Energierückgewinnung in Strahltriebwerken

Flugzeuge verbrauchen, bezogen auf die Flugzeit, einen erheblichen Teil ihres Treibstoffs zur Gewinnung der Flughöhe. Beim Landeanflug kann ein großer Teil dieser Energie dadurch zurückgewonnen werden, dass im Sinkflug die Kraftstoffzufuhr zu den Antrieben gedrosselt wird. Jedoch ist nicht immer ein gleitender Sinkflug möglich.

Quelle: taunusportal.de

Andererseits muss in jedem Falle bis kurz vor dem Aufsetzen der Maschine eine Mindestgeschwindigkeit, zur Erhaltung der Flugstabilität, beibehalten werden. Bei großen Verkehrsmaschinen ergeben sich dadurch erhebliche Energiemengen, die kurz vor der Landung durch den Luftwiderstand speziell ausgefahrener Landeklappen, und nach dem Aufsetzen durch Bremsung der Räder kompensiert werden müssen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, diese Energiemengen zu verringern, beziehungsweise weitgehend zurückzugewinnen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Fans der Triebwerke zur gezielten Bremsung und Energierückgewinnung eingesetzt werden. Beim Landeanflug kann dabei die Wirkung der Landeklappen verringert, gegebenenfalls könnten diese auch weggelassen werden, soweit sie nicht für Stabilisierung des Auftriebs benötigt werden.
Bei weiter vergrößertem Nebenstromverhältnis kann damit die Bremswirkung der Landeklappen – und teilweise der mechanischen Bremsen und der Schubumkehr –
durch die Bremswirkung des Elektrogenerators am Profan kompensiert werden.

Dem kommt entgegen, dass die Entwicklung der Antriebe zu „Geared Jet Engines“ geht, bei denen Fan und Verdichter/Turbinenstufe durch ein Untersetzungsgetriebe für den Fan getrennt sind.
Dieses Untersetzungsgetriebe ist in der Regel als Planetengetriebe ausgeführt und zwischen der Nabe des Fans und der Verdichterstufe angeordnet.
Die Erfindung bezieht sich deshalb darauf, die Abnahme für den Stromgenerator am entkoppelten Fan vorzunehmen – wie dies bei Getriebeturbinen ohnehin der Fall sein wird, notfalls diesen zur Abnahme zu entkoppeln, oder die Verdichterstufe entweder auszukoppeln, oder durch einen Luftnebenschluss in ihrer Bremswirkung zu beschränken.
In einer bevorzugten Ausführung wird dazu am Planetengetriebe ein weiterer Planetensatz vorgesetzt, und dessen Abtrieb zur Stromerzeugung verwendet. Es ist aber auch möglich, den Generator direkt oder über eine Übersetzung – etwa durch Riemen oder Kettenantrieb – mit der Achse des Fans zu verbinden.

Quelle: kinder.uni-oldenburg.de

In einer bevorzugten Ausführung des Generators sind magnetische Elemente auf einer Scheibe integriert, die, mit dem sekundären Planetenabtrieb verbunden, vor dem Planetengetriebe auf der Fanachse frei rotiert. Ihr gegenüber sind Spulen auf eine fixierte Statorscheibe oder dem Getriebegehäuse montiert. Wird die vor dem Touch-Down rekuperierte Bremsenergie zwischengespeichert, so lässt sie sich nach dem Touch-Down auch zur Erzeugung von Gegendruck mit dem Fan einsetzen.
Es kann so – je nach Auslegeng – eine ausreichende Schubumkehr erfolgen, ohne dazu die Turbinen erneut hochzufahren. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Energie erst nach dem Touch-Down (aus Gewichtsgründen in Kondensatoren – sogenannten Supercaps) zu speichern und erst nach dem Abbremsen und Ausrollen des Flugzeugs den Fan auszukuppeln und das Flugzeug dann weiter mit elektrischer Energie auf dem Taxiway zu bewegen.
Ferner ist es möglich, die zurückgewonnene Energie anderweitig nutzbringend zu
speichern – z.B. in Lithium-Ionen-Batterien um den Betrieb von APUs während der Standzeit des Flugzeugs mit ihrem ungünstigem Wirkungsgrad und Energieverbrauch, sowie ihre Umweltbelastung durch Lärm und Abgase zu vermeiden.