http://www.faz.net/-gy9-8xtyu
HERAUSGEGEBEN VON WERNER D'INKA, JÜRGEN KAUBE, BERTHOLD KOHLER, HOLGER STELTZNER
F+ Icon
F.A.Z. PLUS
abonnieren

Aktualisiert: 19.05.2017, 10:06 Uhr

Neue Rolls-Royce-Triebwerke Und auch keine Düsenflieger

Rolls-Royce arbeitet an neuen Triebwerken. Mit Getrieben, die 100.000 PS verkraften müssen.

von Johannes Winterhagen
© Rolls-Royce Auch ein Schaufelrad aus faserverstärktem Kunststoff muss frieren lernen. Vorbereitung auf den Vereisungstest in Manitoba, Kanada.

Manchmal haben Worte eine längere Lebensdauer als die Technik, die uns umgibt. So fragt mancher im Baumarkt nach wie vor nach einer „Glühbirne“, obwohl er doch eine LED-Lampe zu kaufen gedenkt, in der kein Glühdraht mehr zu finden ist. Auch der Begriff „Düsenflieger“ verrät nicht viel über die tatsächliche Funktion eines modernen Flugtriebwerks. Denn für den größten Teil des Vorschubs sorgt mitnichten die erhitzte und verdichtete Luft, die durch die Brennkammern des Kerntriebwerks strömt. Einen immer größeren Anteil übernimmt der Mantel- oder Nebenstrom, der durch den ringförmigen Kanal zwischen Kerntriebwerk und Außenhülle des Triebwerks geleitet wird.

Die Luft in den Kanal zu schaufeln ist Aufgabe eines Lüfterrads auf der Vorderseite, in Luftfahrtkreisen „Fan“ genannt. Die Aufgabe der Gasturbine besteht vor allem darin, die mechanische Energie für den Fan bereitzustellen. In Dahlewitz bei Berlin stellte der Triebwerkhersteller Rolls-Royce kürzlich vor, wie künftige Großtriebwerke aussehen können, bei denen das Verhältnis von Neben- zu Kernstrom 15:1 beträgt. Bei heutigen Triebwerken dieser Leistungsklasse werden Werte von etwas mehr als 9:1 erreicht. Im Vergleich zu dem im A350 eingesetzten Trent XWB sollen diese Aggregate noch einmal zehn Prozent weniger Kerosin verbrauchen und zudem den Fluglärm reduzieren.

Ein höherer Nebenstromanteil verbessert die Effizienz. Doch die technischen Hürden nehmen mit dem Durchmesser des Fans zu. Denn dessen Rotationsgeschwindigkeit ist durch die mechanische Kopplung an das Kerntriebwerk vorgegeben, was zu sehr hohen Belastungen der Fan-Schaufeln und einem sinkenden Gesamtwirkungsgrad führt. Soll ein Rad langsamer laufen als der Antrieb, das kennt man vom Auto, ist ein Getriebe hilfreich. Dass das Prinzip eines Reduktionsgetriebes auf Flugzeugantriebe übertragbar ist, beweist trotz anfänglicher Startschwierigkeiten das Pratt&Whitney-Triebwerk für den A320 neo. Für die Leistungsklasse, die Rolls-Royce nun anpeilt, wurde jedoch noch nie ein luftfahrttaugliches Getriebe gebaut. Beim vollem Schub von rund 445 Kilonewton gilt es, eine Leistung von 100 000 PS zu übertragen.

46438211 © Hersteller Vergrößern Auf das Getriebe kommt es an

Die Briten setzen dafür auf ein nicht schaltbares Planetengetriebe mit einer Übersetzung von 4:1, das gemeinsam mit Liebherr entwickelt wird. Es weist fünf Planeten auf, die jeweils mit zwei Zähnen im Eingriff sind. Auf der Fläche eines Fingers werden rund 10 000 PS übertragen. Grund genug, ein solches Räderwerk ausführlich zu testen. Zwei Prüfstände hat Rolls-Royce dafür in Dahlewitz errichtet. Wenn alles nach Plan läuft, könnte ein erstes Demonstrator-Triebwerk im Jahr 2021 den Erdboden verlassen. Mitte des nächsten Jahrzehnts soll laut Chefingenieur Phil Curnock die Serienproduktion des Ultra-Fan-Triebwerks beginnen.

