Der Getriebefan: innovativ und überlegen

Dr. Frank Grauer, leitender MTU-Experte für Vorauslegung von Triebwerksprogrammen, über Gesprächsstoff und Perspektiven auf der diesjährigen Konferenz der International Society of Air Breathing Engines (ISABE), die für den weltweiten Wissensaustausch über luftatmende Triebwerke sorgt.

11.2017 | Autorin: Eleonore Fähling

Autorin:
Eleonore Fähling ist Chefredakteurin des AEROREPORT und seit 1999 verantwortlich für die Mitarbeiterzeitung der MTU Aero Engines.

Herr Dr. Grauer, Sie waren als Vertreter der MTU Aero Engines Keynote Speaker bei der 23. ISABE-Konferenz im September in Manchester. Worüber haben Sie gesprochen?

Dr. Frank Grauer: In meinem Beitrag ging es um die grund­sätz­lichen Her­aus­for­derungen in der Luft­fahrt mit Blick auf die anspruchs­vollen Ziele für 2050 und um die MTU-Strategie zur Unter­stützung dieser Ziele. Damit ist unsere Claire-Roadmap gemeint; Claire steht für Clean Air Engine. Ich habe den Schwer­punkt auf die Phase nach 2030 gelegt, weil es mir wichtig war darauf hin­zuweisen, dass bereits heute erste technologische Weichen­stellungen erfolgen müssen.

Es gibt derzeit sehr viel Diskussion rund um das elektrische Fliegen. Wenn man sich aber etwas intensiver mit der Thematik aus­einander­setzt, dann kommt man schnell zu dem Schluss, dass der Beitrag elektrischer Antriebe zur Erreichung der Klimaziele 2050 sehr über­schaubar sein wird. Und dann geht es darum, Alternativen auf­zuzeigen. Es gibt im nationalen und europäischen Umfeld viele Ideen, wie Gas­turbinen­antriebe verbessert werden können, um die Klima­ziele zu erreichen. Diese Ideen werden aller­dings nicht so offensiv in die Öffentlichkeit getragen wie das elektrische Fliegen. Auch langfristig werden die größeren Passagierflugzeuge auf eine Flug­gas­turbine angewiesen sein. Entweder wie heute zur Schub­erzeugung oder, wenn es denn Vorteile bringen sollte, in hybriden Antrieben zur Strom­erzeugung. Das heißt, wir werden auch 2050 noch luft­atmende Trieb­werke brauchen und müssen weiter an Verbes­serungen arbeiten.

Die geballte weltweite Luft­fahrt­antriebs­kompetenz in Forschung und Industrie eine Woche lang an einem Ort: Was waren die fachlichen Gesprächs­themen bei den Veranstaltungen?

Grauer: Das war natürlich ein bunter Strauß aus ganz verschiedenen Themen. Neben dem elektrischen Fliegen waren die auch in der MTU stark im Fokus stehenden Fragen rund um Digitali­sierung, Simulation in Ferti­gung und Entwicklung sowie additive Fertigung häufige Gesprächs­themen auf den Fluren. Auch die Potenziale von keramischen Ver­bund­werk­stoffen, sogenannten CMCs, wurden immer wieder diskutiert. Sehr gefreut hat mich, dass das Konzept des Getriebe­fans in vielen Vorträgen als sehr innovativ und über­legen dar­gestellt wurde. Der Satz „the future is geared“ war häufig zu hören.

Dr.-Ing. Frank Grauer leitet seit 2015 bei der MTU Aero Engines die Vorauslegung künftiger ziviler und militärischer Luftfahrtantriebe. Er kam 1999 zur MTU und war an verschiedenen Technologie- und Entwicklungsprojekten unter anderem für den A400M-Antrieb TP400-D6 beteiligt. 1998 promovierte er mit einer Arbeit über aktive Stabilitätskontrolle in Axialverdichtern an der Ruhr-Universität Bochum.

Welche Vorträge und Thesen Ihrer Kollegen waren aus Ihrer Sicht am spannendsten?

