E-Foiling ist eine Wassersportaktivität, bei der die sporttreibende Person auf einem Foilboard über das Wasser gleitet. Das Besondere dabei ist, dass das Foilboard von einem elektrischen Antriebssystem angetrieben wird. Dieses Antriebssystem besteht hauptsächlich aus einer Strömungsmaschine, die den Antrieb des Boards gewährleistet. Das Foilboard selbst verfügt über eine oder mehrere Tragflächen, die unter dem Board angebracht sind. Diese Tragflächen erzeugen einen Auftrieb, der das Board aus dem Wasser hebt. Die Kombination aus elektrischem Antrieb und Tragflächen ermöglicht es der sporttreibenden Person, Geschwindigkeiten und Auftriebskräfte zu erreichen, die das Board in einen Schwebezustand über dem Wasser führen. E-Foiling ist eine Kombination aus Grundlagen der Strömungsmaschinen und -mechanik, Wassersport, Elektromobilität und technischer Innovation. Diese Kombination macht es zu einem idealen Versuchsgegenstand. Deshalb besitzt das IFAS ein E-foil für studentische Arbeiten. Are you ready to fly? Natürlich voll elektrisch!
Technische Daten:
Max. Rotordrehzahl 13200 rpm
Max. Leistung: 8,3 kW
Gewicht: 35 kg
Höchstgeschwindigkeit: 45 km/h
Gewässer: https://www.blauersee-garbsen.de/
Der Propulsor-Prüfstand des IFAS ist eine Testumgebung zur Untersuchung zukünftiger High-Bypass Flugantriebe. Er bietet die Möglichkeit, den kalten Kreislauf eines Triebwerkes in Form eines elektrisch angetriebenen Modells (Maßstab ca. 1:3) zu untersuchen. Die Bezeichnung „Propulsor“ steht dabei für die schuberzeugende Komponente eines Triebwerkes. Für Antriebe mit sehr großen Bypass-Verhältnissen ist dieser sog. Propulsor der kalte Kreislauf, d.h. der Teil des geförderten Luftmassenstromes, der nicht an der Verbrennung im Kerntriebwerk teilnimmt.
Generell gilt, dass mit zunehmendem Bypass-Verhältnis das Druckverhältnis über den Fan abnimmt, sodass insbesondere im Off-Design Betrieb, also im Wesentlichen Start und Landung, neue Technologien erforderlich sind um einerseits die Vorteile des höheren Bypass-Verhältnisses zu nutzen und andererseits keine Einbußen bei der Betriebsstabilität entstehen.
Zur Untersuchung dieser kritischen Off-Design Betriebszustände können in der Teststrecke des Prüfstandes Zustände wie Seitenwind und Anstellwinkel generiert werden um so das Verhalten zukünftiger Propulsoren unter diesen Bedingungen zu testen.
Die experimentelle Repräsentation dieser Schuberzeuger erfolgt im Prüfstand durch das INFRa-Rig (Integrated Nacelle Fan Rig assembly). Hierbei handelt es sich um einen hochinstrumentierten Messaufbau, der es ermöglicht unterschiedliche Propulsoren und Komponenten zu untersuchen.
Das Zusammenspiel aus seitenwindfähigem Windkanal und Leistungsstarkem Propulsor wird im nachfolgenden Video mit einer Nebelsonde visualisiert. Diese befindet sich einige Meter stromauf des Prüflings und bringt mit einem Abstand von etwa 40cm zur Testreckenwand Nebeltröpfchen in die Strömung ein.
Zu sehen ist das laufende Rig mit einer konstanten Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute. Anfangs noch ohne Seitenwindanteil, werden die Nebeltröpfchen über die Fangstromröhre in das Rig gesaugt und erlauben die Nachverfolgung einiger lokaler Stromlinien. Bei zugeschaltetem Seitenwind ist die Verdrängung des eingesaugten Luftmassenstroms in Seitenwindrichtung zu sehen, was zu einer Verformung der Fangstromröhre sowie einer Umverteilung des Luftmassenstroms führt. Durch weitere Erhöhung des Seitenwindes mit Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 Knoten lassen sich auf diese Weise auch Strömungsablösungen an der seitenwind-zugewandten Seite der Einlaufgeometrie erzeugen und das Zusammenspiel von Rotor und Einlauf unter diesen anspruchsvollen Bedingungen experimentell untersuchen.
