Verdichter und Turbinen sind Herz und Muskel des Triebwerks

Nicht umsonst gilt der Verdichter als Herz eines Triebwerks. Mit ihm steht und fällt das Leistungs­vermögen jedes Strahlantriebs. Aber auch effiziente Turbinen sind unerlässlich. In beiden Bereichen hat MTU Aero Engines in den letzten vier Jahrzehnten umfangreiches Know-how gesammelt.

05.2015 | Autor: Patrick Hoeveler

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Patrick Hoeveler ist seit rund 15 Jahren als Redakteur bei dem Luft- und Raumfahrtmagazin FLUG REVUE tätig und dort unter anderem für die Rubriken Triebwerke, Regionalluftfahrt und Historie zuständig.

Startschuss war die Entwicklung des Antriebs des Panavia Tornado. „Das RB199 bedeutete den Aufbau unserer Auslegungs­kompetenz im Bereich Verdichter“, sagt Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Voraus­legung bei der MTU Aero Engines. Innerhalb des Turbo-Union-Konsortiums hatte das deutsche Unternehmen die Ver­antwortung für Mittel- und Hoch­druck­verdichter und verließ damit den Bereich der reinen Lizenzfertigung. „Der Verdichter des RB199 besaß ein anspruchsvolles Missions­spektrum und bescherte uns einen konkreten Aufbau an Erfahrung in allen Bereichen: Aerodynamik, Konstruktion, Auslegung und Design. Die MTU Aero Engines konnte in diesem Zusammen­hang viele Verdichtertests durchführen, aus denen sich Ableitungen und Erkenntnisse ergaben, die bis heute ihre Gültigkeit bewahrt haben.“

Dem Jagdbomber-Triebwerk folgten auf der militärischen Seite das Eurojet EJ200 des Eurofighters und das Europrop TP400-D6 für die Airbus A400M. Beim EJ200 kamen verbesserte 3D-Auslegungsverfahren im Bereich der Aerodynamik sowie integral gefertigte Schaufel-Scheiben-Kombinationen (Blisks) zum Einsatz, die für eine höhere Leistungsdichte sorgten. Mit diesen Erfahrungen stiegen die Ingenieure in die Auslegung ziviler Antriebe ein. Hier erwiesen sich das Technologieprogramm HDV12, das die Grundlage für den Einstieg in das PW6000 von Pratt & Whitney legte, und der zusammen mit Pratt & Whitney Canada erprobte Getriebefan-Demonstrator ATFI (Advanced Technology Fan Integrator) als wertvoll. Sie sorgten für eine weitere Verbesserung der computergestützten Auslegungsverfahren und ermöglichten so die Beteiligung an der erfolgreichen PurePower®-Familie von Pratt & Whitney. „Wir haben in der Verdichter-Entwicklung seit 1970 mit dem EJ200 im Vergleich zum RB199 den Wirkungsgrad ungefähr um ein Prozent erhöht und heute in den GTF-Programmen in enger Zusammenarbeit mit Pratt & Whitney noch einmal eine Steigerung von zwei Prozent erreicht“, erläutert Weber. Dies klingt zunächst nicht besonders eindrucksvoll, doch im Triebwerksbau sind es Welten.

PRODUKTION VON VERDICHTER- UND TURBINENTEILEN BEI DER MTU:

Polierarbeiten am Hochdruckverdichter. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Polierarbeiten am Hochdruckverdichter.

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Polierarbeiten am Hochdruckverdichter.

Montage der GP7000-Niederdruckturbine. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Montage der GP7000-Niederdruckturbine.

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Montage der GP7000-Niederdruckturbine.

Inspektion einer V2500-Nieder­druckturbine. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Inspektion einer V2500-Nieder­druckturbine.

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Inspektion einer V2500-Nieder­druckturbine.

Hochdruckverdichter-Projekt HDV12 Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Hochdruckverdichter-Projekt HDV12

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Hochdruckverdichter-Projekt HDV12

Auch im Bereich der Turbinen markierte das RB199 den Beginn der MTU-Entwick­lungs­tätigkeit auf diesem Gebiet. Die Münchner trugen die Verantwortung für die Mitteldruckturbine mit einem gekühlten Leitrad. Im Gegensatz zu den Verdichtern erfolgte der Einstieg in die zivile Welt bei den Turbinen relativ schnell: Der Nieder­druckturbine des PW2000 folgten unter anderem Turbinen für den Bestseller V2500 für die Airbus A320-Familie und das GP7000 für die Airbus A380. Auch hier sorgten ständig verbesserte Auslegungsverfahren für höhere Wirkungsgrade bei niedrigerem Gewicht und verringertem Lärm. In der Technologie-Entwicklung beschäftigten sich die MTU-Konstrukteure bereits seit den frühen 2000er Jahren mit einer schnelllaufenden Niederdruckturbine. Bei den Technologie-Demonstratoren ADP (Advanced Ducted Propfan) und ATFI wurden Getriebe eingesetzt, um die Drehzahlen der Komponenten zu optimieren. „Damit konnte die Niederdruckwelle mit unserer Turbine gegenüber dem Fan schneller drehen. Das führte zu einer deutlichen Reduzierung von Stufenzahl, Gewicht und Lärm in der Turbine. Notwendig in diesem Kontext ist unter anderem die Beherrschung der Auslegung der Laufschaufeln und der sie tragenden Scheiben unter den hohen Fliehkräften“, erklärt Weber. Eine Rolle spielt dabei auch das zusammen mit Pratt & Whitney und Partnern aus der Forschung entwickelte, extrem leichte Intermetall Titanaluminid, das erstmals in der schnelllaufenden Niederdruckturbine des PW1100G-JM für die A320neo zum Einsatz kommt.

Die im Rahmen des Clean-Technologieprogramms erprobte Turbine bewies, dass diese Herausforderungen zu meistern sind. Ein weiterer Beleg war die Flugerprobung des Getriebefan-Demonstrator-Triebwerks. „Unsere kontinuierliche Technologie­ent­wicklung im Rahmen der schnelllaufenden Turbine war ein wesentlicher Grund, dass dieses Triebwerk gebaut werden konnte und sich die GTF-Familie, unser heutiges Zukunftsprogramm, erfolgreich am Markt etablierte. In der Rückschau haben wir im Schnitt pro Jahr ungefähr ein Zehntel Wirkungsgradverbesserung erzielt und damit anerkanntermaßen eine internationale Spitzenposition erreicht.“ Ermöglicht wurde das auch durch die Teilnahme der MTU Aero Engines an den deutschen Luftfahrt­for­schungs­programmen. Das letzte Kapitel ist noch nicht geschrieben: Die Spezialisten arbeiten ständig an Verbesserungen, um Kosten, Verbrauch und Emissionen weiter zu senken.

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