Calculation of the resulting thrust of a modern turbofan engine

The interest in optimized flight trajectories has increased in recent years following the great changes ongoing in the European air traffic management. The aim of these changes, introduced by the European Commission, is to deal with the continuous growth of the air traffic, meeting future capacity and safety needs of the European airspace while assuring a growth in economic, financial and environmental performances of the European air traffic. It is in this environment that the MEFUL project was conceived, sponsored by the German Federal Ministry of Economic Affairs and Energy. Within the MEFUL project the Chair of Air Transport Technology and Logistics of the Technische Universität of Dresden aims to identify, quantify and finally minimize the ecological impact of air transport while assuring a safe and profitable flight. This can be done by developing different indicators of ecology, safety and efficiency and finally applying them in the context of a multi-criteria optimization of flight trajectories. In the present thesis an algorithm is presented, developed in order to compute the thrust provided by an engine and the temperature and pressure trends within it. The obtained results will be used in the future definition and development of the ecological performance indicators mentioned above. The developed algorithm is based on an iterative procedure and on several hypothesis and assumptions. For this reason, also a sensitivity study is performed and here reported. As input of the developed algorithm several flight operational data (FODA) from two different freighter aircraft types, the McDonnell Douglas MD-11F and the Boeing 777F, are used in this thesis. These data are provided by Lufthansa Cargo AG, the financial and technical partner of the Technische Universität of Dresden within the MEFUL project, and concern different parts of two different flights: a cruise, performed by a B777F, and the end of a cruise, with the following descent up to landing, performed by a MD-11F.

L’interesse nell’ottimizzazione delle traiettorie all’interno della gestione del traffico aereo è rapidamente cresciuto negli ultimi anni, in risposta ai grandi cambiamenti che stanno interessando l’ATM in tutto il mondo. In ambito europeo tali cambiamenti nascono dagli sforzi della Commissione Europea di affrontare la crescita continua del traffico aereo, tenendo conto delle previsioni di crescita futura e dei nuovi bisogni legati alla sicurezza del volo, e assicurando allo stesso tempo una crescita delle performance economico-finanziarie e una riduzione dell’impatto ambientale di tutto il traffico aereo europeo. In questo contesto nasce il progetto MEFUL, ideato e sponsorizzato dal Ministero Federale dell’Economia e dell’Energia tedesco. All’interno del progetto MEFUL l’università TUD di Dresda ha il compito di identificare, quantificare e infine minimizzare l’impatto ambientale del trasporto aereo, assicurando allo stesso tempo un volo sicuro ed economicamente efficiente. Tutto ciò può essere fatto sviluppando diversi indicatori di performance, legati a impatto ambientale, safety ed efficienza economica, che verranno poi utilizzati all’interno di un processo di ottimizzazione delle traiettorie di volo. Il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di calcolare la spinta fornita da un moderno motore turbofan, assieme all’andamento di temperatura e pressione all’interno del motore, attraverso un algoritmo appositamente sviluppato, a cui vengono forniti come input appositi dati di volo. Tali dati di volo (FODA) sono forniti da Lufthansa Cargo AG, partner dell’università di Dresda all’interno del progetto MEFUL, e riguardano due diverse parti di due differenti missioni operate una da un McDonnell Douglas MD-11F e l’altra da un Boeing 777F. I risultati ottenuti saranno la base per il successivo sviluppo dell’indicatore di impatto ambientale sopracitato. Dato che l’algoritmo sviluppato è basato su un processo iterativo e su diverse ipotesi e semplificazioni, uno studio di sensitività risulta infine necessario.