Ansprechpartner:
Versuchstriebwerk IAE V2500
Unser Forschungstriebwerk ist ein voll flugfähiges, ziviles Flugzeugtriebwerk vom Typ IAE V2500-A1, das für den Einsatz in der Airbus-Baureihe 320 entwickelt wurde und seit den 1990 Jahren bis heute erfolgreich eingesetzt wird. Das 3,2 Meter lange, 4 Tonnen schwere Zwei-Wellen-Zweikreis-Triebwerk verfügt über eine Schubkraft von 111.000 Newton und ist seit Oktober 2014 Bestandteil des Forschungsgeräterepertoire des IFAS. Zudem besitzt dieses Forschungstriebwerk eine „Voll-Digitale Regelung“ und wird für seinen Einsatz als Versuchsträger mit einer 40-Kanal Telemetrieanlage zur Messung von Temperatur und Druck im rotierenden System, einer 128-Kanal Messwerterfassungsanlage für interstationäre Daten sowie mit Spezialsonden zur Messung von Totaldruck und Temperatur in Hochdruckverdichter und -turbine ausgerüstet. Mit diesem DFG geförderten Versuchsträger im Wert von 775.000 Euro verfügt die TU Braunschweig momentan als einzige Hochschule in Deutschland über ein ziviles Flugzeugtriebwerk nebst Messtechnik dieser Art.
Das Forschungstriebwerk befindet sich am IFAS und steht den Instituten des Niedersächsischen Forschungszentrums für Luftfahrt (NFL) der TU Braunschweig zur Verfügung.
Informationen über Projekte mit dem Forschungstriebwerk sind hier zu finden:
Ansprechpartner:
Der Prüfstand für Axialverdichter (DN400) besteht aus einer Einlaufdüse, einer Beruhigungskammer, der Teststrecke mit Lauf- und Leitrad und einem Radialventilator zur Absaugung sowie einer verstellbaren Drossel. Die Einlaufdüse dient der Bestimmung des Volumenstromes durch Messung der Druckdifferenz zwischen Umgebung und Düse. Durch die Beruhigungskammer soll eine homogene, axiale Anströmung der nachgeschalteten Verdichterstufe gewährleistet werden. An dieser Stelle wird zudem die Luft gefiltert. Der Rotor wird durch einen drehzahlregelbaren Drehstromasynchronmotor mit einer Nennleistung von 60 kW angetrieben. Der Betriebspunkt der untersuchten Verdichterstufe kann durch Variation der Drehzahl des Absaugventilators sowie der Drosselstellung angepasst werden.
| Technische Daten | |
|---|---|
| Bauart | offener Kreislauf |
| Gehäusedurchmesser | 400 mm |
| Nabendurchmesser | 220 mm |
| Maximale Drehzahl | 75 Hz |
| Maximaler Volumenstrom | 6 m^3/s |
| Maximale Antriebsleistung | 60 kW |
| Maximale Antriebsleistung der Absaugung | 90 kW |
Der Niedergeschwindigkeits-Axialverdichter (LSRC – Low Speed Research Compressor) wurde 2000 im Rahmen eines europäischen Forschungsvorhanbens konstruiert und 2001 in Betrieb genommen. Seitdem wird er am IFAS zur Forschung im Bereich der Verdichter von zivilen Flugzeugtriebwerken und stationären Gasturbinen eingesetzt. 2016 wurde der Prüfstand erweitert, sodass Zapfluft aus der Messstrecke entnommen werden kann.
Die Verdichterstufe saugt die Luft durch eine kalibrierte Einlaufmessdüse aus der Umgebung an. Nach einer Zulaufstrecke von ca. 1200mm passiert die Strömung ein Vorleitrad und 1 bis 2 darauffolgende Stufen. Damit können die Strömungsbedingungen in einem mehrstufigen Verdichter untersuchen werden. Im Anschluss an die Messstrecke wird der geförderte Luftmassenstrom in einem Sammelgehäuse aufgefangen und seitlich abgesaugt.
