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Titelthema Inspektion des Verdichters vor dem ersten Testlauf bei der MTU. soll der Getriebefan 2008 erstmals in die Luft gehen. Flugtests in einem umgerüsteten A340 und einer B747 stehen auf dem Programm. Ziel ist es, die Serienreife des Konzepts nachzuweisen sowie Flugzeughersteller und Airlines von dem innovativen Antrieb zu überzeugen. Stark steigende Treibstoffpreise könnten ein weiteres Argument für die neue Technologie mit dem geringen Spritdurst sein. Darüber hinaus entwickelt die MTU mit Pratt & Whitney einen neuen zivilen Hochdruckverdichter. Das Projekt ist ungewöhnlich, denn die Schnittstelle zwischen den Partnern verläuft mitten durch den Verdichter: Die MTU ist für die ersten vier Stufen verantwortlich, um die Stufen fünf bis acht kümmert sich Pratt & Whitney. „Eine solche geteilte Produktion funktioniert nur bei einer sehr guten und bewährten Zusammenarbeit“, sagt Winkler. Vorteil der neuen Arbeitsweise: Beide Partner können ihr Know-how einbringen, das bedeutet Kompe- tenz mit Tradition: „Der neue Hochdruckverdichter ist die vierte Generation und eine konsequente Weiterentwicklung aus seinen Vorgängern.“ Der achtstufige Kompressor hat ein sehr hohes Druckverhältnis von 17:1 und arbeitet Die MTU hat ihren Verdichterprüfstand für die Versuche extra aufgerüstet. besonders effizient. Durch seine Bliskbauweise und eine neue formschlüssige Steckverbindung der Rotorscheiben ist er sehr leicht. Der jüngste Zögling aus der MTU-Verdichterfamilie könnte sich als leistungsfähiges Herzstück für die zukünftige Antriebsgeneration empfehlen. Er ist ein vielseitiger Leicht und effizient: der Hochdruckverdichter wird in Bliskbauweise und neuer formschlüssiger Steckverbindung der Rotorscheiben produziert. Kandidat, denn neben einem Einsatz im Getriebefan könnte er auch im konventionellen Turbofan fliegen. Seine erste Bewährungsprobe hat er erfolgreich bestanden: In diesem Frühjahr kam der Verdichter bei der MTU in München auf den Prüfstand und wurde hinsichtlich Wirkungsgrad, Robustheit und Strukturmechanik getestet. Die MTU übernimmt das komplette Testing des Bauteils und hat ihren Prüfstand dafür extra aufgerüstet. Höhere Antriebsleistungen machen die Testzelle besonders leistungsstark. Mehr Kanäle und höhere Abtastraten erlauben detailliertere Messungen. Neu ist zudem die berührungslose Schwingungsüberwachung aller Laufschaufeln der acht Stufen. „Mit dem Getriebefan-Demonstrator und Hochdruckverdichter sind wir technisch hervorragend positioniert“, konstatiert Dr. Anton Binder, Leiter Zivile Programme bei der MTU. Sie könnten die Basis für einen Nachfolger des V2500 bilden. An dem populären Antrieb für die A320-Familie ist die MTU über das Konsortium International Aero Engines (IAE) beteiligt. Noch ist nicht entschieden, auf welches Pferd man setzt. Denn als Alternative zu einer ganz neuen Technologie wie dem Getriebefan könnte auch das konventionelle Antriebskonzept – in opti- Die nächste Generation wächst heran: Herstellung der neuen Hochdruckverdichter-Blisks. mierter Form als Advanced Turbofan – angeboten werden. Binder: „Die MTU ist für beide Technologien bestens gerüstet. Wir sind vorbereitet, wenn in den nächsten zwei Jahren der Programmstart für die neue Generation der Single Aisle-Antriebe fällt.“ Den „Single Aisles“ oder „Narrowbodies“, also den Flugzeugen mit einem Mittelgang wie der A320oder B737-Familie, gehört die Zukunft. Prognostizierter Marktanteil: über 40 Prozent. Die Triebwerkshersteller wollen natürlich mit an Bord sein und haben die Arbeit am Antrieb der Zukunft aufgenommen. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Dr. Christian Winkler +49 89 1489-8663 Interessante Multimedia-Services zu diesem Artikel unter: http://www.mtu.de/107NGSA 6 REPORT REPORT 7
Technik + Wissenschaft Dicker Schutz dank dünner Schichten Dr. Thomas Uihleins Schadensmuster könnten aus einem Gruselkabinett stammen: Verdichterschaufeln mit abgestumpften Ecken und eingerissenen Kanten. Manche sind messerscharf, andere deutlich abgeschürft. Diese Schaufeln stammen aus einem An- Manfred Ruopp Luft hat keine Balken, sagt ein Sprichwort. Aber Luft enthält Sand, Staub, Eis sowie Salz und das mögen Triebwerke gar nicht. Denn die Folgen der Erosion durch Fremdstoffe in der Luft sind kürzere Instandhaltungsintervalle sowie eine geringere Lebensdauer der Komponenten. Das kostet die zivile und militärische Luftfahrt viel Geld. Eine Innovation soll Abhilfe schaffen: Die MTU Aero Engines entwickelt ein neues Beschichtungssystem, das die Wirksamkeit aller bisherigen Systeme übertrifft. trieb, der von Hilfsorganisationen vorwiegend in Afghanistan eingesetzt wurde – in einer Wüstenzone. Uihlein: „Keine 100 Betriebsstunden hat das Triebwerk dort gehalten.