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FLUG REVUE 01/2017

Technik

Technik Triebwerksdemonstrator SAGE 4 Stunden lang geprüft. Und bei einem „Rub-in Test“ legten es die MTU-Ingenieure auf einen besonders tiefen Einrieb zwischen Rotor und Gehäuse an. „Dadurch gewinnen wir Erfahrungen, ob die neuen Dichtungstechnologien das geforderte stabile Anstreifverhalten zeigen“, erklärt Wulf. Insgesamt 600 Messstellen lieferten während der Erprobung Daten. Zwischen den Testläufen wurde das Triebwerk regelmäßig von außen und – mit Hilfe von Boroskopen – von innen inspiziert, um nachvollziehen zu können, wie sich die einzelnen Komponenten durch die Belastung verändern. Anschließend wurde der Demonstrator in seine Einzelteile zerlegt und intensiv untersucht, um eventuell entstandene Risse oder andere Schäden zu identifizieren. „Ziel eines solchen Tests ist es natürlich auch, zu lernen, was noch nicht wie gewünscht funktioniert und was folglich noch weiterentwickelt werden muss“, sagt Wulf. Denn die Arbeit ist mit der Auswertung der Testdaten für MTU nicht beendet. Auch im Rahmen des Nachfolgeprogramms Clean Sky 2, das seit 2014 und bis 2020 läuft, werden weitere Technologien entwickelt, um das ehrgeizige Ziel einer Treibstoffreduzierung um bis zu zehn Prozentpunkte im Vergleich zum heutigen Getriebefan zu erreichen. Zur Erprobung sollen wieder Demonstratoren dienen, die zwischen 2017 und 2020 getestet werden könnten. EINSATZ IN DER NÄCHSTEN GETRIEBEFAN-GENERATION Wann genau die mit SAGE 4 erprobten Technologien in Serientriebwerken eingeführt werden, steht noch nicht fest. Die neuen Materialien, Bauweisen und Designs sollen aber unmittelbar in die nächste Generation von Getriebefan- Triebwerken einfließen, heißt es bei MTU. „Wir sprechen hier von Antrieben, die bereits im Laufe des kommenden Jahrzehnts fliegen könnten“, sagt Henne. FR Forschungsprogramm Clean Sky Clean Sky ist ein Gemeinschaftsvorhaben der EU-Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie. Die öffentlich-private Partnerschaft koordiniert und fördert die Forschung an Zukunftstechnologien, die Flugzeuge leiser und umweltfreundlicher machen sollen. Die Initiative Clean Sky 1 startete 2008 und läuft Ende 2016 aus. Ausgestattet mit einem Budget von 1,6 Milliarden Euro, sollte Clean Sky 1 dabei helfen, zunächst die Ziele des Advisory Council for Aeronautics Research in Europe (ACARE 2020) und ab 2011 der Strategie Flightpath 2050 zu erreichen. Dazu gehören eine Reduzierung der CO 2 -Emissionen um 75 Prozent, eine Senkung des Stickoxidausstoßes um 90 Prozent und eine Lärmverringerung um 65 Prozent im Vergleich zum Jahr 2000. 2014 begann das Nachfolgeprogramm Clean Sky 2, das noch bis 2020 dauert. Vier Milliarden Euro stehen dafür zur Verfügung. Ein additiv gefertigter Dichtungsträger wird auf seine Schwingungsfestigkeit überprüft. Das Turbinenaustrittsgehäuse stammt vom britischschwedischen Luftfahrtzulieferer GKN Aerospace. Das „Supermodul“ aus Niederdruckturbine, Turbinenaustrittsgehäuse, Welle und Lagerkammer ist das Kernstück von SAGE 4. Fotos: MTU Aero Engines 64 FLUG REVUE Januar 2017 www.flugrevue.de

Briefing Luft- und Raumfahrt von A bis Z FOLGE 021 Bläserschaufel Gewicht zu sparen, kamen im Inneren der Schaufeln anstatt des Wabenkerns schließlich Rippen zum Einsatz, ähnlich wie in Flugzeugflügeln. Dank immer besserer Simulationsmethoden erhielten sie eine geschwungene und damit noch aerodynamischere Form. Moderne Bläserschaufeln bestehen aus Verbundwerkstoffen und erhalten nur eine Vorderkante aus Metall, was bei immer größeren Schaufellängen Gewicht spart. Erstmals setzte der US-Hersteller Die Bläserschaufeln des LEAP-Triebwerks von CFM International bestehen aus leichtem, 3D-gewebtem Kohlefaserverbundwerkstoff. Ihnen verdankt das Turbofan-Triebwerk seinen Namen: den Bläserschaufeln, auf Englisch: fan blades. Sie verdichten die Luft vor dem Niederdruckverdichter vor und beschleunigen den größten Anteil der angesaugten Luftmasse am Kerntriebwerk vorbei. Damit sorgen die Schaufeln des Bläsers bei modernen Antrieben für etwa 75 bis 85 Prozent des Schubs. Gleichzeitig müssen sie einiges aushalten. Sie sind Temperaturen zwischen -50 und +50 Grad Celsius, Staub, Regen und Vogelschlägen ausgesetzt. Zudem wirken im Betrieb Radialkräfte, die dem Gewicht einer Dampflokomotive entsprechen. Seit dem ersten Turbofan, dem Rolls- Royce Conway aus den 1950er Jahren, hat sich das Design der Bläserschaufeln weiterentwickelt. Da die Fan-Sektion im Lauf der Zeit immer größer wurde, um das Nebenstromverhältnis zu erhöhen, musste das Augenmerk zunehmend auf Leichtbau gelegt werden. Die erste Generation bestand noch aus dünnen, komplett aus einer Titanlegierung gefertigten Blättern, deren sogenannte Snubber ein Verdrehen verhindern. Diese Stege auf der Saug- und Druckseite sind zwischen den einzelnen Schaufeln nicht fest verbunden. Durch diese auch „mid-span shroud“ genannte Stütze können Vibrationen gedämpft werden. Um die Triebwerksleistung zu erhöhen, wurden die Ganzmetall-Blätter zunächst durch breitere, leichtere Hohlschaufeln mit Wabenkern ersetzt. Mit ihrem aerodynamischen Profil kommen sie ohne Snubber aus, was Strömungsverluste und Lärm verringert. Sie sind zudem toleranter gegenüber Vogelschlag. Durch Verbreiterung der Schaufeln kommt ein solcher Bläser auch mit einer geringeren Stückzahl aus. Rolls- Royce führte diese „wide-chord blades“ als erster Triebwerkshersteller 1984 im RB211-535-E4 für die Boeing 757 und die Tupolew Tu-204-120 ein. Um weiter Die ersten RB211-Triebwerke von Rolls-Royce verfügten über eine Fanbeschaufelung mit „mid-span shroud“. General Electric 1995 Fanschaufeln aus kohlefaserverstärktem Verbundwerkstoff am GE90 (Boeing 777) ein. Bläser aus Verbundwerkstoffen werden seither auch in den Triebwerken GEnX (Boeing 787, 747-8), LEAP (Airbus A320neo, Boeing 737 MAX, Comac C919) und GE9X (Boeing 777X) verwendet. Auch Rolls-Royce setzt bei künftigen Triebwerken auf Kohlefaserverbundwerkstoffe mit Titanvorderkante. FR ULRIKE EBNER Fotos: Cyril Abad/CAPA Pictures/Safran, Rolls-Royce www.flugrevue.de FLUG REVUE Januar 2017 65

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