Grauer: Persönlich war ich natürlich sehr gespannt darauf, wie die Vorträge meiner Kollegen ankommen. Die MTU war mit drei Beiträgen vertreten. In einem Vortrag ging es um das Thema „Variable Cycle Engine“ mit dem Schwerpunkt auf den erforder­lichen Über­legungen in der Vor­aus­legungs­phase. Ein weiterer Vortrag stellte ein Verfahren zur Berück­sichti­gung der Erosion in Fan und Ver­dichter bereits in einem frühen Aus­legungs­stadium vor. Ein wichtiger Aspekt, wenn man sich frühzeitig auch über Instand­haltungs­kosten Gedanken machen will. Die dritte Präsentation gab einen guten Überblick über den Stand der Dinge in dem von der MTU koordinierten EU-Projekt ENOVAL. Bei allen drei Vorträgen waren die Räume voll und es schlossen sich intensive fach­liche Diskus­sionen an. Ich würde sagen, gut gemacht und gut angekommen.

Ansonsten waren viele der Keynotes interessant und gaben einen Über­blick über die Aktivitäten der Wett­bewerber. Auffallend war aus meiner Sicht tatsächlich, dass sich die Euphorie um das Thema elektrisches Fliegen doch etwas gelegt hat. Es tritt so langsam Ernüchterung beziehungs­weise eine Ver­sach­lichung ein, was mögliche Anwendungen und den Zeit­horizont angeht.

Was war aus meiner Sicht noch interessant? Die Tat­sache, dass additive Fertigung in aller Munde ist und dass die Potenziale von Simulation in der Fertigung von vielen gesehen werden. Die sehr inno­vativen Ideen von Airbus bezüglich urbaner Mobilität, die viel Phantasie anregen. Die Ankündigung, dass Safran jetzt doch auf den ange­kündig­ten Flug­test des Open Rotor im Rahmen von Clean Sky verzichtet.

Sehr spannend fand ich den Beitrag von Easyjet, der den Auswahl­pro­zess der Airline für die Nach­folge der A320ceo beschrieben hat. Zunächst die flug­zeug­seitige Abwägung zwischen Boeing und Airbus und dann, nach der Ent­scheidung für die A320-Familie, noch die Trieb­werks­auswahl, die auf das LEAP fiel.

„Für uns bedeutet das, dass wir weiter gemeinsam mit unserem Partner Pratt & Whitney an Verbesserungen des Getriebefans arbeiten und zusammen mit den Flugzeugbauern zu noch größeren Nebenstromverhältnissen kommen wollen, um die konzeptionellen Vorteile des GTF-Konzepts noch weiter nutzen zu können.“

Dr.-Ing. Frank Grauer, Leiter Vorauslegung ziviler und militärischer Luftfahrtantriebe bei der MTU Aero Engines

An welchen Antriebs­technologien der Zukunft tüfteln denn die Wissen­schaftler?

Grauer: Mit Blick auf die kommende Generation von Flug­zeugen, also zum Bei­spiel einer Nach­folge für die A320 im Zeit­rahmen um 2030, werden vor allem evolutionäre Weiter­ent­wick­lungen der heutigen Konzepte verfolgt. Für uns bedeutet das, dass wir weiter gemeinsam mit unserem Partner Pratt & Whitney an Ver­bes­se­rungen des Getriebe­fans arbeiten und zu­sam­men mit den Flug­zeug­bauern zu noch größeren ­Neben­strom­ver­hältnis­sen kommen wollen, um die konzeptionel­len Vorteile des GTF-Konzepts noch weiter nutzen zu können. Da spielt dann die Integration des Trieb­werks in das Flug­zeug eine große Rolle.

Für die Wett­bewerber dürfte es ganz im Sinne von „the future is geared“ bedeuten, sich auch in Richtung GTF zu bewegen und dort Er­fahrung auf­zubauen.

