Verordneter Prüfungs­stress

In das PurePower® PW1000G setzt die MTU Aero Engines zu Recht große Hoffnungen: Das hocheffiziente Getriebefan-Triebwerk hat sich auf der Paris Air Show als echter Umsatzbringer erwiesen. Es soll künftig die A320neo von Airbus antreiben sowie die Bombardier CSeries, den Mitsubishi Regionaljet MRJ, die Irkut MS-21 und die neuen Embraer E-Jets. Um später einen sicheren Flugbetrieb zu gewährleisten, wird der Antrieb zahlreichen Tests unterzogen – unter anderem auf den Prüfständen der MTU in München.

11.2013 | Autor: Bernd Bundschu

Kurt Scheidt, Leiter der Trieb­werks- und Flugtests bei der MTU, erklärt: „Bevor ein Trieb­werk in Serie gehen kann, muss es zwischen 3.000 und 5.000 Teststunden absolvieren. Beim PW1000G läuft diese Test­phase schon seit eineinhalb Jahren.“ An dem Getriebefan von Pratt & Whitney hält die MTU je nach Trieb­werks­aus­führung einen Programm­anteil zwischen 15 und 18 Prozent. Mit der schnell­laufenden Nieder­druck­turbine liefert Deutschlands führender Trieb­werks­hersteller unter anderem eine der Schlüssel­kompo­nenten des Antriebs. Für diese Technologie, die weltweit nur die MTU beherrscht, hat sie im Frühjahr dieses Jahres zwei deutsche Innovations­preise erhalten. „Mit unserer Nieder­druck­turbine für das PW1100G-JM, das die A320neo antreiben wird, haben wir bereits zwei Stress­tests bei uns im Haus erfolgreich absolviert“, freut sich Christian Steffen, bei der MTU für die Durch­führung der Ver­suche bei zivilen und militärischen Programmen zuständig. „Weitere Tests am großen Ent­wicklungs­prüf­stand III sind für Ende des Jahres geplant; die Vorbereitungen dafür laufen.“

Stress­tests sind hochkomplex und fester Bestandteil der Flug­zulassung. Sie sollen sicherstellen, dass ein Modul oder Trieb­werk den für die Zerti­fizierung geforderten Belastungen, wie hohen Drehzahlen und Temperaturen, oder auch dem Dauereinsatz problemlos standhält. „Die Messung von Spannungen und Temperaturen der Bauteile ermöglicht uns wichtige Aussagen über deren Belastungs­grenzen“, erläutert Steffen. Für die Erfassung der Daten müssen zum Teil bis zu 2.000 Messstellen angeschlossen werden. Steffen: „Aufgrund der baulichen Enge in einem Triebwerk und der Winzigkeit der Sensoren ist hier äußerste Präzision gefragt. Die größte Heraus­forderung sind dabei Telemetrie­messungen an rotierenden Bauteilen.“

Als Telemetrie bezeichnet man die Übertragung von Messwerten eines Sensors zu einer räumlich getrennten Stelle. Für diese Königs­disziplin der Trieb­werkser­probung hat die MTU eigene Mess­systeme entwickelt. An bestimmten Stellen auf Schaufeln und Scheiben werden kleine Dehn­mess­streifen festgeklebt. Das sind winzig kleine Metall­plättchen, die unter Strom gesetzt werden. Dehnt sich beim Betrieb eines Trieb­werks das zu untersuchende Bauteil durch Hitze und Flieh­kräfte auch nur um einen Tausendstel Millimeter aus, dehnen sich die Metall­plättchen mit und verändern dabei messbar ihren Widerstand. Die Daten werden schließlich drahtlos übertragen und am Computer ausgewertet.

In der Erprobung ziviler und militärischer Trieb­werke hat die MTU langjährige Er­fahrung. Stress­tests sind dabei laut Scheidt nicht die einzigen Tests, die auf MTU-Prüfständen möglich sind: „Wir beherrschen auch alle anderen Versuche, die für die Zulassung von Trieb­werken gefordert sind, also Leistungs­unter­suchungen und Systemtests, Dauer­lauf­tests, Schwingungs­unter­suchungen, Emissions­messungen, die Simulation von Heiß­tag­be­dingungen und Vogel­schlag, Zer­störungs­versuche, Ansaug­versuche mit Eis, Wasser und Sand zur Simulation von Schlecht­wetter­be­dingungen sowie Höhen­versuche.“ Ansaug­versuche mit Sand laufen in München derzeit mit einem GE38-Wellen­leistungs­triebwerk für den schweren Transport­hub­schrauber Sikorsky CH-53K. Dabei geht es um den Nachweis der erhöhten Erosions­be­ständig­keit des Trieb­werks in sandhaltiger Luft.

