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Investigation of Measurement Uncertainty Effects on Aircraft Engine Health Monitoring
No full textZuverlässige Triebwerkszustandsüberwachung hängt von einer möglichst genauen Interpretation von Gaspfadmessungen ab. Messunsicherheiten können jedoch solche Monitoringergebnisse verfälschen und zu fehlerhaften Schätzungen von Komponentengesundheitsparametern führen. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Messunsicherheiten, in Form der zufälligen Messunsicherheit (Random Error), auf die modellbasierte Schätzung von Gesundheitsparametern und bewertet die Eignung des Measurement Analysis Calculator (MAC). Der MAC ist ein nichtlineares Gaspfadanalyse (GPA) Tool, welches auf dem Newton-Raphson Verfahren basiert und soll im Rahmen dieser Analyse als geeignetes Werkzeug für die Schätzung von Gesundheitsparametern untersucht werden. Hierzu wurden synthetische Messdaten generiert, die die zufällige Messunsicherheit widerspiegeln. Dies erfolgte mithilfe der Simulationsumgebung GTlab, die am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde. Die Messdaten bilden ein realistisches Triebwerksverhalten im Reiseflug ab und werden dem MAC zur Schätzung der Komponentengesundheitsparameter zur Verfügung gestellt. Obwohl Messunsicherheit keine Ursache für eine Komponentenverschlechterung darstellt, überträgt sie sich dennoch auf die geschätzten Gesundheitsparameter. Dies wurde mithilfe von Monte Carlo Simulationen analysiert, wodurch eine statistische Auswertung über den Mittelwert, die Standardabweichung und dem RMSE ermöglicht werden konnte. Hierbei wurden Messdaten jeweiliger Sensoren individuell mit Messunsicherheiten versehen, um die Sensitivität der Schätzungen dem gegenüber zu untersuchen. Anschließend folgte eine Einbringung und Untersuchung der Messunsicherheiten in den vollständigen Messdatensatz. Die resultierenden Einflussmuster wurden mittels des Trends der Standardabweichung sowie Sankey Diagrammen visualisiert. Diese stellen Zusammenhänge zwischen den gegebenen Sensoren, die individuell mit Messunsicherheit versehen wurden, und den Schätzungen der Komponentengesundheitssparametern dar, die aus der Wirkungsgradänderung sowie der Massenstromkapazität der jeweiligen Komponenten bestehen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde der Median Plus Rational Filter als Denoising Filter im Datenvorverarbeitungsprozess angewendet. Dessen Wirksamkeit wurde durch den Vergleich der Konfidenzintervalle der Schätzungen mit und ohne der Anwendung der Filterung bewertet. Der Denoising-Ansatz reduzierte die Schätzbandbreiten deutlich und verbesserte damit die Genauigkeit der Ergebnisse, ohne dass die Notwendigkeit darin bestand, eine Änderung an der MAC-Konfiguration durchzuführen. Die Übereinstimmung zwischen der Messunsicherheitsanalyse und den Denoising-Ergebnissen bestätigt die Plausibilität der abgeleiteten Einflussmuster der erstgenannten Analyse. Diese Arbeit zeigt, dass der MAC für die modellbasierte Schätzung von Gesundheitssparametern geeignet ist und unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses, die über eine solche Messunsicherheitsanalyse gewonnen werden kann, um einen geeigneten Denoising Filter anzuwenden. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Studien, die alternative Schätzverfahren und weitere Arten von Messfehlern einbeziehen
Mitwirkung in ICAO CAEP WG3 zur Überarbeitung und Entwicklung von Emissionsstandards für zivile Überschallflugzeuge sowie zur weiteren Überprüfung der Unterschall-Emissionsstandards, insbesondere für nvPM
No full textInfolge von Ankündigungen verschiedener Hersteller, eine neue Generation von Überschallflugzeugen auf den Markt zu bringen, wurde die Überarbeitung der veralteten Emissionsstandards für Überschalltriebwerke erforderlich. Dabei wurde insbesondere die Notwendigkeit der Anpassung des Lande- und Startzyklus (LTO-Zyklus) für potentielle moderne Überschallkonzepte identifiziert. Diese wird erforderlich, da davon auszugehen ist, dass moderne Überschallflugzeuge keine unzumutbare Lärmbelastung für die Bevölkerung darstellen dürfen. Ein entsprechend niedriger Lärmpegel wird jedoch absehbar nur durch den Verzicht auf Nachbrenner und den Einsatz von Technologien zur Lärmreduzierung mittels variabler Systeme (Variable Noise Reduction System, VNRS) erreichbar sein. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, diese Technologien zur Lärmreduzierung genauer zu analysieren und ihren konkreten Einfluss auf das Design einer neuen Generation von zivilen Überschallflugzeugen und deren Triebwerken zu bewerten und darauf aufbauend Empfehlungen für die Überarbeitung der Emissionsstandards für Überschallflugzeuge abzuleiten.
