Auf leisen Flügeln in eine saubere Zukunft

Echte Sparfüchse sollen die neuen Jet-Triebwerke werden, an denen Triebwerksbauer MTU im Leitkonzept „Engine 3 E“ (Efficiency, Economy, Environment) bis zum Jahr 2010 entwickeln will: bis zu 20 % weniger Kraftstoffverbrauch, 85 % weniger NOX-Emission und 10 dB niedrigere Lärmemission – eine glatte Halbierung des subjektiv empfundenen Lärms.
Der Erfolg soll aus einem hohen Nebenstromverhältnis resultieren. Hierbei wird mit einem außen liegenden Fan, wie bei einem Ventilator, möglichst viel Luftströmung um die eigentliche Turbine herumgeführt, was den inneren Turbinenlärm isoliert und gleichzeitig schallverursachende Verwirbelungen beim Abgasaustritt mindert.
Eine weitere Wirkungsgradverbesserung erfolgt durch Erhöhung der Verbrennungstemperatur in der Brennkammer bei gleichzeitiger Kühlung der hochbelasteten Turbinenschaufeln durch einen Luftfilm. Ziel ist eine möglichst gleichmäßige Verbrennung ohne lokale Temperaturspitzen, die kurzzeitig 17000 C betragen können und bei der sich verstärkt Stickoxide bilden.
Während die Erfolge des 3-E-Programms erst die nächste Generation von Triebwerken beflügeln werden, wird das erste für den neuen Mega-Airbus A380 vorgesehene Triebwerk Trent 900 von Rolls-Royce noch auf konventioneller, aber optimierter Technik basieren. Hier bieten neuartige Turbinenblätter einen geringeren Treibstoffverbrauch. Beim bewährten Dreiwellensystem hat der groß dimensionierte Fan seine eigene Antriebswelle und damit seine optimale Rotationsgeschwindigkeit. ,,Diese Technologie ist besonders effizient“, so Mark Baseley, bei Rolls-Royce für die Trent-Reihe zuständiger Product Marketing Manager. „Beim Trent 900 haben wir diese Geschwindigkeit bewusst abgesenkt, um die Lärmemission zu begrenzen.“ Zudem ist es möglich, bei gleicher Leistung die Zahl der Stufen für Kompressoren und Turbinen zu verringern, was das Gewicht reduziert und die Langlebigkeit der Bauteile erhöht. Um Temperaturen von bis zu 2600 K standzuhalten, wird die Brennkammer mit ,Ziegeln“ ausgekleidet, die mit einer Nickellegierung beschichtet sind und mit Luft aus dem Verdichter gekühlt werden, was wiederum die Abgasemission reduziert. ,,Mit allen diesen Verbesserungen wird der Verbrauch des Trent 900 um 7,7 % unter dem der alten Aggregate liegen“, stellt Mark Baseley fest.
Mit der Entwicklung des PW800-Aggregates für große Regionaljets, unter anderem für den russischen Markt, will auch der Triebwerkgigant Pratt&Whitney Maßstäbe setzen: Ein Untersetzungsgetriebe von FiatAvio soll den Fan mit einer geringeren Drehzahl drehen lassen als die schnell laufende Niederdruckturbine von MTU, so dass alle Komponenten mit einer optimalen Drehzahl für das effizienteste Leistungsmaximum laufen können. Der Fan verursacht bei niedrigerer Drehzahl deutlich weniger Lärm und kann zudem größer ausgelegt werden, weil die Fliehkraft, die nun an den Schaufeln zerrt, geringer ist. Der Kraftstoffverbrauch reduziert sich aufgrund des hohen Nebenstromverhältnisses und des daraus resultierenden Vortriebswirkungsgrades beim PW800 um beinahe 10 %. „Wir sind überzeugt, dass Getriebe-Turbofans zu einer deutlichen Steigerung von Effizienz und Wirtschaftlichkeit führen“, sagt Gilles Ouimet, Chef von Pratt&Whitney.
Mehr als 50 Mio. ‰ will die EU bis 2005 für das Technologie-Forschungsprogramm „Silencer“ (Schalldämpfer) ausgeben, mit dem der zunehmende Fluglärm durch technische Mittel bekämpft werden soll. 51 Firmen und Forschungseinrichtungen bemühen sich im Rahmen dieses Forschungsprogramms darum, den Lärmpegel in den nächsten 15 Jahren um 10 dB zu senken.
Erreicht werden soll dies zum einen dadurch, dass die nachgelagerten Verdichterstufen den Lärm der vorhergehenden abschirmen sowie durch eine vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte „Active Noise Control“ (aktive Lärmminderung), bei der Triebwerkslärm mit gezieltem Gegenschall absorbiert wird: Mikrofone nehmen im Triebwerk den Lärm auf und senden ihn über eingebaute spezielle Lautsprecher phasenversetzt ins Triebwerk zurück. Die ursprünglichen störenden Schallwellen und die erzeugten Gegenschallwellen werden dabei gezielt überlagert. „Das funktioniert bisher nur im Labor“, sagt der Triebwerksakustiker Klaus Heinig von der am Programm führend beteiligten MTU, „in der Praxis wird es das in den nächsten fünf Jahren noch nicht geben.“ EDGAR LANGE