ACARE 2020

Der Rat für Luft- und Raumfahrtforschung in Europa (ACARE = Advisory Council for Aeronautical Research in Europe) besteht aus 39 Mitgliedern – darunter Vertreter der Mitgliedstaaten der EU, von EUROCONTROL, der Europäischen Kommission und der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie. 2002 hat ACARE seine Strategic Research Agenda veröffentlicht: Bis zum Jahr 2020 sollen Flugzeuge 50 % weniger Kraftstoff verbrauchen, 50 % weniger CO2 und 80 % weniger NOX ausstoßen und den subjektiv empfundenen Lärmpegel halbieren. Für die Triebwerke bedeutet das: Die Antriebe der nächsten Flugzeuggeneration sollen etwa 10 % weniger Kraftstoff verbrauchen; bis 2020 sollen 20 % erreicht werden.

Bauhaus Luftfahrt

Das Bauhaus Luftfahrt beschäftigt sich mit der Zukunft des Luftverkehrs. Die Ideenschmiede mit Sitz in Garching bei München betreibt visionäre Grundlagenforschung und Projektarbeit. Gegründet wurde das Bauhaus Luftfahrt im November 2005 von den Unternehmen EADS, Liebherr-Aerospace und der MTU Aero Engines sowie dem Freistaat Bayern.

Brennkammer

Eine Brennkammer besteht aus einem Gehäuse und einem Flammrohr für die Verbrennung. In der Brennkammer wird die einströmende, verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt, der gezündet wird und bei einer Temperatur von über 2.000 Grad Celsius verbrennt. Aufgrund der hohen Temperaturen müssen Brennkammern speziell thermisch geschützt sein.

Claire

Clean Air Engine, kurz: Claire, ist ein Technologieprogramm, das die MTU gemeinsam mit dem Bauhaus Luftfahrt entwickelt hat. Es zielt auf die drastische Verringerung des Kohlendioxid-Ausstoßes von Luftfahrtantrieben und eine erhebliche Lärmreduzierung. Bis zum Jahr 2035 soll eine Reduzierung von bis zu 30 % realisiert werden. Alle Schlüsselkomponenten für Claire sind bereits getestet oder ihre Machbarkeit wurde nachgewiesen. Sie erfüllen die Erwartungen an Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit.

Crisp

Die MTU hat das Technologieprogramm Crisp (Counter rotating integrated shrouded propfan) Mitte der 1980erJahre zusammen mit dem DLR und anderen Instituten durchgeführt. Das Triebwerkskonzept, dessen Machbarkeit nachgewiesen wurde, basierte auf einem gegenläufigen Fan mit verstellbaren Schaufeln. Ein Triebwerk dieser Bauart hätte speziell auf Langstrecken deutliche Kraftstoffeinsparungen ermöglicht, wurde aufgrund der damals niedrigen Kraftstoffpreise aber nicht zur Serienreife gebracht. Das Crisp-Konzept erfährt jetzt eine Wiederbelebung und fließt als zweite Stufe in das Claire-Technologieprogramm ein.

DECMU

Die DECMU (Digital Engine Control and Monitoring Unit) ist ein Triebwerks-Subsystem, das für die komplette Steuerung und Überwachung des Triebwerks auf digitaler Basis zuständig ist. Normalerweise gibt es für diese beiden Funktionen zwei separate Einheiten. Bei der DECMU sind sie in einer Einheit integriert.

Fan

Als Fan oder Bläser wird das erste, besonders große Laufrad des Niederdruckverdichters bezeichnet. Der Fan beschleunigt den Nebenstrom nach hinten und liefert den Hauptschub. Angetrieben wird er über die Niederdruckwelle von der Niederdruckturbine.

Getriebefan

Getriebefan-Triebwerke zeichnen sich gegenüber heutigen Antrieben durch einen deutlich reduzierten Kraftstoffverbrauch und erheblich niedrigere Lärmemissionen aus. Daher haben sie beste Chancen, der Standardantrieb für künftige Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge zu werden. Normalerweise sitzen Fan, Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine fest verbunden auf einer Welle. Beim Getriebefan wird der Fan mittels eines Untersetzungsgetriebes vom Niederdruckteil „entkoppelt“. Dadurch können Niederdruckturbine und Niederdruckverdichter optimal schnell laufen, während die optimale Geschwindigkeit des Fans deutlich niedriger ist (etwa im Verhältnis 3 : 1). Dies führt zu einem deutlich besseren Gesamtwirkungsgrad und erheblicher Lärmreduzierung.