Erstmals werden bei der MTU Aero Engines in München Blitzschlagtests an einem V2500-Triebwerk durchgeführt.

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Prüfstand

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Ein PW1524G-Triebwerk wird auf den Prüflauf bei der MTU Aero Engines in München vorbereitet.

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Ein GE38-Triebwerk auf dem Prüfstand.

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Auf dem Prüfstand: das GP7000, Antrieb für die Airbus A380.

Eine Premiere für die Münchner ist der seit August laufende Blitz­schlag­test einer US-Fachfirma mit einem V2500-Triebwerk für das Militär­transport­flugzeug Embraer KC-390. „Das Trieb­werks­gehäuse wird definierten Spannungs­spitzen ausgesetzt und die Auswirkung auf die Triebwerksregelung untersucht“, erklärt Werner Striegl, der als Technischer Programm­manager bei der MTU unter anderem für das V2500-Programm zuständig ist. An einem weiteren V2500 absolvieren die Prüfingenieure der MTU der­zeit Versuche im Kunden­auftrag: „Hier testen wir einen Schmier­stoff der nächsten Generation unter Extrem­bedingungen, wie erhöhter Öl­temperatur oder abgesenktem Öldruck“, so Striegl. „Sind nach Abschluss des Tests alle Trieb­werks­teile noch in ein­wand­freiem Zustand, kann der neue Schmierstoff für den Serieneinsatz freigegeben werden.“

Mit den Anforderungen an die Leistungs­fähigkeit von Trieb­werken steigen auch die Anforderungen an die Erprobungs­technik. „Aufgrund der immer größeren Trieb­werks­dimensionen ersetzen wir zum Beispiel Versuche auf dem Höhen­prüfstand heute in der Regel durch Flugtests“, so Scheidt. „Darüber hinaus investieren wir kontinuierlich in die Leistungs­fähigkeit und die Mess­technik unserer Prüfstände sowie in die Ver­besser­ung des Schall­schutzes. So bleiben wir immer auf dem neuesten technischen Stand.“

Inside MTU Hightech-Prüfstände

Die Power Turbine Stress Tests des GE38-Testtriebwerks fanden auf dem Wellenleistungsprüfstand der MTU in München statt.

Die MTU Aero Engines verfügt über leistungs­fähige Boden­prüfstände unter­schiedlicher Auslegung: Vier Prüfstände für Schub­triebwerke, ein Prüfstand für Wellen­leistungs­triebwerke sowie Komponenten­prüf­stände befinden sich auf dem Gelände der Zentrale in München, weitere Prüfstände für Schub- und Wellen­leistungs­triebwerke gibt es an den nationalen und inter­nationalen Standorten der MTU Maintenance; für Höhen­versuche steht der MTU ein spezieller Prüfstand der Universität Stuttgart zur Verfügung.

Auf den Prüf­ständen testen die Ingenieure Trieb­werke mit einem Schub bis zu 400 Kilonewton, wie etwa das GP7000 für die Airbus A380 oder das EJ200 für den Euro­fighter, sowie Wellen­leistungs­triebwerke mit bis zu 15 Mega­watt Leistung für Hub­schrauber und Propeller­maschinen, wie das GE38 für den Sikorsky CH-53K oder das TP400-D6 für den Airbus-Militär­transporter A400M. Sämtliche für die Zulassung von Trieb­werken erforderlichen Struktur-, Belastungs- und Zu­verlässigkeits­tests sowie Ansaug- und Zerstörungs­versuche sind möglich. Getestet werden einzelne Bauteile, Bau­gruppen oder Module sowie komplette Trieb­werke für zivile und militärische An­wendungen.

Die meisten Tests sind vereinbarter Bestandteil der Programm­partner­schaft mit Trieb­werks­herstellern wie Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, oder dem Trieb­werks­konsortium International Aero Engines. Andere erfolgen im Auftrag externer Kunden.

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