DLR und Rolls-Royce reduzieren Rußemissionen bei neuester Triebwerksgeneration

Die neue Brennkammertechnologie der aktuellen Pearl-Triebwerksfamilie und die damit erzielten Schadstoffreduzierungen sind Ergebnisse einer mehr als 30-jährigen Zusammenarbeit zwischen dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Rolls-Royce Deutschland.

Im Rahmen mehrerer vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderter Projekte des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo) wurden am DLR-Institut für Antriebstechnik unterschiedlichste Verbrennungsversuche und endoskopische Messungen durchgeführt. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern aus der Industrie verbesserten die Wissenschafftlerinnen und Wissenschaftler die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer und reduzierten somit das Entstehen von Ruß. Das Institut validierte die computergestützten Modellierungen des Triebwerksherstellers an einem seiner Verbrennungsprüfstände, indem es eigenentwickelte Lasermesstechniken einsetzte, um die Verbrennungsvorgänge und dabei insbesondere die Rußbildung direkt in der Strömung zu untersuchen. Parallel dazu führten die Brennkammerexperten eine Abgasanalyse stromab der Brennkammer durch, um die Schadstoffemissionen (gasförmig und insbesondere Ruß) zu untersuchen.

Durch die Analyse umfangreicher Daten konnte Rolls-Royce Deutschland bereits in einem frühen Entwicklungsstadium ein tiefes Verständnis der komplexen Vorgänge in der Brennkammer gewinnen. Insbesondere die Rußbildung ist einer der komplexesten Prozesse in der Brennkammer, denn bereits kleinste Veränderungen der Randbedingungen können zu dramatischen Veränderungen der Rußemissionen führen. Die direkte Verknüpfung der Vorgänge in der Brennkammer mit den entsprechenden Emissionen ist eine äußerst wertvolle Basis für das Verständnis und die zielgerichtete Entwicklung schadstoffarmer Technologien.

Das DLR-Institut für Verbrennungstechnik leistete ergänzend wertvolle Beiträge zur numerischen Simulation rußender Verbrennung. In generischen turbulenten Hochdruckflammen generierten die Forscherinnen und Forscher mit verschiedenen laserbasierten Messtechniken hochgenaue Validierungsdaten unter gut definierten Rahmenbedingungen, die der Triebwerkshersteller für die Weiterentwicklung und Validierung seines Codes Precise-UNS nutzte. Diese Validierungsdaten, dienten dem Institut für Verbrennungstechnik auch dazu, den institutseigenen Code ThetaCOM zu entwickeln und zu validieren.

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