte eine Verzahnung von theoretischer Modellierung und praktischer Erprobung zur Validierung der Systemstabilität.

Ergebnis zu Projektende

• Erfolgreiche Demonstration einer funktionsfähigen optischen Messsonde unter realistischen Druck- und Temperaturbedingungen (TRL 4)
• Anmeldung eines Patents zur Abgasrückführung bei der Verbrennung, die direkt in der Brennkammer erfolgt (AT519720B1)
• Nachweis der Eignung der Technologie für das Engine Health Monitoring und die proaktive Rußreduktion in der Luftfahrt

Projektkoordination

Combustion Bay One

Projektpartner:innen

FH JOANNEUM

COMBUSTION BAY ONE
Head Quarters (HQ)
Schuetzenhofgasse 22-7
A-8010 Graz
Tel.: 43 (316) 22 89 80
E-Mail: Office@CBOne.at