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Wie funktioniert ein Turbofan-Triebwerk? – Aufbau eines Triebwerks

Welche Rolle spielen Verdichter, Turbine und Co. in einem modernen Turbofan-Triebwerk? Wir erklären die wichtigsten Aufgaben ausgewählter Triebwerkskomponenten.

01.2024 | Autorin: Isabel Henrich | 3 Min. Lesezeit

Mit bis zu 35.000 Pfund Schub können die PW1100G-JM, die modernen Triebwerke aus der Pratt & Whitney GTF™ – Triebwerksfamilie, einen A320neo in die Luft bringen.

Der Fan-Rotor, das gut sichtbare Verdichterlaufrad an der Vorderseite, liefert dabei den Hauptschub. Er wird durch die Niederdruckturbine angetrieben, die beim GTF-Antrieb besonders schnell läuft und für mehr Effizienz sorgt. Möglich macht dies das im GTF verbaute Getriebe, welches die Niederdruckturbine und den Fan voneinander entkoppelt. Dadurch können beide in ihrem jeweiligen Optimum laufen – der Fan langsamer, die Niederdruckturbine schneller. Turbine, Getriebe und Fan sind wesentliche Bestandteile eines modernen Turbofan-Triebwerks. Und welche Rolle spielen eigentlich Verdichter und Brennkammer?

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Fan-Rotor

Der Fan-Rotor ist das erste, besonders große Verdichterlaufrad. Seine Hauptaufgabe ist es, einen großen Massenstrom im Nebenstrom zu beschleunigen und damit den Hauptschub zu liefern. Angetrieben wird der Fan über die Niederdruckwelle von der Niederdruckturbine. Der Fan des Getriebefan-Triebwerks ist für maximalen Luftdurchsatz optimiert.

Schon gewusst?
Wenn die Fan-Schaufeln des Boeing 777 Antriebs GE90 zur MTU Maintenance kommen, dann ist das immer ein besonderer Anblick: Sie messen ganze 1,25 Meter und wiegen jeweils 25 Kilogramm.

Getriebe

Das Getriebe entkoppelt die beiden Komponenten Niederdruckturbine und Fan, die bei herkömmlichen Antrieben auf einer Welle sitzen. Dadurch können sie in ihrem jeweiligen Optimum laufen – der Fan mit seinem großen Durchmesser langsamer, die im Durchmesser kleineren Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine erheblich schneller. Das Getriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von 3:1 oder höher.

Schon gewusst?
Mit ersten Voruntersuchungen für einen Getriebefan begannen Pratt & Whitney, die MTU und Fiat Avio bereits in den 1990er-Jahren.

Hochdruckverdichter

Hochdruckverdichter

Der Hochdruckverdichter übernimmt die Hauptverdichtung und weist einen sehr hohen Wirkungsgrad auf. Das Besondere bei einem modernen Turbofan-Triebwerk: Schaufel und Scheibe bestehen aus einem Stück – sogenannte Blisks. Diese Hochtechnologie-Bauteile sind zum einen platzsparender und wiegen weniger als konventionelle Rotoren mit Einzelschaufeln, zum anderen ermöglichen sie eine bessere Schaufel-Aerodynamik und verringern obendrein auch noch den Montageaufwand.

Schon gewusst?
Für die Blisk-Fertigung errichtete die MTU an ihrem Standort in München eine eigens dafür konzipierte Halle. Dort fertigt die MTU jedes Jahr etwa 5.000 Blisks.

Niederdruckverdichter

Niederdruckverdichter

Die Aufgabe der Verdichter ist es, die Luft anzusaugen und zu komprimieren, bevor sie in die Brennkammer geleitet wird. Moderne Triebwerke besitzen einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter. Der Niederdruckverdichter wird auch als Booster bezeichnet und hat die Aufgabe, eine Vorverdichtung zu übernehmen. Technologieentwicklungen zur Erweiterung des Betriebsbereichs und Schaufeln aus Verbundwerkstoffen zur Gewichtsreduktion werden weitere Verbesserungen liefern.

Schon gewusst?
Der Niederdruckverdichter des EJ200, der Antrieb des Eurofighters, ist der erste Verdichter überhaupt, der mit Blisks in den Serienbetrieb ging. Dafür entwickelte die MTU seinerzeit extra das lineare Reibschweißen.

Brennkammer

In der Brennkammer wird die einströmende, verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und bei einer Temperatur von rund 1.700 Grad Celsius verbrannt. Zur Reduktion der Stickoxid-Emissionen befinden sich neue Brennkammerkonzepte mit Mager-Verbrennung in der Entwicklung; sie erfordern fortschrittliche Kühlkonzepte.

Schon gewusst?
Die MTU entwickelte für den Brennkammereinsatz des T64-Antriebs, der beispielsweise im Transporthubschrauber Sikorsky CH-53 zum Einsatz kommt, eigens ein Reparaturverfahren per Laserschweißen. Dies wurde auch auf weitere Triebwerksprogramme adaptiert.

Hochdruckturbine

Hochdruckturbine

In der Turbine wird die Energie des Gasstroms, der mit hohem Druck und Temperatur aus der Brennkammer kommt, in mechanische Energie umgewandelt. Unterteilt ist die Turbine in Hoch- und Niederdruckteil: Die Hochdruckturbine treibt den Hochdruckverdichter an. Fortschrittliche Technologien wie z.B. neue Werkstoffe, neue Kühlkonzepte und Kühlluftkühlung helfen die Effizienz des Triebwerks zukünftig weiter zu steigern.

Schon gewusst?
Seit dem Programmstart 2005 fertigt die MTU Hochdruckturbinen-Komponenten für das GP7000. Das zweistufige Design der Hochdruckturbine beim Antrieb des Mega-Fliegers A380 basiert auf dem GE90 – dem Triebwerk für die Boeing 777.

Niederdruckturbine

Niederdruckturbine

Die Niederdruckturbine treibt den Niederdruckverdichter und den Fan an, der wiederum den Großteil des Schubs erzeugt. Die Niederdruckturbine des GTF dreht im Vergleich zur Niederdruckturbine eines konventionellen Turbofantriebwerks deutlich schneller. Dadurch kann die Stufenzahl und damit Baugröße und Gewicht wesentlich reduziert werden.

Schon gewusst?
Für die schnelllaufende Niederdruckturbine erhielt die MTU zwei deutsche Innovationspreise. Weltweit wird diese Technologie in Serie nur von der MTU beherrscht.