29.11.2022 Clean Aviation: SWITCH-Projekt entwickelt Technologien für hybrid-elektrischen Water-Enhanced Turbofan

SWITCH steht für Sustainable Water-Injecting Turbofan Comprising Hybrid-Electrics. Das Projekt hat zwei revolutionäre Technologien im Fokus, die kombiniert werden: das Water-Enhanced-Turbofan-Konzept der MTU, kurz: WET, und hybrid-elektrische Antriebselemente. Basis ist der Getriebefan von Pratt & Whitney. Ziel ist es, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und damit auch der CO2-Emissionen um jeweils 25 Prozent zu demonstrieren (im Vergleich zu derzeitigen Triebwerken für Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge). Die neuen Technologien sind auch für den Betrieb mit nachhaltigen, alternativen Kraftstoffen - Sustainable Aviation Fuels (SAF) - geeignet. Bewertet wird weiterhin die zukünftige Verwendung von Wasserstoff als Enegieträger.
"Mit SWITCH erhalten wir die einmalige Chance, die Vorteile von WET- und hybrid-elektrischen Antriebstechnologien zu demonstrieren - und zwar nicht nur separat, sondern im Zusammenspiel in einem System sowie im Rahmen eines sehr starken Konsortiums", erklärt Dr. Stefan Weber, Leiter Entwicklung und Technologie bei der MTU in München. Weber weiter: "WET hat das Potential, die Effizienz deutlich zu steigern und alle klimarelevanten Emissionen signifikant zu senken, für alle zukünftigen Antriebssysteme, egal ob sie mit Kerosin, SAF oder Wasserstoff betrieben werden. Als gasturbinenbasiertes Konzept greift WET voll auf das Know-how der MTU zurück."

WET nutzt die Restwärme aus dem Abgas des Triebwerks. Hierbei wird mittels eines Dampferzeugers Wasser verdampft und anschließend in die Brennkammer eingespritzt. Das Konzept senkt Kraftstoffverbrauch, CO2- und NOx-Emissionen sowie die Bildung von Kondensstreifen stark. Auch der hybrid-elektrische GTF-Antriebsstrang soll erheblich zu einer Verbesserung der Effizienz beitragen: Durch die vorteilhafte Kombination mit hocheffizienten Batterien, Reglern und Elektro-Motoren der Megawatt-Klasse kann die Fluggasturbine optimiert werden.
"Dieses Projekt hilft uns, verschiedene Schlüsseltechnologien weiter zu entwickeln, um die Effizienz des GTF weiter zu verbessern," sagt Geoff Hunt, Senior Vice President Engineering and Technology bei Pratt & Whitney. "Die Kombination aus branchenübergreifender Zusammenarbeit und öffentlich-privater Partnerschaft wie bei Clean Aviation spielt eine maßgebliche Rolle, um die technologischen Durchbrüche zu erzielen, die wir brauchen, um in der Luftfahrt Netto-Null-Emissionen Realität werden zu lassen."
Der Flugzeughersteller Airbus steuert seine Expertise bei, die SWITCH-Technologien auf Flugzeugebene zu integrieren. Unterstützt wird die Bewertung des Verbesserungspotenzials unter anderem durch Einbeziehung des Flugzeugdesigns und durch die Integration des Batterie- und Energie-Management-Systems. "Neue Antriebstechnologien sind neben neuen Flugzeugdesigns und dem Einsatz nachhaltiger Energieträger wichtig, um die Netto-Null-Ziele der Luftfahrt zu erreichen", konstatiert Sabine Klauke, Chief Technology Officer von Airbus. "Wir begrüßen die Chance, gemeinsam Neues für die nächste Generation fortschrittlicher Antriebsstränge zu entwickeln."
Von Collins Aerospace kommen die Megawatt-Motoren, die Leistungselektronik sowie Hochspannungs-Gleichstrom-Verteilung und -Schutz. Das Arbeitspaket umfasst auch Komponenten des Thermal-Managements sowie das Gondeldesign. "Hybrid-elektrische Antriebstechnologien sind ein Schlüsselinstrument für die Effizienzsteigerung unterschiedlicher Flugzeuganwendungen - angefangen bei fortschrittlichen Air-Mobility-Luftfahrzeugen bis hin zu Passagier-Flugzeugen", erklärt Mauro Atalla, Senior Vice President Engineering & Technology bei Collins Aerospace. "Im Rahmen von Clean Aviation und dem SWITCH-Konsortium wollen wir die Entwicklung dieser wichtigen Technologien beschleunigen. Die Arbeiten erfolgen an unseren hochmodernen Standorten in Frankreich, Deutschland, Italien, Irland und Großbritannien."
GKN Aerospace übernimmt die Entwicklung verschiedener Antriebskomponenten mit komplett neuen Funktionalitäten, etwa integrierter elektrischer Maschinen sowie Wärmetauscher. "Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit im SWITCH-Projekt. Das gibt uns die Gelegenheit, an interessanten Themen und Herausforderungen rund um das Wärme- und Energie-Management in einem hochentwickelten Antriebssystem zu arbeiten", stellt Henrik Runnemalm, Vice President Global Technology Center von GKN Aerospace fest. "Wir beziehen unseren einzigartigen Hoch-Temperatur-Prüfstand im schwedischen Trollhättan mit ein und auch unsere Hochspannungs-Verkabelung, die bei GKN Fokker in den Niederlanden entwickelt wurde."
Zum Zeitplan: Die erste Projektphase von SWITCH bis Ende 2025 wird auch Testingaufgaben beinhalten. Getestet werden sollen der hybrid-elektrische Getriebefan, WET-Technologie sowie -Subsysteme. Zudem geht es um Designaktivitäten rund um die Integration der beiden Schlüsseltechnologien in einen Antrieb. An die erfolgreichen Tests der Schlüsseltechnologien und Komponentendesigns sollen sich in den folgenden Etappen Boden- und Flugtests anschließen.
Das Gemeinsame Unternehmen für saubere Luftfahrt Clean Aviation Joint Undertaking (CAJU) wird von der Europäischen Union unterstützt und ist eine erfolgreiche öffentlich-private Partnerschaft zwischen der Europäischen Kommission, der europäischen Luftfahrtindustrie sowie Forschungseinrichtungen. Ziel ist es, Technologien für die Luftfahrt zu entwickeln und zu fördern, um im Jahr 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen. Das SWITCH-Projekt wird zudem von UK Research and Innovation unterstützt. Im Rahmen des Konsortiums arbeiten verschiedene Luftfahrtunternehmen mit Universitäten und Forschungseinrichtungen zusammen. Involviert sind Standorte aus elf europäischen Ländern und den USA.

SWITCH-Partner

• MTU Aero Engines, Deutschland
• Pratt & Whitney, USA
• Airbus, Frankreich
• Collins Aerospace, USA
• GKN Aerospace, Schweden
• Aristotle University of Thessaloniki, Griechenland
• Chalmers University of Technology, Schweden
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Deutschland
• Universität Stuttgart, Deutschland

Ihre Ansprechpartner:innen

Pratt & Whitney
Mads Neumann
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Collins Aerospace
Alexander Killeffer
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Airbus
Lois Benquet
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GKN Aerospace
Wesley Bates
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