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Technik + Wissenschaft
druckverdichter. Sie werden direkt aus einem Metallpulverbett per
selektivem Laserschmelzverfahren (SLM) aufgebaut. „Das vereinfacht
die Fertigung enorm, der Gestaltungsspielraum für die Ingenieure ist
viel größer – man muss nicht mehr aus dem vollem Metallblock fräsen,
wir sparen Material und die Bauteile wiegen weniger“, erklärt MTU-
Ingenieur Wulf. Dazu komme die Zeitersparnis: Bisher waren drei bis
vier unterschiedliche Zulieferer mit der Fertigung der Innenringe beschäftigt
– der eine stellt die Innenringe her, der andere die Honigwabenstruktur,
der dritte lötet beide Bauteile zusammen – dazu kam
der Transport zwischen den einzelnen Fertigungsstandorten. „Bei der
generativen Herstellung ist das ein einziger Arbeitsschritt – die eigentliche
Bauteilfertigung erfolgt quasi über Nacht“, sagt Wulf.
Eine andere Technologie, die das Abspecken des Getriebefans komplettiert,
wird in der Niederdruckturbine ihr Debüt feiern. Normalerweise
müssen dort die Triebwerksschaufeln in den einzelnen Turbinenstufen
besonders steif ausgelegt werden. Auf diese Weise können
sie durch den Heißgasstrom nicht so leicht in Schwingung gebracht
werden. Doch die Widerstandkraft der steifen Schaufeln bekommt
man nicht umsonst: Sie wiegen mehr. Eine neue Schaufel mit integrierter
Schwingungsdämpfung nimmt den kritischen Frequenzen in
SAGE 4 ihre zerstörerische Kraft. „Die Schaufeln werden leichter und
schlanker, wodurch sich wiederum aerodynamische Vorteile ergeben,
die sich positiv auf die Effizienz des Gesamttriebwerks auswirken“,
erklärt Wulf.
Um den Wirkungsgrad der nächsten GTF-Generation noch weiter zu
erhöhen, optimieren MTU-Luftsystemleute und Konstrukteure auch
den Einsatz von Kühlluft in der Niederdruckturbine. Durch gezielteres
Kanalisieren, „indem man die Luft genau dorthin leitet, wo sie wirklich
gebraucht wird, kann die Luftmenge reduziert werden“, erklärt der
Clean Sky-Chefingenieur. Und da auch die Kühlluft verdichtet werden
muss, spart weniger Kühlluft Arbeit ein, die das Triebwerk in mehr
Schubkraft umsetzen kann. Auch dem Thema Lärm widmet man sich
weiterhin: Erstmals werden vom SAGE 4-Partner GKN akustische
Dämpfungselemente im Turbinenaustrittsgehäuse zum Einsatz kommen.
Solche Filter für bestimmte Frequenzen arbeiten heute schon im
Bypasskanal der Triebwerke, kurz vor und nach dem Fan. Um sie im
Heißgasstrom einsetzen zu können, mussten sie hitzefest ausgelegt
werden.
„Gegenüber der aktuellen Getriebefanreihe wollen wir mit den SAGE 4-
Technolgien rund drei Prozent weniger Kerosin verbrauchen; langfristig
halten wir fünf bis acht Prozent für machbar“, sagt Wulf. Das wäre
in der Praxis ein großer Erfolg, so der Ingenieur: „Die Wirkungsgradniveaus
sind schon extrem hoch – wir jagen hier einzelne Zehntelprozente.
Und jedes einzelne spart nicht nur Sprit, sondern damit auch
wieder CO 2 -Emissionen ein.“ Ab 2020 könnte man die in SAGE 4 entwickelten
Technologien in Serientriebwerken antreffen, schätzt Wulf.