Es konnten mehrere nationale und internationale Forschungsprojekte identifiziert werden, in denen Konzepte für Überschallflugzeuge und deren Triebwerke entworfen und publiziert wurden. Durch Vergleich dieser Konzepte konnte als ein grundsätzlicher Unterschied zu Triebwerken für den Unterschallflug die erforderliche starke Verzögerung der Strömung im Triebwerkseinlauf identifiziert werden, die hohe Lufttemperaturen und zusätzliche Widerstandskomponenten verursacht. Weiterhin wurde deutlich, dass die angestrebten niedrigen Lärmpegel einen starken Einfluss auf das Design der Konzepte haben. Dies wird durch den hohen Luftwiderstand der Triebwerke im Überschallflug verursacht, der durch einen kleinen Triebwerksdurchmesser reduziert werden kann. Zur Lärmreduzierung beim Abflugverfahren wird jedoch ein größerer Triebwerksdurchmesser benötigt, um den erforderlichen Startschub mit geringerer Strahlgeschwindigkeit und größerem Massendurchsatz zu erzeugen. Es konnte gezeigt werden, dass diese einander widersprechenden Anforderungen zu einem gewissen Grad durch variable Komponenten und Verfahren ausgeglichen werden können. Da nur dadurch ökologisch akzeptable und zugleich ökonomisch sinnvolle Konzepte ermöglicht werden, wird empfohlen, entsprechende Variabilitäten in neuen Emissionsstandards für Überschallflugzeuge und -triebwerke zu berücksichtigen. Entsprechende Änderungen am LTO-Zyklus wurden erarbeitet. Darüber hinaus wurde deutlich, dass aufgrund der beschriebenen Effekte die projektierte Flugmachzahl einen direkten Einfluss auf das Design und die erreichbare Effizienz von Überschallflugzeugen hat und daher bei deren Bewertung, z.B. durch einen potentiellen CO2-Standard, berücksichtigt werden muss.
Darüber hinaus wurden auch mögliche Verbesserungen am Standard für nichtflüchtige Partikel (nvPM) aus Flugtriebwerken untersucht. Durch Vergleiche der bisher publizierten Daten aus Zertifizierungsmessungen und insbesondere Kombination der Daten unterschiedlicher Schubvarianten konnte gezeigt werden, dass die bisher publizierten Emissionsdaten nicht ausreichend sind, die nvPM-Emissionen von Flugtriebwerken über den gesamten Betriebsbereich hinreichend genau zu charakterisieren. Es wird daher die Einführung von Berichtspflichten für weitere Messpunkte empfohlen.
