Ejektordüse - Der Weg zu mehr Schub

14 Juni 2023

Ein Forschungsschwerpunkt am Institut für Aeronautical Engineering ist die Verbesserung kleiner Schubtriebwerke. Hierzu wurden in den letzten Jahren umfangreiche numerische und experimentelle Untersuchungen an unterschiedlichen Düsenkonfigurationen durchgeführt. Durch Kombination von Primär- und Ejektordüse und deren optimale Abstimmung aufeinander konnte eine resultierende Schubverstärkung von 17 % experimentell nachgewiesen werden. Die Triebwerksparameter Druckverhältnis, Drehzahl, Luft- und Brennstoffmassenstrom wurden dabei nicht verändert

Das Video zeigt die Fertigung und den Betrieb der blütenförmigen Primärdüse. Die dünnwandige Konstruktion wurde mittels SLM (selective laser melting) bei der Firma FKM aus einer warmfesten Nickelbasislegierung gefertigt.

In einem weiteren Schritt wurde die Primärdüse mit einer Ejektordüse kombiniert. Die Ejektordüse arbeitet nach dem Venturi-Prinzip. Das schnell ausströmende Abgas aus der  Primärdüse zieht in die Ejektordüse zusätzliche Luft aus der Umgebung ein. Mit dem erhöhten Gesamtmassenstrom wird eine Schubverstärkung erreicht. Die Ejektordüse benötigt dabei keine beweglichen Teile.

Die Kühlung durch den sekundären Massenstrom aus Umgebungsluft reduziert die Abgastemperatur des Triebwerks, in Wandnähe der Ejektordüse werden daher 185°C nicht überschritten. Dies ermöglicht Konfigurationen mit unterschiedlichen Materialkombinationen, mit welchen Gewicht und Kosten reduziert und die Integrationsfähigkeit in Flugzeuge verbessert werden können. Im Video wird eine Ejektordüse gezeigt, welche vollständig aus wärmeformbeständigen Kunststoff 3D-gedruckt wurde.

Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass die Ejektordüse ein robustes und leichtes Konzept bietet, den Schub kleiner Turbojet-Triebwerke zu erhöhen, die Struktur des Luftfahrzeugs vor dem heißen Abgas zu schützen und die IR-Emission zu reduzieren.