Das tonnenschwere Getriebe wäre nicht das einzige technische Merkmal, das ein Flugtriebwerk des kommenden Jahrzehnts von einem heutigen unterscheidet. So sollen die Fans zwar größer, aber nicht schwerer werden. Rolls-Royce setzt daher auf faserverstärkte Kunststoffe statt der herkömmlichen Titanlegierungen. Wichtigstes Entwicklungsziel ist dabei die Festigkeit gegen Vogelschlag. Mehr als 50 Versuche, bei denen Prüfkörper mit mehr als 350 km/h gegen die Schaufeln geschossen wurden, sollen schon bestanden worden sein.

46438207 © Hersteller Vergrößern Einen immer größeren Anteil übernimmt der Mantel- oder Nebenstrom, der durch den ringförmigen Kanal zwischen Kerntriebwerk und Außenhülle des Triebwerks geleitet wird.

Aber auch das Kerntriebwerk wird in Richtung höherer Effizienz getrimmt. Weit fortgeschritten ist die Entwicklung eines Magerbrennverfahrens. Dabei wird das Triebwerk, wie ein Dieselmotor, mit Luftüberschuss betrieben, was nicht nur den Verbrauch senkt, sondern auch die Stickoxidbildung mindert. Die Anordnung und Anzahl der Verdichtungsstufen in der Turbine verändern sich deutlich. So verfügt der Hochdruckverdichter künftig über zehn statt bisher sechs Stufen. Um den höheren Drücken und Temperaturen standzuhalten, ist die Materialentwicklung gefordert. Es sollen unter anderem Dichtungen zum Einsatz kommen, in die Keramikfasern eingearbeitet werden.

Auch die Summe all dieser Innovationen wird nicht reichen, um das ehrgeizige Ziel zu erreichen, die CO2-Emissionen neuer Flugtriebwerke bis 2050 um 75 Prozent zu verringern, wie es das „Flighpath“-Programm vorsieht. Curnock ist sich daher sicher, dass die Elektrifizierung auch im Flugzeug voranschreitet. Vor allem der parallele Hybridantrieb scheint für die Luft attraktiv. So könnten Fans in der Zukunft von supraleitenden Elektromotoren angetrieben werden, während der Strom an Bord von einer oder mehreren Gasturbinen erzeugt wird. Die Turbinen müssten dann nicht einmal hinter den Fans angeordnet werden. „Das gäbe uns sogar die Möglichkeit, einzelne Turbinen während des Flugs abzuschalten“, sagt Curnock. Denn nur in der Startphase wird die volle Schubkraft benötigt.

Mehr zum Thema

Ein rein elektrisches Verkehrsflugzeug wird wohl in absehbarer Zeit nicht zu realisieren sein. Kerosin weist nicht nur mehr als die zwanzigfache Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus auf, sondern hat einen weiteren Vorteil: Das Gewicht verringert sich mit jeder Flugmeile, ein Akku hingegen ist beim Start genauso schwer wie bei der Landung. Eine Ausnahme stellen lediglich Sauerstoff-Metall-Batterien dar, doch die halten momentan nicht einmal im Labortest. Bis der Düsenflieger gänzlich aus dem Sprachgebrauch verschwindet, dürfte daher noch geraume Zeit vergehen.

Im Schneckengang

Von Lukas Weber

Über die Bürokraten in Europa zu schimpfen gehört zur Folklore. Aber manchmal wünscht man sich dann doch etwas mehr Vereinheitlichung in der Union. Mehr 1 3

Hinweis
Die Redaktion
Zur Homepage