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Triebwerke - Technologie 1/3

In thrust we trust!

Die Triebwerkstechnologie moderner Kampfflugzeuge
am Beispiel des EJ200 des Eurofighters

Technisch sehr komplex und in der Entwicklungsphase mit Problemen behaftet sind beinahe alle Bereiche eines modernen Kampfjets. Es gab oder gibt aber in keinem anderen Bereich so viele schwere Probleme zu lösen wie beim Triebwerk. Kein Bereich hat mehr Flugzeugprojekte scheitern lassen, keiner hat so oft Projekte um Jahre verzögert oder realisierte Fluggeräte an ungelösten Kinderkrankheiten bis ins hohe Alter laborieren lassen.
Auf der Suche nach neuen Antriebstechnologien ist so manches Triebwerk-Testzentrum im eigentlichen Sinn des Wortes "in die Luft geflogen".
Von Martin Rosenkranz für
www.airpower.at.

 


Stark, zuverlässig, langlebig, wartungsarm, leicht und sparsam soll es sein - das Triebwerk eines Kampfjets.

Wo liegen die Probleme im Triebwerksbau ?

Die Bedingungen unter denen ein modernes Jettriebwerk zuverlässig Leistung abgeben soll sind alles andere als angenehm. Stellen sie sich Metallteile mit geringsten Fertigungstoleranzen vor die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, die gleichzeitig mit enormen Drücken und Temperaturen konfrontiert werden, welche über dem Schmelzpunkt des Metalls liegen. Stellen sie sich vor, dass diese Maschine in der dünnen kalten Luft der Stratosphäre ebenso klaglos funktionieren muss wie in Bodennähe. Dass die Luft wenn das Flugzeug stillsteht angesaugt werden muss, sie aber bei hohen Geschwindigkeiten mit hunderten Stundenkilometern auf die ersten Triebwerksschaufeln trifft. Und zu guter letzt stellen sie sich einen Piloten vor, der im Stress eines Luftkampfes das Triebwerk bis zur von den Technikern festgelegten äußersten Grenze belastet und oft auch darüber hinaus.

Um die geforderte Leistung zuverlässig abgeben zu können und eine wirtschaftliche Lebensdauer des Triebwerkes möglich zu machen, werden enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien gestellt. Kein Metall ist für sich alleine in der Lage die auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen zu widerstehen, entweder sie würden sich bei den auftreten Drücken und Drehzahlen schlicht verbiegen, brechen oder dehnen oder ganz einfach schmelzen. Das Resultat so einer Materialverformung wäre die Kollision schwerer Metallteile, die sich mit tausenden Umdrehungen pro Minute drehen, mit der stillstehenden Außenhülle des Triebwerkes. Die dabei freiwerdenden Kräfte zerstören mit Leichtigkeit ein ganzes Flugzeug oder decken die Testanlage ab.

Die im Triebwerksbau vorherrschenden Materialien sind Titan und Nickelstähle, in geringem Ausmaß auch Aluminium und Kunststoffe. Titan kann überall eingesetzt werden wo niedriges Gewicht gefordert werden und höchste mechanische Belastungen auftreten. Steigen die Temperaturen auf mehrere hundert Grad Celsius ist Titan überfordert, Stahl muss verbaut werden. Da Stahl alleine aber nicht die ganzen geforderten Eigenschaften aufweist, muss er mit Nickel legiert werden. Nur so bekommt man Teile die thermisch und mechanisch belastbar und gleichzeitig nicht spröde sind und in den heißesten Zonen einer Turbine zum Einsatz kommen können.

Der Aufbau eines Mantelstromtriebwerkes


Im Gegensatz zu einem normalen Automotor ist der Aufbau eines Jettriebwerkes relativ simpel. Auf einer bis drei (meist zwei) Wellen, die sich innerhalb eines Rohres drehen, sitzen zuerst mehrere Schaufelräder die Luft verdichten. Dann kommt eine Brennkammer und danach wieder Schaufelräder die dem Gasstrom jene Kraft entziehen welche die Verdichter - Schaufelräder antreiben. Die im Gasstrom verbleibende Energie kann anschließend als Antriebskraft genutzt werden.


Das EJ200. Entwickelt und gebaut wurde/wird dieses Triebwerk von
Rolls-Royce 36% (Großbritannien), MTU 30% (Deutschland), FiatAvio 21% (Italien), ITP 13% (Spanien)
Die 620 Eurofighter Typhoon für Großbritannien, Deutschland, Italien und Spanien werden um ein Auftragsvolumen von EUR ~6,36 Mrd. mit 1.500 dieser Triebwerke ausgerüstet.

Die Luft auf dem Weg zum Triebwerk


Jettriebwerke können keinen Luftstrom verarbeiten der mit Überschallgeschwindigkeit auf die Verdichterschaufeln trifft, die Luft muß also während des Überschallfluges "abgebremst" werden um verwendbar zu sein. Dafür wird bei vielen Konstruktionen der Lufteinlaß so konstruiert daß er verkleinert werden kann und/oder dem Luftstrom wird nach dem Lufteinlaß mehr Raum gegeben um ihn abzubremsen. Flugzeuge deren Einlaßöffnungen nicht flexibel verkleinert und vergrößert werden können sind daher mit der Geschwindigkeit auf etwa Mach 2 begrenzt. Will man Werte erreichen die darüber liegen müssen bewegliche Teile im Bereich des Lufteinlasses Verwendung finden.


Der starre Lufteinlass der F-16
beschränkt die Höchstgeschwindigkeit
auf ~ Mach 2 in einem
schmalen Höhenband.

Die verstellbaren Einlässe
ermöglichen dem Tornado F3
eine Höchstgeschwindigkeit von Mach 2,3.

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