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FLUG REVUE 01/2017

Technik

Technik Triebwerksdemonstrator SAGE 4 stärktem Kunststoff mit Teflonschaum erprobt. „Sie halten rund 100 Grad Celsius mehr aus als die bisher im Verdichterbereich eingesetzten Kunststoffe“, sagt Wulf. Gleichzeitig seien sie leichter und teilweise sogar günstiger in der Fertigung als Bauteile aus Metall. „Die Tests waren sehr erfolgreich. Wir haben die Dichtungsträger anschließend auf Risse und interne Beschädigungen geprüft und keine negativen Erkenntnisse gewonnen.“ Matthew Denmead, Entwicklungsingenieur bei Meggitt, ist überzeugt, dass sich das neue Material in Triebwerken durchsetzen wird: „Durch die deutliche Gewichtseinsparung haben Kohlefasern gerade in Hochtemperaturbereichen großes Potenzial.“ Zum Einsatz kamen im Hochdruckverdichter zudem additiv gefertigte Dichtungsträ- ger aus einer Nickel-Basislegierung. Sie wurden bei Testläufen mit konventionellen Dichtungsträgern aus zusammengelöteten Blechen verglichen – ebenfalls mit positiven Ergebnissen. Solche gedruckten Dichtungsträger könnten schon bald per selektivem Laserschmelzverfahren in Serie gefertigt werden, so MTU. Um den Wirkungsgrad des Hochdruckverdichters weiter zu verbessern, wurde auch der Strömungswiderstand verringert. Dafür wurden die Oberflächen von rotierenden und nicht-rotierenden Verdichterschaufeln poliert und mit einem Erosionsschutz versehen. In der Niederdruckturbine wurde das Design der „Outer Die Niederdruckturbine ist sehr hohen Temperaturen und Drehzahlen ausgesetzt. Die Laufschaufeln der dritten Stufe bestehen aus Titanaluminid. Cavities“ angepasst. Das sind die offenen Räume zwischen dem eigentlichen Gaskanal und den statischen Gehäusebauteilen, die üblicherweise mit Hilfe von Labyrinthdichtungen zwischen dem Gehäuse und dem äußeren Schaufeldeckband abgedichtet werden. „Dadurch können die Leckageströme besser kanalisiert und Strömungsverluste verringert werden“, sagt Wulf. Zudem wurde das Gehäuse überarbeitet und mit einer veränderten Kühlluftführung versehen. Die Ingenieure optimierten auch die Schaufeln aerodynamisch, was zu dünneren Kanten führt. Ebenfalls erprobt wurde ein neu entwickeltes Dämpfungssystem für die erste Laufschaufelstufe. Nicht nur im Hochdruckverdichter, auch im Turbinenbereich wurden neue Dichtungstechnologien untersucht. „Erstmals haben wir in der schnelllaufenden Niederdruckturbine Bürstendichtungen eingesetzt“, erklärt Wulf. Bürstendichtungen bestehen aus tausenden Am 1. Juli 2016 nahm Swiss als erste Airline die Bombardier CS100 mit PW1500G-Antrieb in Empfang. 62 FLUG REVUE Januar 2017 www.flugrevue.de

PW1500G Daten Bläserdurchmesser Architektur PW1519G PW1521G PW1524G PW1525G* 185,42 cm Bläser, Getriebe, Niederdruckverdichter (3 Stufen), Hochdruckverdichter (8), Hochdruckturbine (2), Niederdruckturbine (3) Startschub 84,5 kN 93,4 kN 103,6 kN 103,6 kN Nebenstromverhältnis 12:1 Flugzeug Bombardier CS100 Bombardier CS100, CS300 * liefert unter bestimmten Bedingungen bis zu fünf Prozent mehr Schub Drähten, die mit einem Kerndraht in einem Klemmrohr fixiert werden. Die anströmenden Gase drücken diese Drähte gegen den Stützring und verdichten sie. Bisher wurden solche Dichtungen vor allem bei kleineren Durchmessern verwendet, wo die Relativgeschwindigkeit von bewegten zu statischen Teilen geringer ist. Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Labyrinthdichtungen hätten sie aber eine bessere Dichtwirkung, was den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks erhöhe. „Die Tests unter realen Triebwerksbedingungen mit maximaler Wärmeerzeugung im Dichtspalt waren erfolgreich“, sagt Wulf. Ebenfalls eine Premiere in der Niederdruckturbine hatten hitzeresistente, leichte keramische Faserverbundwerkstoffe. Bauteile aus CMC (Ceramic Matrix Composite) wurden bei SAGE 4 als Isoliersegmente im Triebwerksgehäuse verbaut. Der Triebwerksdemonstrator durchlief auf dem größten Prüfstand bei MTU in München insgesamt 500 Zyklen, also jeweils Start, Hochfahren auf maximale Leistung sowie Landung beziehungsweise eine längere Leerlaufphase. „Jeder Zyklus schädigt die Bauteile. So bekommen wir einen Lebensdauernachweis“, erklärt Wulf. Bei den Testläufen wurde das Triebwerk mechanisch und thermisch auch jenseits der üblichen Limits von Serientriebwerken gefahren, um das Verhalten der neuen Technologien besser zu verstehen. WEITERE TECHNOLOGIEN IN DER ENTWICKLUNG So wurde die Niederdruckturbine beispielsweise bei einem Stresstest auf 105 Prozent der zulässigen Drehzahl gebracht. „Das ist sehr spannend, weil wir Aufschluss über das Vibrationsverhalten bekommen“, sagt Wulf. Bei einem sogenannten Thermal Survey wurden die Bauteile bei Temperaturen oberhalb des regulären Betriebsbereichs bis zu sechs Hitzebeständige Dichtungsringe aus kohlefaserverstärktem Kunststoff sind besonders leicht. Dichtungsträger aus dem 3D-Drucker: Die Serienfertigung könnte bei MTU bald starten. Zum ersten Mal testete MTU keramische Verbundwerkstoffe als Isoliersegment im Gehäuse. Fotos: MTU Aero Engines, Swiss www.flugrevue.de FLUG REVUE Januar 2017 63

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