“ Der 51-jährige MTU-Ingenieur beschäftigt sich seit Jahren mit der Tatsache, dass Luft doch hart sein kann, denn die natürliche Luftverunreinigung durch Sand und andere Partikel lässt Triebwerke schneller verschleißen. Dabei zerstören nicht nur Starts und Landungen auf Sandpisten die Antriebe. Auf Ein MTU-Mitarbeiter füllt eine Beschichtungsanlage. Interkontinentalflügen beispielsweise nagen die in großer Höhe über den Ozeanen befindlichen Salzkristalle und Staubpartikel an den Komponenten und verkürzen die Lebensdauer. Uihlein: „Schon relativ geringe Erosionsschäden schlagen sich in ein, zwei Prozent mehr Kraftstoffverbrauch nieder.“ Auch ein frühzeitiger Austausch betroffener Triebwerksteile kommt die Betreiber teuer. Die beste technische Lösung zum Schutz der Komponenten hält den Verschleiß von vornherein so gering wie irgend möglich – dieses Ziel setzte sich Uihlein. Mit einem interdisziplinären Team begann er 2002 mit der Entwicklung spezieller Schutzschichten für die empfindlichen Triebwerksschaufeln. Drei Jahre später dokumentiert die Verleihung des MTU Award, wie erfolgreich das Team war: Ihr ERCoat nt -Beschichtungssystem löst das Problem effektiv. ERCoat nt baut auf dem PVD-Prinzip auf, das sich bei der MTU seit rund 30 Jahren be- Eis und Schnee können den Verdichterschaufeln eines Triebwerks erheblichen Schaden zufügen. Daher ist optimaler Schutz ein wichtiger Faktor, der sich positiv auf die Lebenswegkosten auswirkt. Lichtbogen in einer PVD-Anlage bei der MTU in München. währt. PVD bedeutet physikalische Dampfabscheidung (Physical Vapor Deposition). Bei diesem Prinzip wird unter Vakuum und mit einem Lichtbogen ein Metalldampf erzeugt, dessen Teilchen auf einem gegenüber befindlichen Substrat kondensieren und einen dünnen Film bilden. Mit der Multilayer-Schutzschicht von ERCoat nt gelang es, die Wirkung der herkömmlichen PVD-Technologie dramatisch zu steigern. Das Multilayer weist eine Nanostruktur auf und verbindet die Härte von keramischen mit der hohen Zähigkeit metallischer Schichten. Dahinter verbirgt sich eine sehr feine Reihung vieler metallischer und keramischer Schichten übereinander. Jede einzelne Schicht ist extrem dünn und bewegt sich im Bereich der Nanostruktur (10 -9 Meter). Insgesamt trägt die so entstehende Schutzschicht nur fünf bis 50μm auf, das sind fünf bis 50 Millionstel eines Meters (10 -6 Meter). Sand und Staub sind kritische Begleiter vieler Flugzeugeinsätze. Sie beeinflussen nicht nur die Verdichter, sondern auch die Turbinen eines Triebwerks. Links eine verschlissene Verdichterschaufel, rechts eine in ihrer Ursprungsform. Dieses Bauprinzip ergibt eine sehr hohe Festigkeit, die dem Beschuss durch Festkörper in der Luft lange standhält. Die Duktilität ist sehr hoch. Das ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, seine Form zu verändern, ohne dass es dabei zu Werkstofftrennungen kommt. Bei Triebwerksbauteilen mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten und den damit verbundenen Schwingungen ist diese Zähigkeit des Materials besonders wichtig. Uihlein erläutert einen weiteren Vorteil: „Je nach Bauteillage im Triebwerk und dessen Werkstoff können wir spezifisch beschichten.“ Auch die jeweils auftretenden Temperaturen werden berücksichtigt: „Momentan realisieren wir Hochtemperaturbereiche von über 550 Grad Celsius. Unser nächstes Ziel sind 650 Grad Celsius.“ Nachdem die ersten Erprobungstriebwerke erfolgreich getestet wurden, laufen derzeit die behördlichen Zulassungen für den Serieneinsatz der MTU-Innovation; die Entwicklungsarbeiten sollen in diesem Jahr abgeschlossen werden. Über die Zukunft sagt der Ingenieur: „Speziell im militärischen Bereich dürften zukünftig nahezu alle Triebwerke mit ERCoat nt -Technologie ausgestattet werden. In der zivilen Luftfahrt werden die Kurzstreckenflieger den Anfang machen. Aber auch für alle anderen sind die Vorteile unserer Technologie unübersehbar.“ Zumal die MTU-Neuheit den Kunden den Einstieg in die Zukunft leicht macht: Die meisten Triebwerke lassen sich mit ERCoat nt nachrüsten. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Dr. Thomas Uihlein +49 89 1489-3812 Dieser Artikel ist online verfügbar unter: http://www.mtu.de/107ERCoat 8 REPORT REPORT 9
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