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Clean Sky 2: MTU Aero Engines entwickelt neue Technologien für Getriebefans

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München, 14. Dezember 2017 – Während die erste Getriebefan-Generation im Serieneinsatz Flugmeile um Flugmeile absolviert, arbeitet die MTU Aero Engines bereits mit Hochdruck an der nächsten: Im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms Clean Sky 2 optimiert Deutschlands führender Triebwerkshersteller den kraftstoffsparenden, emissionsarmen und leisen Antrieb weiter, indem sie neue Technologien für die Komponenten Niederdruckturbine und Hochdruckverdichter entwickelt. Zur Validierung werden zwei Demonstratoren aufgebaut.

„Im Rahmen von Clean Sky 2 konzentrieren wir uns auf das Zusammenwirken der Komponenten auf der Nieder- und Hochdruckwelle“, erklärt Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung bei der MTU Aero Engines. Im Bereich der Niederdruckturbine werden Eintritts- und Austrittsgehäuse miteinbezogen und beim Hochdruckverdichter spielen auch der Niederdruckverdichter und der Übergangskanal eine wichtige Rolle. Es geht unter anderem um eine weiter verbesserte Aerodynamik sowie die Entwicklung neuer, leichterer und temperaturbeständigerer Werkstoffe. Als heißer Kandidat für die Niederdruckturbine werden unter anderem Werkstoffe aus CMC (Ceramic Matrix Composites) gehandelt.

CleanSky Tech Demonstrator

Triebwerks-Demonstrator MTR390

Der Versuchsträger für die Validierung der neuen Niederdruckturbinen-Technologien ist ein MTR390. Dieses Triebwerk wurde der MTU von der Wehrtechnischen Dienststelle WTD61 der Bundeswehr zur Verfügung gestellt und stand bereits im Einsatz an einem Tiger-Hubschrauber. „Wir haben den Antrieb im Oktober entgegengenommen, inspiziert und die Leistungsparameter in einem Prüflauf gemeinsam mit Vertretern der WTD61 verifiziert“, erläutert Dr. Gerhard Kahl, Leiter Technologie-Demonstratoren und –Rigs bei der MTU. Der Testlauf hat nachgewiesen, dass in der Turbine die Temperaturen erreicht werden, die für die geplante Werkstofferprobung erforderlich sind.

Jetzt wird das Triebwerk zu einem Demonstrator umgebaut, denn für die Integration der neu entwickelten Werkstoffe muss eine komplette Nutzturbine neu ausgelegt, gebaut und an das Kerntriebwerk montiert werden. „Im Jahr 2020 sollen Demonstrator-Aufbau und Test abgeschlossen werden. Die Auswertung der Ergebnisse läuft dann voraussichtlich bis ins Jahr 2021. Die Analyse des Materialverhaltens unter Triebwerksbedingungen liefert dann den Nachweis, dass die Technologien einsatzreif sind“ erläutert Kahl.

Verdichter-Rig beim DLR

Um das Verdichtungssystem weiter zu optimieren, wird beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln das sogenannte ICD-Rig aufgebaut und getestet. ICD steht für Inter Compressor Duct und bezeichnet den Übergangskanal zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter. Weber: „Unser Ziel ist es, Niederdruckverdichter, ICD und Hochdruckverdichter noch besser aufeinander abzustimmen, um neue Potenziale für noch kerosinsparendere Triebwerke zu heben.“ Ein wichtiger Schritt auf diesem Weg ist das systematische Vermessen der Strömungsverhältnisse in kurzen, steilen ICDs. Zu diesem Zweck entstand beim DLR in Köln, dem MTU-Kompetenzzentrum (CoC) für Antriebssysteme, ein komplett neues Windkanal-Rig. „Im Laufe des nächsten Jahres werden drei verschiedene ICD-Konfigurationen getestet“, kündigt Kahl an. Aufbauend auf den erzielten ICD-Rig-Versuchen soll 2019 ein Zwei-Wellen-Rig ausgelegt und ein Jahr später gebaut werden. Anschließend werden dann Nieder- und Hochdruckverdichter und der ICD gemeinsam getestet. „Die validierten Technologien könnten bereits ab 2025 in die nächste Generation der Getriebefan-Triebwerke einfließen“, informiert Weber.

Das Technologieprogramm Clean Sky 2 läuft unter dem EU-Rahmenprogramm Horizon 2020, wurde 2014 gestartet und soll 2024 enden. Übergeordnetes Ziel ist es, die Luftfahrt noch sauberer und effizienter zu machen. Die MTU agiert als eines von 16 Lead-Unternehmen und verantwortet einen Triebwerksdemonstrator und ein Rig. Strategische Partner (Core Partner) sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das britisch-schwedische Unternehmens GKN Aerospace. „Wir sind Systemführer“, erklärt Dr. Ebenhoch, Leiter Technologie Management. „Die Zusammenarbeit von DLR, GKN und der MTU integriert hervorragend die Stärken der Partner – die Kompetenz von GKN bei großen statischen Komponenten, die Erfahrung des DLR im Bereich Versuch sowie die Verdichter- und Systemkompetenz der MTU.“

© http://www.mtu.de

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