50 Jahre im Dienste Deutschlands - MTU Aero Engines

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Titelthema Stärkste Propellerturbine im Westen Das neueste Beschaffungsprojekt der Luftwaffe – wiederum eine europäische Gemeinschaftsaktion – ist der Transporter A400M von Airbus. Der langen Tradition folgend ist die MTU als einziger deutscher Triebwerkshersteller Programmpartner des Triebwerks TP400-D6. Um Kosten zu sparen, sind die beteiligten Unternehmen übereingekommen, europaweit nur eine Endmontagelinie einzurichten – und zwar bei der MTU Maintenance Berlin-Brandenburg in Ludwigsfelde. Mit rund 11.000 Wellen-PS wird der A400M- Antrieb die mit Abstand stärkste Propeller- turbine der westlichen Welt sein. Mit ihr kann der Militärtransporter, der die Transall ablösen soll, flexible und sichere Missionen sowie extreme Einsatzprofile fliegen. Das waren wichtige Argumente für einen Propellerund gegen einen Strahlantrieb. Ausschlaggebend waren auch die hohe Wirtschaftlichkeit sowie die Aussicht, mit Propellern Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, die im Bereich von Strahlflugzeugen liegen. Die Bundeswehr und sieben weitere nationale Streitkräfte erhalten mit der Kombination A400M/TP400-D6 ein hochmodernes, extrem flexibles und wirtschaftliches Fluggerät, das über Jahrzehnte das Rückgrat der Transporterflotte bilden wird. Für die Bundeswehr und die MTU ist das TP400-D6 derzeit die Krönung ihrer traditionsreichen, jahrzehntelangen Zusammenarbeit. Mit ihm beweisen die Partner einmal mehr: Wo die Bundeswehr und die MTU Hand in Hand zusammenarbeiten, entsteht doppelter Schub – zum Wohle beider Seiten. Für nähere Informationen steht Ihnen Odilo Mühling gerne zur Verfügung: +49 89 1489-2698 Weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.mtu.de/report TP400-D6 Bauart: 3-Wellen-Turboprop Leistung: +11.000 WPS in Seehöhe, eingebautes Triebwerk spez. Kraftstoffverbrauch: optimiert für unterschiedliche Missionen Max. Propellerdrehzahl: +840 1/min Druck-/Verdichtungsverhältnis: 25 Gewicht: ca. 1.800 kg (trocken) Länge: 3.500 mm (Triebwerksgesamtlänge) Propellerdurchmesser: 5.300 mm, 8 Rotorblätter aus Verbundwerkstoff 18 REPORT REPORT 19
Technik + Wissenschaft Intelligente Winzlinge Nicole Geffert Im Antrieb der Zukunft steckt Intelligenz auf engstem Raum: Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) heißen die stark miniaturisierten Systeme, die elektronische und mechanische Bestandteile vereinen. Im Einsatz dieser Mikrosysteme sehen Experten der MTU Aero Engines großes Potenzial, Triebwerkskomponenten, insbesondere Verdichter, weiter zu optimieren. Im „Smart Compressor“ soll durch aktive Strömungsbeeinflussung unter anderem der Wirkungsgrad verbessert werden. Verdichter der heutigen Generation sind für bestimmte Drehzahlen ausgelegt und für häufig auftretende Betriebszustände, zum Beispiel den Reiseflug, optimiert. „Damit der Verdichter auch in Lastbereichen außerhalb des Auslegungspunktes, etwa bei schnellen Schubänderungen in Teillast, einwandfrei funktioniert, müssen die Konstrukteure derzeit noch Kompromisse bei Wirkungsgrad und Gewicht in Kauf nehmen“, erklärt MTU- Ingenieur Hugo Pfoertner, Referent Triebwerksüberwachung im Center Entwicklung und Werkstoffe. Die MTU-Spezialisten haben es sich deshalb zum Ziel gesetzt, den Betriebsbereich der Verdichter-Beschaufelung so zu erweitern, dass auf derartige Kompromisse künftig verzichtet werden kann. Ein möglicher Ansatz: Mikrosysteme werden auf der Schaufeloberfläche platziert, um die Strömung im Verdichter aktiv zu beeinflussen. Im Idealfall könnte der Einsatz von MEMS im Triebwerk der Zukunft einzelne Schaufeln oder sogar komplette Verdichterstufen überflüssig machen. Für den Kunden hätte das einen entscheidenden Vorteil: weniger Gewicht und damit geringerer Kraftstoffverbrauch. Um diese Vision Realität werden zu lassen, arbeiten die Spezialisten der MTU unter anderem im europäischen ADVACT-Programm, in dem Potenziale fortschrittlicher