Dr.-Ing. Frank Grauer Luftfahrtantriebe, die die Klimaziele 2050 erfüllen sollen, brauchen revolutionäre Konzepte, sagt er.

Composite Cycle Engine

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Was ist mit dem Zeithorizont bis 2050?

Grauer: Hier wird derzeit ein sehr weites Feld beackert. Die Überlegungen gehen eindeutig in Richtung disruptiver Konzepte zur weiteren Verbesserung des thermischen ­Wirkungsgrades der Triebwerke. Dazu werden in den ­verschiedensten Projekten sowohl im nationalen als auch europäischen Rahmen Erweiterungen der Kreisprozesse ­angeschaut und bewertet. Eines der häufig aufgegriffenen Konzepte ist die sogenannte „Composite Cycle Engine“, bei der der thermodynamische Kreis­prozess durch einen zusätzlichen Kolbenmaschinen-­Anteil deutlich verbessert werden kann. Die Idee dazu geht ­übrigens auf ein MTU–Patent zurück und wird mittlerweile von vielen Hochschulen und Forschungs­instituten näher beleuchtet.

Bei all diesen Ideen stellt sich die Frage, ob die Potenziale, die eindeutig da sind, auch tatsächlich gehoben werden können. Gewicht und Zuverlässigkeit spielen dabei in der Luftfahrt immer eine wesentliche Rolle. Hier sind wir erst am Anfang und müssen noch einiges an guten Ideen entwickeln. Wir sind bei den wichtigen Studien unmittelbar beteiligt, um unserer Rolle als Innovationstreiber in der Luftfahrt gerecht zu werden und um gleichzeitig Entwicklungstrends und Technologiebedarfe für die Zukunft zu erkennen.

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Und was gibt es Neues bei elektrischen Antriebskonzepten?

Grauer: Dabei zeichnet sich ab, dass rein elektrische Antriebe, also nur mit Batterie betriebene Fans, auf absehbare Zeit besten­falls für kleine Anwendungen und geringe Reich­weiten eine Option sind. Genau auf solche An­wendungen zielen zum Bei­spiel die Airbus-Ideen rund um „urban mobility“.

Wenn es um groß­volumigen Passagier­ver­kehr geht, dann konzentriert sich die Community auf sogenannte turbo­elektrische Systeme, bei denen eine Gas­turbine Strom erzeugt, der dann über ein intel­ligentes Bordnetz mehrere am Flug­zeug verteilte Fans antreibt. Die entscheidende Frage wird auch hier sein, wie die Gesamt­bilanz aussieht. Auf der Haben­seite erwartet man sich Vorteile durch Grenz­schicht­ein­saugung, Verbesserung der Flügel­aero­dynamik oder sogar den Wegfall von Steuer­flächen am Flugzeug. Auf der anderen Seite bringen solche Systeme zunächst mal zu­sätz­liche Komplexität und Gewicht mit. Das wird man in seriösen Studien genau anschauen müssen. Wir beteiligen uns gemeinsam mit ver­schiedenen Partnern wie Airbus, Siemens und dem Bauhaus Luftfahrt an solchen Studien, zum Beispiel im EU-Projekt CENTRELINE, um auch hier Ver­ständnis auf­zu­bauen und Trends früh­zeitig zu erkennen.

Was braucht die Industrie?

Grauer: Innovative und kreative Köpfe, die klassischen Schlüsseltechnologien wie hochwarmfeste, leichtgewichtige Werkstoffe entwickeln oder neue Produktionsverfahren wie additive Fertigung industrialisieren. Auch der Ausbau von Simulationsverfahren gehört dazu.

Zeit für die nächste Generation in der Triebwerksbranche?

Grauer: Auf jeden Fall, wir haben viele spannende Themen für junge Ingenieurinnen und Ingenieure. Ihre große Chance in den kommenden Jahren ist, dass wir für Luftfahrtantriebe, die die Klimaziele 2050 erfüllen sollen, nicht nur evolutionär wie bisher entwickeln können, sondern ganz neue, revolutionäre Konzepte brauchen.

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