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Effizienteres Jet-Triebwerk kommt in Gang
Ein Flugzeugtriebwerk, das ein neuartiges Getriebe verwendet, könnte die Umweltverschmutzung verringern und die Energieeffizienz des Flugverkehrs erhöhen.
Gangwechsel: Ansauggebläse und Turbinen im PurePower Turbofan-Triebwerk können mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren, was die Kraftstoffeffizienz verbessert.
US-Motorenhersteller Pratt und Whitney , der das Triebwerk entwickelt hat, hat einen Vertrag unterzeichnet, der dazu führen soll, dass das Triebwerk 2016 in der nächsten Generation des Airbus A320 in Dienst gestellt wird. Das Design verspricht eine deutliche Reduzierung der Lärm- und Lachgasemissionen sowie eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 15 Prozent. Die Treibstoffeinsparung soll dazu führen, dass jedes Flugzeug jährlich 3.600 Tonnen Kohlendioxid weniger ausstößt, sagt Tom Enders , CEO und Präsident von Airbus .
Das neue Getriebe entkoppelt die Turbine des Triebwerks, die sich beim Durchströmen der Luft dreht, vom großen Lufteinlassventilator an der Vorderseite, sodass beide mit optimaler Geschwindigkeit laufen können, sagt Graham Webb, Chefingenieur bei Pratt and Whitneys Next Generation Product Familiengruppe in East Hartford, Connecticut.
Das Konzept eines Getriebefans ist nicht neu, sagt Magda Attia , ein Luft- und Raumfahrtingenieur an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida. Die ersten Konstruktionen für diese Art von Motorgetriebe stammen aus den 1980er Jahren. Aber die Branche sei sehr resistent gegen Veränderungen, sagt er. Getriebe sind schwer und dafür bekannt, sehr problematisch zu sein.
Wenn die Probleme überwunden werden können, sollten die Vorteile in Bezug auf Effizienzgewinne erheblich sein, sagt Attia. Er sagt, dass andere Motorenhersteller wahrscheinlich nachziehen und ihre eigenen Getriebesysteme entwickeln werden.
Das von Pratt und Whitney entwickelte neue Triebwerk ist ein Turbofan. Wie andere Strahltriebwerke verbrennt es Kraftstoff, wenn Druckluft durchströmt wird; das resultierende Luft-Gas-Gemisch dehnt sich aus, um Schub zu erzeugen. Aber in einem Turbofan-Triebwerk zwingt ein Fan an der Vorderseite sich langsamer bewegende Luft um das Triebwerk und mischt sie mit den schnelleren heißen Gasen, um zusätzlichen Schub zu erzeugen.
Tatsächlich kommt der größte Teil des Schubs, der von einem Turbofan-Triebwerk erzeugt wird, aus dieser umgeleiteten Luft. Somit ist ein kleineres Strahltriebwerk erforderlich, sodass weniger Kraftstoff verbrannt wird. Der Raum um den Motor trägt auch zur Geräuschreduzierung bei.
Die Größe der Kammer um das Triebwerk relativ zum Triebwerk selbst wird als Bypassverhältnis bezeichnet. Der Trend bei modernen Motoren gehe zu immer höheren Bypass-Verhältnissen, weil sie effizienter sind, sagt Attia. Derzeit liegt das durchschnittliche Verhältnis bei etwa 8:1. Das Getriebe ermöglicht beim neuen Motor eine Übersetzung von 12:1.
Die Einlassventilatoren an der Vorderseite von Turbofan-Triebwerken werden von Turbinen angetrieben, die durch den verbrannten Gas-Luft-Strahl gedreht werden. Das neue Triebwerk lässt das Einlassgebläse mit einem Drittel der Turbinendrehzahl rotieren und verbessert so den Vortriebswirkungsgrad. Dadurch können sowohl [die Turbine als auch der Einlassventilator] mit ihrer optimalen Geschwindigkeit laufen, sagt Webb.
Das Design ermöglicht auch die Vereinfachung anderer Elemente des Motors. Wir konnten mehrere Niederdruckturbinenstufen und zwei Niederdruckverdichterstufen entfernen, sagt Webb. Das bedeutet mehr als 1.500 weniger Tragflächen im Triebwerk, was die Wartungskosten der Fluggesellschaften deutlich reduziert.
Pratt and Whitney testet seit 2008 einen Getriebefan-Demonstrator und hat mehr als 75 Stunden Testflüge durchgeführt. In den nächsten zwei Jahren werden 15 Motoren in die Erprobung gehen, wobei die Motorenzertifizierung bis Ende 2012 erwartet wird.