High-Tech als Suchspiel: Zwischen all den Kabeln, Lei­tungen und Auf­bauten ist die neueste Er­rungen­schaft der Partner MTU Aero Engines und Pratt & Whitney nicht leicht aus­zumachen. Auf dem Prüf­stand der deutschen Trieb­werks­firma in München wird das Herz der nächsten Generation der Getriebe­fan-Familie erprobt. Rund 1.300 Mess­stellen erfassen die ver­schie­densten Parameter des Hoch­druck­ver­dichters. Trotz des hohen Auf­wands können die Ingenieure nicht auf solche so­ge­nann­ten „Rigs“ verzichten und testen – gefördert vom Luft­fahrt­forschungs­pro­gramm (LuFo) des Bundes­minis­teriums für Wirt­schaft und Energie - in diesem Jahr sogar zwei ver­schie­dene Trieb­werks­kom­ponenten. „Diese Rigs sind ein fester Bestand­teil unseres Tech­nologie­pro­zesses und dienen dem Nach­weis, dass Neuerungen unter den ent­sprech­enden Rand­be­dingungen bestehen. Damit bereiten wir die nächste Welle von Tech­nologien vor“, erklärt Dr. Stefan Weber, Leiter Tech­nologie und Vor­auslegung bei der MTU. Schließ­lich sieht das Unter­nehmen solche Versuche alle vier bis fünf Jahre für seine beiden Schlüs­sel­komponenten Ver­dichter und Nieder­druck­turbine vor.

Im konkreten Fall stehen Weiter­ent­wicklungen des Getriebe­fans PW1100G-JM im Mittel­punkt. Um den techno­logischen Vor­sprung des erst vor kurzem in Dienst gestellten An­triebs der Airbus A320neo lang­fristig ab­zusichern, soll der Treib­stoff­ver­brauch weiter reduziert werden. Einen wesent­lichen Beitrag leisten dazu der ge­mein­sam mit Pratt & Whitney ent­wickelte Hoch­druck­ver­dichter und die schnell­laufende Nieder­druck­turbine der MTU. Keine leichte Aufgabe, denn beide Komponenten weisen bereits einen sehr hohen Wirkungs­grad auf, was für den Ver­brauch entscheidend ist. „Das erfordert ein be­harr­liches Arbeiten an vielen einzelnen Themen, um die not­wendigen weiteren Fort­schritte zu erzielen“, erläutert Dr. Gerhard Kahl, Projekt­leiter Verdichter-Rig 268. Da die Ver­dichter­komponenten geo­metrisch in das Basis­trieb­werk passen müssen, bleibt die Anzahl der Stufen gleich. Dafür stehen die Opti­mierung der Schaufel­profile und die Re­du­zierung von parasitären Verlusten im Fokus. So nennen die Techniker uner­wünschte Phänomene im Strömungs­pfad wie Leckagen oder Spalte zwischen drehenden und statischen Teilen. Auf der Suche nach Poten­zialen profitieren die Ingenieure von immer aus­ge­feil­teren Aus­legungs­ver­fahren. Dabei darf das ge­misch­te Team von der MTU und Pratt & Whitney natürlich nicht die Betriebs­stabilität des Ver­dichters außer Acht lassen. Während der Versuche analy­sieren die Spezialisten nicht nur die Aero­dynamik, sondern halten auch Tempera­turen, Spalte, Schwingungen und vieles mehr fest.

Der Antrieb des Verdichters auf dem Prüf­stand erfolgt über Elektro­mo­toren mit einer Gesamt­leistung von 16 Mega­watt - etwa so viel wie 18 Formel1-Renn­wagen. Am Ende wird die ver­dichtete Luft über eine Dros­sel wieder auf atmo­sphär­ischen Druck ge­bracht und über einen Abgas­kamin aus­geleitet. „Montage und Er­probung sind Fähig­keiten der MTU, die wir uns über viele Jahr­zehnte im Test­betrieb erarbeitet haben. So können wir die Auf­gaben zuver­lässig lösen“, meint Kahl. Bis Jahres­ende stehen rund 140 Stunden auf dem Pro­gramm, um den Ver­dichter auf Herz und Nieren zu testen.

Diese Prozedur hat das Rig mit der in der allein­igen Ver­antwortung der MTU entstandenen Nieder­druck­turbine des Getriebe­fan (GTF) schon hinter sich. Die rund 100 Stunden umfassende Erprobung erfolgte auf dem Höhen­prüf­stand der Universität Stuttgart; dort testet die MTU traditionell ihre Turbinen. Auch hier prüfen die Inge­nieure, ob die aero­dynamischen Ver­bes­serungen greifen. „Bei unveränderten Abmes­sungen haben wir eine neue Aus­legung der Schaufeln vor­genommen und die in den Rand­bereichen der Turbine entstehenden aero­dynamischen Verluste weiter ver­ringert“, erklärt Dr. Irene Raab, Projekt­leiterin Turbinen-Rig 456. Nun läuft die detail­lierte Aus­wertung. Im nächsten Schritt steht dann die Erprobung des gesamten weiter­ent­wickel­ten Getrieb­efans an, die für das kommende Jahr geplant ist. An­schließend muss der noch spar­samere GTF die er­forderlichen Zu­las­sungs­pro­zeduren durch­laufen und dürfte in diesem Zusammen­hang auch wieder in München landen. Doch damit nicht genug: Ähnlich wie die Kollegen beim Verdichter haben auch die Ent­wickler in der Turbine mehr Inno­va­tionen eingebaut, als im aktuellen Pro­gramm umsetzbar sind. Sie könnten künftigen Trieb­werks­genera­tionen zu­gute­kommen.