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2 Motivation
Moderne Flugtriebwerke weisen ein hohes Maß technischer Reife auf. Verschiedene Aspekte wie
Größe, Gewicht, thermodynamischer Wirkungsgrad, mechanische Robustheit und nicht zuletzt
die Kosten für Anschaffung und Wartung sind entsprechend den Kundenanforderungen aufeinander
abgestimmt. Signifikante Verbesserungen lassen sich nur noch mit hohem Aufwand
erzielen. Dabei muss die Interaktion der verschiedenen Komponenten und Disziplinen berücksichtigt
werden. Oftmals ist es nicht akzeptabel, für Verbesserungen eines Aspektes Nachteile
bei einem anderen in Kauf zu nehmen. So würde beispielsweise der Wert einer Technologie
zur Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades gemindert, wenn durch sie engere Fertigungstoleranzen
und entsprechend erhöhte Kosten notwendig würden. Gute Aussichten auf
Verwendung im Triebwerk haben daher Technologien, die neben ihrer eigentlichen Funktion
möglichst geringe Auswirkungen auf andere Komponenten oder Aspekte haben.
Grundsätzlich können zur weiteren Verbesserung von Flugtriebwerken zwei Wege beschritten
werden: Die weitere Verbesserung der einzelnen Komponenten oder die Einführung neuer Konzepte.
Die großen Hersteller arbeiten an beiden Möglichkeiten, um den jeweils inhärenten Verbesserungspotenzialen,
Zeitskalen und Entwicklungsrisiken Rechnung zu tragen. Neue Konzepte
beinhalten aufgrund der noch nicht vorhandenen Entwicklungserfahrungen ein erhöhtes Risiko.
Dieser Weg ist daher als eine langfristig angelegte Strategie zu betrachten. Kurz- oder mittelfristig
gibt es keine Alternative zu weiteren Anstrengungen, die einzelnen Komponenten weiter zu
verbessern.
Die Aerodynamik des Verdichters ist für die korrekte Funktion eines Flugtriebwerkes von hoher
Bedeutung. Der thermodynamische Kreisprozess ist auf einen stabilen Verdichterbetrieb angewiesen.
Ist dies nicht der Fall und tritt Verdichterpumpen oder rotierender Strömungsabriss auf,
so drohen Schubverlust und Beschädigungen am Triebwerk. Der Wirkungsgrad des Verdichters
ist ebenfalls von hoher Relevanz. Bei einer Steigerung sinkt zum einen der schubspezifische
Kraftstoffverbrauch, zum anderen sinkt die Arbeitslinie im Verdichterkennfeld. Letzteres ist bedingt
durch das bei stationären Betriebszuständen zwischen Verdichter und Turbine herrschende
Leistungs- und Drehzahlgleichgewicht sowie der bei konstanter spezifischer Arbeit des Kreisprozesses
und erhöhtem Verdichterwirkungsgrad niedriger ausfallenden abgefragten spezifischen
Arbeit der Turbine. Eine niedrigere Arbeitslinie bedeutet bei gleicher Lage der Pumpgrenze eine
Erhöhung des Pumpgrenzabstandes und damit eine verbesserte Stabilität des Verdichters.
Im Großteil der heute zugelassenen Turbofantriebwerke für Mittel- und Langstreckenflugzeuge
wird die Verdichtungsaufgabe von mehreren Axialverdichtern übernommen. Bei kleineren Kerntriebwerken
ist auch der Einsatz von Radialverdichtern denkbar, aber aufgrund des höheren
Wirkungsgrades bei den zur Schuberzeugung notwendigen hohen Massendurchsätzen ist in der
Regel ein mehrstufiger Axialverdichter zu bevorzugen. Zur aerodynamischen Auslegung von Verdichtern
wird starker Gebrauch von numerischen Berechnungsmethoden gemacht. Neben den
weiterhin gebräuchlichen eindimensionalen Vorauslegungsmethoden und den zweidimensionalen
Mehrschnittverfahren werden dreidimensionale RANS-CFD-Verfahren angewendet. Zusätzlich
existiert ein Trend, zur Erledigung gewisser Teilaufgaben automatisierte Auslegungsverfahren
einzusetzen. Durch die Kopplung von Software zur Geometrieerzeugung und zur Simulation
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