In dem als offenen Kreislauf ausgelegten Prüfstand werden Strömungsgeschwindigkeiten von maximal Ma = 0.3 und Reynoldszahlen im Bereich von Re = 5x105 erreicht. Um ein Verdichterkennfeld im Überlastbereich vollständig erfassen zu können, ist dem zu untersuchenden Prüfling ein radialer Absaugventilator nachgeschaltet, der die Anlagenwiderstände kompensiert. Dieser dient zusammen mit einem Linearschieber gleichzeitig als Drossel und ermöglicht so das stufenlose einstellen von Betriebspunkten.
Experimente mit modernen dreidimensional gestalteten Beschaufelungen zu den Themen Zapfluftentnahme mit verschiedenen Entnahmegeometrien und Entnahmearten sowie Fouling im Verdichter ergeben wertvolle Ergebnisse für die Auslegung effizienterer und gewichtsreduzierter Triebwerksverdichter und stationärer Gasturbinen.
Messtechnik:
Verwendungsbeispiele:
| Technische Daten | |
|---|---|
| Gehäusedurchmesser | 600 mm |
| Nabendurchmesser | 450 mm |
| Max. Machzahl | Ma∞ = 0.3 |
| Max. Reynoldszahl | Re = 5 x 10^5 |
| Auslegungsdrehzahl | 2800 U/min |
| Massenstrom | 3 - 10 kg/s |
| Antriebsleistung Axialverdichter | 75 kW |
| Antriebsleistung Absaugventilator | 90 kW |
Die Versuchsanlage zur Vermessung von Niederdruck-Axialventilatoren ist ein Kammerprüfstand nach ISO 5801 [ISO17] bzw. DIN 24163 [DIN85] für Prüflinge bis zu einem Durchmesser von 720 mm. Der Ventilator wird zur Vermessung frei ansaugend und frei ausblasend betrieben. Hierfür saugt der Prüfling die Luft aus der Umgebung durch eine Einlaufdüse an, bevor sie in die Beruhigungskammer gelangt. In der Beruhigungskammer befinden sich vier Beruhigungsgitter, die die Aufgabe haben, eine gleichmäßige Zuströmung zum Prüfling zu gewährleisten. Bevor die Luft zum Ventilator gelangt, passiert sie eine weitere Düse. Der Prüfling befindet sich in einem Rohr mit einem Durchmesser von 503 mm, welches als Montagehilfe für die Messausrüstung dient. Nach dem Rohr wird die Abströmung in die Umgebung abgegeben. Für die Variation des Betriebspunktes befindet sich nach der Einlaufdüse ein drehzahlgeregelter Hilfsventilator, sowie vor dem Eintritt in die Kammer eine verschließbare Drossel. Der Antriebsstrang ist in der Kammer frei schwingend vor der Düse montiert und erreicht eine maximale Drehzahl von 2750 U/min.
Messeinrichtungen
Ansprechpartner:
Der Kreiselpumpenprüftstand in DN300 ist als geschlossenes System ausgelegt. Um NPSH-Messungen durchführen zu können, kann der Systemdruck in weiten Grenzen variiert werden. Als Antrieb steht ein drehzahlvariabler 250 kW Elektromotor mit Drehmomentsensor zur Verfügung. Es besteht weiter die Möglichkeit Elektromotoren bis 200 kW wahlweise über Frequenzumrichter oder direkt am Netz zu betreiben. Der Prüfkreislauf ist an eine kombinierte Heiz- und Kühlschiene angeschlossen, um konstante Kreislauftemperaturen zu gewährleisten.
| Technische Daten | |
|---|---|
| Nenndurchmesser | 300 mm |
| Maximaldruck | 15 bar |
| Maximaler NPSH | 35 m |
| Maximale Leistung | 250 kW |
| Maximale Drehzahl | 3000 U/min |
Zur Erweiterung der Testmöglichkeiten und zur genaueren Untersuchung der Druckverteilung unterhalb des Borstenpaketes wurde die Mess- und Prüfeinrichtung mit Rotation errichtet. Entsprechend der vorhandenen Versuchseinrichtungen können Bürstendichtungen verschiedener Bauarten mit einem Innendurchmesser von 300 mm und einem maximalen Druck von 8 bar getestet werden.
