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Luftverkehr : Daniel Düsengetriebe hebt ab

  • -Aktualisiert am

Hier wird ein Airbus A320 Neo hergestellt – charakteristisch für das Modell sind die hochgeklappten Flügelenden. Bild: dpa

Der wachsende Luftverkehr belastet das Klima und führt zu steigendem Lärm. Neue Triebwerke mit integriertem Getriebe versprechen Abhilfe. Doch es hapert noch an der Konstruktion.

          3 Min.

          Montagmorgen. Check-in für den Flug LH 100 von Frankfurt nach München. Routine für viele Geschäftsreisende, für die Piloten ohnehin. Am 25. Januar dieses Jahres war sich aber zumindest die Crew bewusst, dass es sich um eine besondere Reise handelt: den ersten Linienflug mit dem A320 Neo, dem neuen Ökoflieger für die Kurz- und Mittelstrecke. 15 Prozent weniger Kraftstoffverbrauch und bis zu 50 Prozent weniger Fluglärm lautet das Versprechen des Herstellers. Wesentlichen Anteil daran hat eine neue Triebwerksgeneration, die mit einem Getriebe ausgestattet ist. Dass ein mit mehreren tausend Umdrehungen arbeitender Automotor ohne Übersetzung die Kraft nicht auf die Straße bekommt, ist jedermann klar - aber wozu sollte ein Getriebe bei einem Flugzeug gut sein?

          Um Kosten zu senken, sparen die Fluglinien seit je so viel Treibstoff wie möglich. Hinzu kommt nun, dass die Politik die Branche zwingt, ihren Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. In einer „Flightpath 2050“ genannten Vereinbarung haben sich die Luftfahrtunternehmen gegenüber der Europäischen Union dazu verpflichtet, bis zur Mitte des Jahrhunderts die CO2-Emissionen um 75 Prozent zu senken - obwohl der Flugverkehr wächst, zuletzt um 6,8 Prozent im Jahr.

          Erprobtes Mittel, um die Effizienz zu steigern, ist es, das Verhältnis von Mantel- zu Kernstrom zu erhöhen. Mit dem Begriff „Mantelstrom“ oder auch „Nebenstrom“ bezeichnen Ingenieure den Anteil der durchströmenden Luft, die am Kerntriebwerk vorbei durch die Triebwerksgondel geführt wird. Beschleunigt wird er durch einen Lüfter, meist „Turbofan“ genannt. Der Kernstrom führt durch die Gasturbine, in der Luft zunächst verdichtet und dann in der Brennkammer auf hohe Temperaturen und Drücke gebracht wird. Eine sich anschließende Turbine wandelt die im Heißgas enthaltene Energie in mechanische Energie. Anders als Passagiere oft vermuten, sorgt der Mantelstrom für den größten Anteil des Vorschubs. Der Kernstrom hingegen dient wesentlich dem Antrieb des Turbofans und des Verdichters. In einem modernen Triebwerk, wie es die beispielsweise für die Neuauflage der Boeing 747 zum Einsatz kommt, beträgt das Verhältnis Mantel- zu Kernstrom 8,5 zu 1.

          Die Leistungsdichte des Aggregats muss erhöht werden

          Triebwerksentwickler stehen jedoch bei dem Versuch, den Anteil des Mantelstroms weiter zu erhöhen, vor mehreren Schwierigkeiten. So muss der Turbofan für einen hohen Luftdurchsatz einen großen Durchmesser besitzen. Die Drehzahl soll zudem nicht zu hoch ausfallen, weil die Schaufelblätter des Fans an ihrer Spitze zu schnell werden. Gleichzeitig muss das Kerntriebwerk recht schlank ausfallen, um für den vorbeigeführten Luftstrom Platz zu schaffen. Anders formuliert: Die Leistungsdichte des Aggregats muss erhöht werden, was für eine höhere Drehzahl spricht. Die Lösung bietet ein Planetengetriebe, das die Drehzahl zwischen Niederdruckverdichter und Fan um den Faktor drei untersetzt. Mit dem jetzt erstmals für ein großes Verkehrsflugzeug produzierten Getriebe lässt sich das Verhältnis von Mantel- zu Kernstrom auf 12,5 zu 1 erhöhen - neben der optimierten Gasturbine ein wesentlicher Grund für die Verbrauchsreduzierung.

          Im Lufthansa-Konzern findet sich die Bestätigung: „Der Neo erfüllt in der Flugerprobung die ambitionierten Ziele bei der Kraftstoffeinsparung nicht nur, sondern erreicht je nach Streckensegment sogar noch bessere Verbrauchswerte.“ Der hohe Massenstrom an kalter Luft führt zudem zu erheblicher Lärmreduktion, er ummantelt den geräuschintensiven Kernstrom und schirmt ihn gegenüber der Umwelt ab. Bei Auslieferung wurde dem ersten A320 Neo ein Überflug-Lärmpegel von 79,4 Dezibel bestätigt, das entspricht gegenüber dem A320 eine Reduktion um fast vier Dezibel. Aufgrund der logarithmischen Skala ist das mehr als einer Halbierung des Lärms.

          Der Startvorgang dauert drei Minuten pro Getriebe: „nicht akzeptabel“

          Doch es gibt Kritik von der Erstkundschaft aus Qatar und Deutschland, die zu verzögerter Indienststellung führt. Wichtigster Diskussionspunkt unter den Lufthansa-Piloten ist eine technische Tücke, die nichts mit dem Getriebe selbst, sondern mit dem schlanken Kerntriebwerk zu tun hat. Nach dem Abschalten am Gate steigt die Wärme innerhalb des Triebwerks nach oben, so dass sich die Bauteile unterschiedlich schnell abkühlen. Dabei verbiegt sich die Hauptwelle minimal, aber doch so stark, dass das Triebwerk bei einem normalen Wiederstart beschädigt werden könnte. Daher wird es zunächst besonders langsam hochgefahren und dabei beobachtet (Monitoring).

          Läuft noch nicht so richtig rund: Dem Airbus A320 Neo verleiht ein Triebwerk Flügel, an dem auch der deutsche Hersteller MTU beteiligt ist.
          Läuft noch nicht so richtig rund: Dem Airbus A320 Neo verleiht ein Triebwerk Flügel, an dem auch der deutsche Hersteller MTU beteiligt ist. : Bild: AFP

          Innerhalb der Fluglinie wird der Unmut deutlich artikuliert: „Für den gesamten Startvorgang werden derzeit circa drei Minuten pro Triebwerk benötigt. Dies ist natürlich ein Zustand, der für ein Kurzstreckenmuster nicht akzeptabel ist.“ Abhilfe sollen neue Lager schaffen, in denen die Welle enger geführt wird, sowie ein neues Softwareprogramm, welches das parallele Monitoring beider Triebwerke erlaubt.

          Dass sich die bei einigen Geschäftsflugzeugen schon etablierte Getriebebauweise auch in Verkehrsflugzeugen durchsetzen wird, bezweifelt kaum jemand. Im Gegenteil: Der Anteil des Mantelstroms wird weiter steigen, von mehr als 95 Prozent ist die Rede. Und auch Großraumflugzeuge sollen vom Jahr 2025 an mit solchen Triebwerken ausgestattet werden. Die Herausforderung besteht in dem enormen Drehmoment, das ein solches Getriebe übertragen muss: Es entspricht dem Kraftfluss von mehr als 500 Mittelklasseautos.

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