Industriegasturbinen

Luftfahrt-Triebwerke und Industriegasturbinen arbeiten nach dem gleichen Wirkungsprinzip. Bei Industriegasturbinen kommt jedoch anstelle der in der Luftfahrt üblichen Niederdruckturbine die sogenannte Nutzturbine zum Einsatz. Sie gibt die erforderliche Leistung direkt oder über ein Getriebe an das angeschlossene zusätzliche Aggregat – etwa Generator oder Pumpe – ab. Fast alle Industriegasturbinen des unteren und mittleren Leistungsbereichs wurden von Luftfahrtantrieben abgeleitet.

Mitteldruckturbine

Bei dreiwellig ausgelegten Triebwerken gibt es neben Hoch- und Niederdruckturbine zusätzlich noch eine Mitteldruckturbine. Sie treibt den Mitteldruckverdichter an.

MRO-Geschäft

MRO steht für Maintenance, Repair and Overhaul und bezeichnet bei der MTU die Instandhaltung ziviler Triebwerke. Sie ist ein Geschäftsfeld der MTU.

Nachbrenner

Militärische Strahltriebwerke, vor allem für Überschall-Kampfflugzeuge, werden mit einem Nachbrenner ausgerüstet. Dieser befindet sich hinter der Turbine und sorgt dafür, dass der Schub bei Start, Steig- und Überschallflügen nahezu verdoppelt werden kann.

NEWAC

Die EU hat unter der Leitung der MTU ein neues Technologieprogramm namens NEWAC (New Aero Engine Core Concepts) aufgelegt. Ziel ist die Auslegung eines neuen Kerntriebwerks für künftige Luftfahrtantriebe. Jeder der Hauptpartner – zu ihnen gehören die wichtigsten europäischen Triebwerkshersteller – übernimmt Entwicklungsaufgaben. Die MTU testet neue Möglichkeiten zur aktiven Steuerung eines laufenden Hochdruckverdichters.

NGPF

NGPF steht für Next Generation Product Family und bezeichnet die neue Generation von Flugzeugen mit einem Mittelgang. Zu ihnen gehören etwa die Nachfolger der Airbus A320-Familie und der Boeing 737.

OEM-Geschäft

Das Original Engine Manufacturing-Geschäft – oder kurz: OEM-Geschäft – meint in der Regel das Neugeschäft. Bei der MTU umfasst der Geschäftsbereich OEM-Geschäft das zivile und militärische Neugeschäft, das zivile und militärische Ersatzteilgeschäft sowie die militärische Instandhaltung.

Propfan, gegenläufig

Der gegenläufige Propfan hat – im Unterschied zum einstufigen Propfan – zwei Fanstufen, die sich nicht in die gleiche Richtung drehen, sondern gegenläufig bewegen. Der Wirkungsgrad ist deutlich höher als bei einem einstufigen Propfan. Der Technologieträger Crisp, den die MTU in den 1980er-Jahren entwickelt hat, war bereits gegenläufig ausgelegt.

Risk- and Revenue-Sharing-Partner

Risk- and Revenue-Sharing-Partner sind Programmpartner, die sich an einem Triebwerksprogramm mit eigenen Ressourcen – Arbeitskapazität und finanziellen Mitteln (Risk) – beteiligen und gemäß ihrem prozentualen Engagement am Umsatz (Revenue) partizipieren.

Schubklasse

Strahltriebwerke werden in der Regel in drei Schubklassen eingeteilt: Die untere Klasse reicht von etwa 2.500 bis etwa 20.000 Pfund Schub, die mittlere von 20.000 bis circa 50.000 und die obere von 50.000 bis über 100.000 Pfund. Die offizielle Schubbezeichnung ist zwar Kilonewton (kN); in der internationalen Fachwelt ist aber nach wie vor der Begriff „Pfund“ gebräuchlich. Dabei ist das englische Pfund (lb) gemeint.

Subsystem

Das Gesamtsystem Triebwerk besteht aus einer Reihe von Subsystemen. Dazu gehören Hoch- und Niederdruckverdichter, Brennkammer, Hoch- und Niederdruckturbine sowie die Regelung.

Turbine

In der Turbine wird die Energie, die in den mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit aus der Brennkammer kommenden Gasen steckt, in mechanische Energie umgewandelt. Wie auch der Verdichter ist die Turbine in der Regel unterteilt in Hoch- und Niederdruckteil. Über die jeweilige Welle ist die Turbine direkt mit dem entsprechenden Verdichter verbunden. Die Turbine muss wesentlich höheren Belastungen standhalten als der Verdichter: Zu den hohen Gastemperaturen kommen die extremen Fliehkräfte, die mit jeweils mehreren Tonnen am äußeren Rand der Turbinenscheiben wirken.