In Hinblick einer möglichst vollständigen Erfassung der Druckverteilung unterhalb des Borstenpaketes wurden 8 Drucksensoren im axialen Abstand von 0,2 mm in die Welle integriert. Die Messsignale der Drucksensoren werden über eine Hohlwelle und einer Telemetrie aus dem rotierenden System heraus geführt. Entsprechend der Borstenpaketbreite der Bürstendichtungen kann die Lagerung des Dichtungsträgers um 5 mm axial verfahren werden, was die vollständige axiale Druckerfassung unterhalb des Borstenpaketes sicherstellt. Des Weiteren ist der Dichtungsträger drehbar gelagert, wodurch eine Bestimmung des Blow-Down Verhaltens unter Rotation der Welle bei gleichzeitiger Bestimmung des Drehmomentes, vergleichbar der Messeinrichtung ohne Rotation, alle 15° erfolgen kann.
Über eine, von der Messeinrichtung entkoppelten, Gerätebrücke bietet die Messeinrichtung die Möglichkeit zur Aufnahme weiterer Mess- und Visualisierungstechnik zur vollständigen Begutachtung der Versuchsträger.
Ansprechpartner:
Andreas Wittenberg, M.Sc.
Merkmale
Ansprechpartner:
Das Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen besitzt ein Modellstrahltriebwerk der Firma JetCat, welches als Anschauungsobjekt zur Vermittlung von Vorlesungsinhalten dienen soll. Außerdem sollen Studenten daran im Rahmen von studentischen Arbeiten selbständig Experimente durchführen können. Das Modelltriebwerk besteht aus einem Radialverdichter, einer Brennkammer und einem axialen Turbinenrad. Es können statische und dynamische Drücke am Verdichter bzw. Turbinenein- und austritt gemessenen werden. Außerdem werden die Temperaturen an diesen Positionen bestimmt. Die EGT sowie die Wellendrehzahl wird von der triebwerkseigenen Sensorik werksseitig überwacht.
| Technische Daten | |
|---|---|
| Leerlaufdrehzahl | 3300 rpm |
| Maximale Drehzahl | 112000 rpm |
| Leerlauf | 9 N |
| Maximaler Schub | 230 N |
| Turbineneintrittstemperatur | 753 - 1023 K |
| Druckverhältnis | 4 |
| Massenstrom | 0,45 kg/s |
| Austrittsgeschwindigkeit | 511 m/s |
| Stahlleistung | 58,8 kW |
| Verbrauch bei max. N | 0,73 l/min |
| Verbrauch Leerlauf | 0,129 l/min |
| SFC bei max. N | 0,15 kg/Nh |
| Gewicht | 2370 g |
| Durchmesser | 132 mm |
| Länge | 350 mm |
Die Herausforderungen für die Luftverkehrswirtschaft nach der Pandemie 2020/21 sind enorm, dies betrifft zum einen die Wiederaufnahme und Neustrukturierung des Flugverkehrs und zum anderen die langfristige Umstellung auf nachhaltige, emissionsarme Flugantriebe. Mit Beginn der Pandemie im Jahr 2020 ist die Anzahl der Flüge weltweit signifikant gesunken. Neben der Steigerung der Auslastung und damit Rückkehr zur Wirtschaftlichkeit muss die Luftfahrtindustrie quasi zeitgleich die große Aufgabe der Entwicklung neuer, nachhaltiger Luftfahrzeuge stemmen.