Aktuatorik in Triebwerken untersucht werden. ADVACT gehört zum 6. EU-Forschungsrahmenprogramm und ist in einzelne Arbeitspakete aufgeteilt. „Die MTU übernimmt eine führende Rolle in der Anwendung der Mikrosystemtechnik in Triebwerken und leitet das MEMS-Arbeitspaket, in dem auch die Triebwerkshersteller Snecma Moteurs und Rolls-Royce sowie Forschungseinrichtungen und Hochschulen mitwirken“, so Dr. Sven- Jürgen Hiller, Projektleiter und Entwicklungsingenieur im Center Entwicklung und Werkstoffe. Gemeinsames Ziel der Partner: Bis 2007 sollen Labormuster von mit MEMS bestückten Schaufeln im Windkanal getestet werden. Dr. Frank Grauer, Technologie-Programmleiter Triebwerkssysteme im Center Entwicklung und Werkstoffe der MTU, beschreibt einen der innovativen Lösungsansätze: „Teile der Schaufel enthalten miniaturisierte Einrichtungen, die mittels erzwungener Schwingungen dünner Membranen pulsierende Luft- Intelligente Lösung zur Lärmreduktion: Ein aktiver Stator mit Membran, die elektronisch angesteuert wird und Gegenschall erzeugt. ströme erzeugen und so gezielt die Strömungsverhältnisse an der Schaufel beeinflussen.“ Was sich simpel anhört, ist in der Umsetzung äußerst kompliziert. So müssen die Ingenieure vorab eine Reihe von Fragen klären. Zum Beispiel, ob jede oder nur einzelne Schaufeln mit MEMS bestückt, an welcher Stelle die MEMS platziert und mit welcher Frequenz sie angesteuert werden müssen. Außerdem sollen zusätzlich zu den Stellgliedern (Aktuatoren), die entsprechende Eingriffe ermöglichen, auch Sensoren, die eine Strömungsinstabilität frühzeitig erkennen, in den Verdichter integriert werden. „Beides gibt es bereits in konventioneller Bauweise, vor allem die Aktuatoren sind aber noch viel zu groß“, erläutert Grauer. „Die Miniaturisierung erlaubt dagegen Eingriffe direkt an der Quelle der Strömungsinstabilität, ohne die globalen Strömungsverhältnisse zu beeinträchtigen.“ Besonders zu schaffen machen den intelligenten Winzlingen noch die extremen Randbedingungen in einem Triebwerk, zum Beispiel die hohen Temperaturen. Die MEMS für höhere Temperaturbereiche werden aus Siliziumcarbid hergestellt und können Temperaturen bis zu 550 Grad Celsius standhalten. „Deshalb müssen wir uns derzeit mit den MEMS-Applikationen im vorderen Bereich des Verdichters bewegen, wo es noch nicht so heiß ist“, ergänzt Grauer. � Spritzgegossene Teile einer Mikroturbine aus Zirkoniumoxid: Düsenplatte, Gehäuse, Welle, Rotor und Zahnrad - hier im Größenvergleich zu einer Büroklammer. Mikroventile in MEMS-Technologie werden schichtweise aufgebaut. Dieses Mikroventil dient zur aktiven Strömungsbeeinflussung. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung. Die Integration von Sensorik, Mikro-Computern und Aktuatorik auf engstem Raum eröffnet noch weitere Möglichkeiten. So forschen die MTU-Experten an neuartigen Regelungsund Überwachungsmethoden. „Eine weitere Anwendung für MEMS sehen wir in intelligenten Monitoring-Systemen, mit denen sich schon kleinste Schäden im Triebwerk frühzeitig lokalisieren und bewerten lassen“, sagt Heinz-Werner Seibel, Systemingenieur Regelung, Überwachung und Geräte im Center Erprobung/Regelung. Mittels der ausgeklügelten Elektronik ließen sich darüber hinaus Prinzip „Active Flow Control“ durch „Zero Flow Device“ Referenz-Sensor Fehler-Sensor Aktuator 20 REPORT REPORT 21 U∞ kritische Betriebszustände im Triebwerk erkennen und vermeiden – mit dem Ziel, die Lebensdauer der Bauteile zu erhöhen, Instandhaltungsintervalle zu verlängern und damit Fly-by-hour-Konzepte zu unterstützen. analog/ digital Für nähere Informationen steht Ihnen Dr. Frank Grauer gerne zur Verfügung: +49 89 1489-6156 Weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.mtu.de/report MEMS ermöglichen die Integration von Sensorik und Aktuatorik zur aktiven Strömungskontrolle – hier am Beispiel einer Tragfläche. V I digital/ analog analog/ digital Digitaler Signal Prozessor LMS-adaptive FIR-Filter
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