„Die Herausforderungen bei Clean Sky sind nicht nur technischer
Natur, sondern bestehen auch in der möglichst reibungslosen Organisation
des Mammutprojektes“, erklärt Peter Taferner, Clean Sky-Programmleiter
bei der MTU. Zur Koordination von Clean Sky, welches im
Wesentlichen die Luftfahrtsegmente Zellen, Antriebe und Systeme
umspannt, wurde eigens eine Public-Private Partnership gegründet,
das „Joint Undertaking“ (JU), an dem Industrie und Forschung auf der
einen Seite und die EU-Kommission auf der anderen zu je 50 Prozent
beteiligt sind.
Vier-Punkt-Biegeversuch: Ein mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) hergestellter Dichtungsträger wird auf seine Schwingfestigkeit geprüft.
Neues Fertigungsverfahren: Mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) hergestellter Dichtungsträger.
„In unserem SAGE 4-Programm mit einem Volumen von insgesamt
etwa 68 Millionen Euro gilt es neben den beiden großen SAGE 4-
Partnern, dem britisch-schwedischen Unternehmen GKN Aerospace
und dem italienischen Turbinenhersteller Avio Aero, noch eine Reihe
kleinerer und mittlerer Unternehmen (KMU) sowie Forschungsdienstleister
und Universitäten einzubinden und zu koordinieren“, erläutert
Taferner. Letztere sind über Call for Proposals (CfP) an SAGE 4 beteiligt.
Darunter verstehen sich zeitlich begrenzte, direkt geförderte
Entwicklungsaufgaben, die von der MTU und ihren Partnern in Hinblick
auf den SAGE 4-Demonstrator definiert wurden. Ziel des Fördergebers
ist es, verstärkt KMUs und Forschungseinrichtungen an der
Technologieentwicklung im Luftfahrtbereich zu beteiligen, um deren
Wettbewerbsfähigkeit international zu stärken. Taferner: „Die Partner
entwickeln eigene Technologien und erarbeiten sich damit Wettbewerbsvorteile
für die Zukunft. SAGE 4 profitiert durch die Bereitstellung
dieser technologisch fortschrittlichen Komponenten.“
SAGE 4 steht für diese Entwicklungsaufträge ein Budget von rund 15
Millionen Euro zur Verfügung. Taferner: „Wir haben unser CfP-Budget
mittlerweile voll ausgeschöpft. Es ging hier nämlich darum, Entwicklungspartner
zu finden, die bereit sind, eigene Mittel für Aufgaben einzusetzen,
die von der MTU, GKN Aerospace oder Avio Aero definiert
wurden. Das setzt natürlich voraus, dass sich aus der Lösung der
gestellten Aufgabe eine Win-Win-Situation für die MTU und die Entwicklungspartner
ergibt.“ Die letzten drei MTU-CfP-Projekte, für die
gerade die Verträge vorbereitet werden, befassen sich mit der Reifmachung
eines robusten Produktionsprozesses für einen neuen Turbinengehäuse-Werkstoff,
mit einer kostengünstigeren Legierung für
Triebwerksrotoren und der Verbesserung des Herstellungsprozesses
von Nickel-Basis-Einkristall-Schaufeln.
„Im nächsten Jahr müssen die für den Demonstrator wichtigen CfP-
Topics ausreichend Entwicklungsreife bewiesen haben und die Integration
in den Demonstrator weitgehend abgeschlossen sein, damit
sie ins SAGE 4-Triebwerk eingesetzt und über den Triebwerkstest erfolgreich
validiert werden können“, sagt Taferner. „Wir biegen bei
Clean Sky gerade in die Zielgerade ein und können schon heute
sagen, dass Clean Sky insgesamt und SAGE 4 ein großer Erfolg sein
werden.“ Die europäische Luftfahrtindustrie wünscht sich daher dringend
ein Clean Sky-Nachfolgeprogramm. Clean Sky II könnte in das
kommende EU-Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 eingebettet
werden, so Taferner. „Mitte, Ende 2014 falle die Entscheidung über
eine Fortsetzung“, so der MTU-Programmleiter. „Und wenn es so
kommt, werden wir natürlich wieder mit dabei sein.“
Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema:
Dr. Joachim Wulf
+49 89 1489-3381
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