Die Zukunft der Triebwerke ist heute. - MTU Aero Engines

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 Schubkraft 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.
195