Eine verbesserte Charakterisierung der Partikelverluste im Messsystem konnte nach wie vor aufgrund der schwierigen Datenlage nicht erreicht werden. Eine Weiterführung und Unterstützung dieser Aufgabe wird jedoch empfohlen
Binary Transition Metal and Nitrogen Functionalised Silicon Oxycarbide Electrocatalysts for Zn-Air Battery Air Electrode Application
No full textFuture environmental impacts of global iron and steel production
No full textThe iron and steel industry is not only responsible for up to 9% of global greenhouse (GHG) emissions, but also associated with other environmental impacts. Anticipated growth in steel demand thus poses significant challenges to climate and environmental objectives. This study evaluates the future life cycle environmental impacts of global steel production, accounting for the adoption of emerging production technologies, including carbon capture and storage (CCS), hydrogen-based or electrified processes. We couple state-of-the-art life cycle assessment (LCA) models of current and future steel production routes with multi-sectoral, internally consistent scenarios for future energy and steel supply from the integrated assessment model (IAM) of IMAGE. This approach provides a comprehensive assessment of regional and temporal environmental impacts for three climate mitigation pathways: a 3.5 °C baseline, a <2 °C- and a 1.5 °C-target. Results demonstrate that electrified steel production technologies, both directly and indirectly powered, offer the highest GHG reduction potential achieving up to −95% by 2060 compared to current coke-based processes, provided that decarbonized electricity is used. They thereby clearly outperform CCS technologies for coke-based processes. Nevertheless, it is unlikely that global steel production will reach net-zero GHG emissions by 2060, with its emission intensity decreasing by −33% (3.5 °C-baseline), −56% (<2 °C-target), and −79% (1.5 °C-target) compared to 2020. Considering future steel demand growth, global annual GHG emissions may only be reduced by up to −67% by 2060, from 3.7 in 2020 to 1.2 Gt CO2-eq. per year. Cumulative emissions from steel production could thus consume 18–30% of the global end-of-the-century 1.5 °C carbon budget and 9–14% of the 2 °C budget by 2060. Our analysis reveals that the decarbonization scenarios could shift burdens from climate change to other impact categories, such as ionising radiation, land use, or material resources. The drivers of rising impacts are diverse and caused by different processes, e.g., electricity generation, furnace slag treatment, metal mining, or chemical production. Achieving sustainable steel production requires not only rapid decarbonization and demand reduction but also targeted process-specific interventions throughout the entire life cycle to mitigate future environmental impacts
Development of solar rotary kiln technology at the DLR for heating and treatment of particles
No full textPresentation about the development of the solar rotary kiln technology at DLR
On Order Degree Problem for Moore Bound
No full textThe degree diameter problem is a quest to determine the largest graph in terms of vertices satisfying given degree and diameter constraints. The largest possible graphs that can exist and that are subject to degree and diameter constraints are called Moore graphs. Since Moore graphs are rare, researchers are eager to build graphs closer to Moore graphs. This paper discusses the possibility of constructing graphs closer to Moore graphs, keeping a fixed order and minimizing the number of vertex pairs that break the diameter constraint, and suggests a new general relative index that measures the closeness to optimality. Based on the proposed index, it is highlighted that some of the graphs constructed in this work are closer to Moore graphs than the existing best results in the degree diameter problem. Furthermore, a fitness landscape analysis is conducted to identify the nature and the difficulty of the problem. This new method can be considered a new approach to constructing graphs closer to Moore graphs
Hard-core Bosons in Action: Applications to Quantum Circuits
No full textThe use of algebraic frameworks based on complex Clifford algebras for the representation and simulation of
quantum circuits has been discussed in the literature. Recently, an alternative algebraic approach employing hard-
core bosons has been proposed. Hard-core bosons provide a natural representation of multi-qubit systems, in which
the tensor-product structure is realized directly and no sign corrections are required, in contrast to realizations based
on complex Clifford algebras. Although both approaches are formally equivalent, the hard-core boson formulation
exhibits computational advantages. This work reviews and extends the hard-core boson algebra for circuit simulation
and presents an efficient implementation. A performance comparison with IBM Qiskit shows substantially improved
execution times for simulations. Moreover, a new application is introduced in which the hard-core boson formalism is
combined with genetic algorithms for quantum circuit synthesis
Kopplung von MBSE und Verhaltenssimulation für die Auswertung von Fabrikkonzepten
No full textDie Entwicklung von Fabrikkonzepten erfordert die Integration vieler
Disziplinen unter steigenden Produktionsanforderungen. Diese Arbeit
stellt einen modellbasierten Ansatz vor, der die RFLP-Methodik anwendet, um bereits in frühen Entwicklungsphasen Verhaltenssimulationen
ermöglicht. So lassen sich bereits für frühe, abstrakte Konzepte industrielle Kennzahlen wie Zeit und Energieverbrauch sowie das Systemverhalten abschätzen. Die Methode ermöglicht eine strukturierte und durchgängige Herleitung, Bewertung und Simulation von Konzeptvarianten