Es ist zu erwarten, dass der Luftverkehr seine Rolle als systemrelevanter Verkehrsträger der globalen Mobilität wieder aufnehmen wird, was eine Abstimmung mit den Zielen einer nachhaltigen Mobilität bedeutet. National bedeutet dies, Fortschritts- und Innovationstreiber für eine Branche zu sein und diesen Anspruch weiter auszubauen. Ein Weg zu diesen Zielen kann der Ausbau der Förderung von neuen Antriebsformen sowie weiterer umweltschonender Flugzeugtechnologien sein. Es werden emissionsärmere, energieeffizientere und leisere Flugzeuge benötigt. Des Weiteren bleibt die Anforderung nach einer generellen Gewichtsreduktion der Flugzeuge und Antriebe, sowie Leichtbaustrukturen und neue Designprinzipien als wesentliches Kompetenzfeld des Luftfahrtstandorts Deutschland zu etablieren. Dem folgend müssen neue Technologien für effizientere bis hin zu alternativen Antrieben und Flugzeugen nunmehr schnell entwickelt werden, damit diese rechtzeitig für die nächste Generation von Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen verfügbar sind. Dieser Forderung vorausgehend ist ein ausreichend entwickeltes Technologieniveau was nur über entsprechende großskalierte Modellversuche und unterstützt durch numerische Simulationen zu erreichen ist. Um dieses auch zukünftig qualitativ hochwertig bedienen zu können, fehlt dem Luftfahrt-Forschungsstandort der TU Braunschweig die passende Großfräsmaschine.
Die entsprechenden Fertigungsmöglichkeiten sind für den Forschungsstandort von entscheidender Bedeutung für die Umsetzung der verschiedenen Forschungsprojekte wie auch die des Sonderforschungsbereichs 880 „Hochauftrieb künftiger Verkehrsflugzeuge“. In verschiedenen Projekten wurden hier experimentell und numerisch der Einfluss einer aktiven Strömungsausblasung an der Flügelhinterkante, zur Laminarhaltung der Flügelumströmung, sowie die Anordnung von Propellerantrieben und konventionellen Triebwerken zum Flügel untersucht. Für diese Projekte wurden teilweise sehr aufwendige Flügelmodelle gebaut und in entsprechenden Windkanälen ausführlich untersucht. Für die Untersuchungen im Modellmaßstab sind sehr hohe Anforderungen für die Konturgenauigkeit von ca. 0,02 mm erforderlich, die auf die Länge der Modelle einzuhalten sind. Aber nicht nur bei diesen Flüglmodellen sondern auch bei Untersuchung von neuen Einlaufgeometrien für Flugtriebwerke ist es notwendig, die Fertigungstoleranzen so klein wie möglich zu halten und die Fertigung dieser in einer Aufspannung durchzuführen.
Die Gemeinschaftswerkstatt der Luft- und Raumfahrt der TU Braunschweig ist im Jahr 2012 aus der Zusammenlegung von vier Institutswerkstätten entstanden. Bereits damals wurden die Kapazitäten zur Steigerung der Forschungseffektivität aller Institute zusammengelegt. Heute greifen nicht nur die vier Ursprungsinstitutionen (Institut für Leichtbau, Institut für Flugführung, Institut für Strömungsmechanik und das Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen) sondern auch das Institut für Raumfahrtsysteme und studentische Vereinigungen auf die Fertigungsmöglichkeiten der Werkstatt zurück. Insgesamt wurde der Maschinenpark aller Institute durch die Zusammenlegung verkleinert, was letztlich auch den Stromverbrauch verringert, die Fertigungskapazitäten, das Fertigungswissen und der Zugriff der einzelnen Institute hat sich jedoch deutlich vergrößert. Zur Fertigung sind aktuell neben den konventionellen Dreh- und Fräsmaschinen insgesamt drei CNC-Fräsen vorhanden, somit weist die Werkstatt innerhalb der TU Braunschweig bereits eine beachtliche Fertigungskapazität auf, siehe nebenstehende Abbildung. Die beiden für große Modelle genutzten Fräsmaschinen DMU80T und DMU100T sind 5-Achs-gesteuerte Universal-CNC-Fräsen und weisen einen maximalen Verfahrweg von 800mm, bzw. 1000mm auf. Die größere der beiden Maschinen ist mit einem integrierten Drehtisch ausgestattet, der eine Fertigung von mittelgroßen zylindrischen Bauteilen, also etwa Triebwerkseinläufen und –gondeln, ermöglicht. Beide Maschinen sind kontinuierlich durch die Aufträge aus den Instituten ausgelastet und mit einer durchschnittlichen Wartezeit von aktuell mehr als 6 Monaten belegt. Auf den Maschinen werden die für die Versuche notwendigen Bauteile meist aus Leichtmetall gefertigt. Alternativ werden auch aus Formkunststoffen Formensätze gefräst, in denen dann in der angeschlossenen Kunststoffwerkstatt Bauteile in Kohlefaser-Verbundbauweise entstehen.
