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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 38 39
Technik + Wissenschaft Effizient und leistungsstark Christiane Rodenbücher/Martina Vollmuth Innovative Regelungssysteme und ein erhöhter elektrischer Leistungsbedarf sind zwei Anforderungen an die Antriebe von morgen. Die MTU baut bei der Entwicklung dieser Zukunftstechnologien auf Altbewährtes: Seit Jahrzehnten arbeitet sie eng mit der Universität der Bundeswehr München zusammen. Jüngster Erfolg der Kooperation ist MexJET. Mit diesem Triebwerksversuchsträger auf der Basis eines Eurofighter- Antriebs EJ200 wird unter anderem ein völlig neues Regelungskonzept demonstriert. Dr. Jörg Henne, Leiter Entwicklung und Technologie bei der MTU, erklärte im Rahmen einer Festveranstaltung bei der Universität der Bundeswehr München (UniBw) in Neubiberg: „Der erfolgreich in Betrieb genommene Versuchsträger MexJET stellt eine herausragende und in Deutschland einmalige Basis für vielversprechende, zukünftige Technologie-Entwicklung im Bereich ‚More Electric Engine‘ und innovative Regelungskonzepte dar.“ Er ist sich sicher: „Die technologischen Entwicklungsziele werden zu einer deutlichen Steigerung von Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit sowie zu einer Reduzierung der Lebenswegkosten führen.“ Professor Dr. Reinhard Niehuis, Leiter des Instituts für Strahlantriebe (ISA), würdigte das gemeinsame Projekt anlässlich der Inbetriebnahme von MexJET (More electric experimental Jet Engine Test vehicle) im Frühjahr 2013 als „besonders effizient und besonders leistungsstark: Damit meine ich einerseits die Technologien, das gilt aber auch ganz besonders für die Kooperation der Partner MTU und Universität der Bundeswehr“. Der enge Forschungsverbund schweißt die UniBw und Deutschlands führenden Triebwerkshersteller seit Jahrzehnten zusammen. Bereits ein Jahr nach Gründung der UniBw im Jahre 1973 wurde mit dem Bau eines Triebwerkslehrstandes begonnen, mit dem nach der Gründung des ISA im Jahre 1980 die gemeinsame Forschung und Lehre eingeläutet wurde. Die Anforderungen an die Antriebssysteme künftiger Flugzeuge bestimmten von Anfang 40 41
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