Turbinenzwischengehäuse

Das Turbinenzwischengehäuse verbindet die Hochdruckturbine mit der Niederdruckturbine. Dieser Übergangsbereich muss hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. Zum Zwischengehäuse gehören aerodynamisch verkleidete Streben zur Aufnahme der Wellenlagerung sowie die zugehörigen Versorgungsleitungen.

Turbofan-Triebwerk

Der Turbofan ist eine entscheidende Weiterentwicklung des Turbojet-Prinzips. Hauptunterschied ist die vergrößerte erste Verdichterstufe, der sogenannte Fan oder Bläser. Während beim Turbojet-Triebwerk die gesamte angesaugte Luft nacheinander durch Verdichter, Brennkammer und Turbine strömt, wird der Luftstrom beim Turbofan hinter dem Fan geteilt. Ein Teil der Luft gelangt über weitere Verdichterstufen in die Brennkammer und wird dort verbrannt; der wesentlich größere Teil wird um die innen liegenden Baugruppen geleitet. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Luftströmen wird als Nebenstrom-Verhältnis (englisch: bypass ratio) bezeichnet. Bei modernen zivilen Triebwerken kann es bis zu 10 : 1 betragen. Je größer das Nebenstrom-Verhältnis ist, desto wirtschaftlicher, umweltfreundlicher und leiser arbeitet der Antrieb. Turbofans verbrauchen deutlich weniger Treibstoff als Turbojets.

Turbojet-Triebwerk

Alle Triebwerke der ersten Generation arbeiten nach dem Turbojet-Prinzip: Luft wird in den Verdichter gesaugt, dort durch die Verdichterschaufeln komprimiert und in die Brennkammer geleitet. Hier wird Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch verbrannt. Die heißen Gase dehnen sich explosionsartig aus und strömen mit hoher Geschwindigkeit in die Turbine. Die Turbine besteht aus mehreren Turbinenrädern mit vielen Schaufeln, die vom Abgasstrahl in Rotation versetzt werden. Die Turbine treibt über eine Welle den Verdichter an und die Verbrennungsgase verlassen die Schubdüse. Wegen des ungünstigen Wirkungsgrades und der hohen Lärmentwicklung werden Turbojet-Triebwerke heute nicht mehr produziert.

Turboprop-Triebwerk

Das auffälligste Merkmal eines Turboprops ist der Propeller; im Triebwerksinneren sind die Unterschiede zu Turbojet und Turbofan gering: Die Turbine ist größer und treibt nicht nur den Verdichter, sondern über ein Drehzahl senkendes Getriebe auch den Propeller an. Dem Abgasstrahl in der Turbine eines Turboprops muss deshalb mehr Energie entzogen werden als bei anderen Triebwerkstypen: Über 90 % der Energie werden für Verdichter und Luftschraube benötigt. Turboprop-Antriebe ermöglichen Fluggeschwindigkeiten von maximal 800 Stundenkilometern und sind damit langsamer als Turbojets oder Turbofans, benötigen aber auch deutlich weniger Kraftstoff. Das prädestiniert sie für Einsatzbereiche, bei denen Geschwindigkeit eine untergeordnete Rolle spielt, etwa im Kurzstreckenverkehr oder im Frachttransport.

Turboshaft-Triebwerk

Turboshaft-Triebwerke werden in Hubschraubern eingesetzt. Sie gehören zur Gruppe der Wellenleistungstriebwerke und ähneln den Turboprop-Antrieben. Da die Antriebswelle nicht in gerader Linie zum Rotor geführt werden kann, muss sie über ein Getriebe umgelenkt werden, das die Abgasleistung in die Drehbewegung des Rotors umwandelt.

Verdichter

Aufgabe des Verdichters ist es, Luft anzusaugen und zu komprimieren, bevor sie in die Brennkammer geleitet wird. Verdichter bestehen aus Laufrädern, die sehr schnell zwischen feststehenden Leitschaufeln rotieren. Um das Verdichterverhältnis von über 40 : 1 moderner Zweiwellen-Triebwerke zu erreichen, laufen mehrstufige Nieder- und Hochdruckverdichter auf ineinander liegenden Wellen mit unterschiedlichen Drehzahlen. Angetrieben werden sie von den dazugehörigen Turbinen.

Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher besteht aus gekoppelten Rohren, durch die ein Medium – beim Triebwerk Luft – strömt. Entlang dieser Rohre strömt ein zweites Medium mit einer anderen Temperatur. Dadurch wird Energie vom heißen zum kälteren Medium übertragen. Bei zukünftigen Triebwerken können solche Wärmetauscher eingesetzt werden, um die Restenergie im Abgasstrahl zu nutzen und sie der verdichteten Luft vor der Brennkammer wieder zuzuführen. Das würde den Wirkungsgrad deutlich erhöhen. Bereits genutzt wird diese Methode bei Gasturbinen – speziell in Kraftwerken.