Durch die Zunahme an Großversuchen, die durch die Forderungen getrieben sind, Technologien in einem realitätsnähren Umfeld zu testen und einen höheren Technologiereifegrad (TRL) zu erreichen, nehmen die Anforderungen an den Bau von Versuchsträgern, insbesondere die Bauteilgröße, Oberflächenqualität und –genauigkeit bei zunehmender Modellgröße weiter zu. Durch die aktuell eingeschränkte hohe Genauigkeit und die generell zu geringe Fräskapazität wird die experimentelle Forschung an allen Instituten eingeschränkt. Projekte können nicht im geforderten Zeitrahmen bearbeitet werden, neue Projekte können mit den begrenzten Mitteln nur eingeschränkt beantragt werden. Es besteht mittel- und langfristig die Gefahr, dass der Forschungsstandort an der TU Braunschweig trotz großer und wichtiger Forschungsanlagen, wie der Propulsor Test Facility (PTF) des IFAS oder dem Modell Unterschallkanal Braunschweig (MUB) des ISM, durch den Mangel an Kapazität für die Fertigung der Modelle für die Prüfstände, ins Hintertreffen gerät. Eine Erhöhung der Fertigungsmöglichkeiten der Gemeinschaftswerkstatt durch die Beschaffung einer CNC-Fräse mit deutlich erhöhtem Bearbeitungsvolumen würde einen wesentlichen Beitrag zur Erweiterung der Forschungsmöglichkeiten an der TU Braunschweig und innerhalb des Exzellenzclusters SE²A leisten. Diese Investition beseitigt einen Flaschenhals, der immer mehr Projekte limitiert. Das Projekt trägt somit direkt zur Erforschung von Schlüsseltechnologien für eine nachhaltige und langfristig klimaneutrale Luftfahrt bei und unterstützt damit die europäische Luftfahrtindustrie bei der Bewältigung der Folgen der Covid-Pandemie und Einhaltung zukünftiger Klimaziele.
Die hier angedachte Maschine, eine 5-Achs-gesteuerte Fahrständer-Fräsmaschine soll große Bauteile bearbeiten können, dabei aber selbst relativ kompakt bauen. Auch ist die maximale Bauteilgröße auf eine Achse beschränkt, da alle zu fertigenden, großen Bauteile lang und schlank sind, während Gondelmodelle einen ähnlichen Verfahrweg in allen Achsen benötigen, der aber deutlich kleiner als der maximal mögliche ist. Maschinen dieser Größe verfügen meist über einen maximalen Verfahrweg von etwa 2000mm. Eine mit einem Kombinationstisch ausgeführte Maschine ermöglicht es einerseits lange Bauteile und Formen ohne Umspannen zu fertigen, während ein integrierter Rundtisch andererseits die Fertigung von zylindrischen Bauteilen (wie Gondeln) mit größeren Durchmessern bis zu 900mm sicherstellt.
Für eine solche Anschaffung fehlen den beteiligten Instituten grundlegend die finanziellen Mittel, einzig die Förderung der EU kann hierbei unterstützen. Das Projekt ist für eine Laufzeit von 15 Monaten angesetzt und soll planmäßig zum 31.03.2023 enden. Die Unterstützung beläuft sich dabei auf die Beschaffung der CNC Fräse selbst wie auch auf eine Grundausstattung an Werkszeugen und einem Einstellgeräte für diese. Insgesamt hat das Projekt ein Volumen von 515.000,00€ wobei 10% an Eigenmittel erbracht werden müssen.
Die Mittel werden zu 90% aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie finanziert des Programmgebiets Stärker entwickelte Region (SER) zur Verfügung gestellt.
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