Sekundärflödesvärmeväxlare för Förbättring av Flygmotorers Verkningsgrad

Syfte och mål

I projektet Second-To-None har GKN Aerospace och Chalmers studerat hur vätskor och gaser kan användas som sekundärmedium för att överföra värme i flygmotorer av turbintyp för att öka verkningsgraden och säkerheten. Studien fokuserade på hur väte som matas till motorn i flytande form kan förvärmas innan förbränning genom att mellankyla kompressorflödet och återvinna värme från avgaserna. Resultaten visar att helium under högt tryck kan överföra tillräckligt värme för att sänka bränsleförbrukningen med 5%.

Resultat och förväntade effekter

Målet att reducera bränsleförbrukningen för ett flygplan med 5% stöds av en ökad nettoverkningsgrad med 3% från återvinning av värme från avgaserna, och ytterligare förbättring från mellankylning. Detta minskar vikt och volym för bränsle och tankar vilket sänker flygplanets motstånd. Projektet har gett viktiga modeller och indata till andra projekt avseende vätgasmotorer, såsom ENABLEH2 och H2JET finansierade av EU och Energimyndigheten, och planering av nya aktiviteter inom EUs Horizon Europe inkluderande Clean Aviation.

Upplägg och genomförande

Projektgruppen hade erfarenhet av värmeväxlardesign men inte av sekundärfluider, varför litteraturstudier föregick ett konceptval på TRL 1. Efter detta kompletterades turbinmotorprogrammet GESTPAN med värmeväxlarmodeller och gasegenskaper för kryogen vätgas och sekundärmedium. En analytisk grund för designvalen sammanställdes och tre alternativa geometrier för värmeväxlare gas-väte av rörtyp valdes och modellerades i GESTPAN för att nå TRL 2. Konceptens värde i ett flygplan analyserades översiktligt.