Typen von Triebwerken in Flugzeugen
Die meisten Flugzeuge werden von einer Art luftatmendem Strahltriebwerk angetrieben. Diese Triebwerkssysteme saugen Luft an, die komprimiert, verbrannt und ausgestoßen wird, um Schub zu erzeugen. Der Schub kann von Hochdruckabgasen oder von rotierenden Turbinenschaufeln kommen, die externe Komponenten antreiben.
Die gängigsten Flugzeugtriebwerke sind Gasturbinen. Gasturbinentriebwerke saugen Luft an, die mit Kraftstoff gemischt und gezündet wird, um heißes, expandierendes Gas zu erzeugen. Die Energie des sich ausdehnenden Gases wird genutzt, um eine Turbine anzutreiben – ein Rad aus Schaufeln, das sich um eine Achse dreht und Triebwerkskomponenten wie Propeller und Lüfter antreibt. Es gibt verschiedene Arten von Gasturbinentriebwerken, die in modernen Flugzeugen eingesetzt werden und alle durch sich drehende Schaufeln und verbrennende Luft angetrieben werden.
Turbofan:
Turbofan-Triebwerke sind bei Verkehrsflugzeugen am weitesten verbreitet, da sie einen großen Schub und eine hohe Treibstoffeffizienz bieten. Diese Triebwerke sind leicht an dem großen Ventilator an der Vorderseite zu erkennen, mit dem riesige Luftmengen angesaugt werden.
Spaßfakt: Während des Starts kann ein typisches Flugzeugtriebwerk mehr als eine Tonne Luft pro Sekunde ansaugen.
Ein Teil dieser angesaugten Luft wird zur Verbrennung in den Triebwerkskern geleitet, während ein anderer Teil um die Brennkammer herum umgeleitet wird, um direkt aus der Düse ausgestoßen zu werden.
Typen von Turbofan-Triebwerken
Turbofan-Triebwerke lassen sich anhand des Verhältnisses der umgelenkten Luft in zwei Varianten einteilen.
- Turbofan-Triebwerke mit hohem Bypass-Anteil leiten den größten Teil der Luft um die Brennkammer herum, damit sie direkt aus der Düse als schuberzeugendes Abgas ausgestoßen wird.
- Low-Bypass-Turbotriebwerke leiten mehr Ansaugluft durch die verschiedenen Triebwerksstufen und erzeugen durch die Verbrennung einen größeren Schub, verbrauchen aber auch mehr Kraftstoff.
Turbojet:
Turbojet-Triebwerke sind eine frühere Variante ohne den großen Frontfan. Sie waren die ersten Gasturbinen für die Luftfahrt. Beim Turbojet wird die Luft direkt in den Verdichter angesaugt, und die gesamte heiße Luft durchläuft die Brennkammer und die Turbinenstufen, bevor sie über die Treibdüse austritt. Turbojet-Triebwerke sind eine relativ einfache und kompakte Konstruktion, haben aber nicht die Treibstoffeffizienz und die lärmmindernden Vorteile eines Turbofans mit hohem Bypass.
Spaßfakt: Turbojet-Triebwerke trieben die Concorde an – ein inzwischen stillgelegtes Überschall-Passagierflugzeug, das mit doppelter Schallgeschwindigkeit fliegen konnte.
Turboprop:
Ein Turboprop-Triebwerk ist im Wesentlichen ein Turbostrahltriebwerk mit einem angebauten Propeller. Die angesaugte Luft durchläuft einen Verdichter und eine Brennkammer, dann wird das verbrannte Gas zum Antrieb einer rotierenden Turbine verwendet. Die Turbinenwelle ist mit einem Propeller außerhalb des Triebwerks verbunden, der sich dreht und so einen Schub erzeugt, der das Flugzeug vorwärts treibt. Die Propellerleistung und die Schubleistung dieses Düsentriebwerks sind für eine optimale Leistung ausgeglichen. Turboprops bieten eine begrenzte Fluggeschwindigkeit, sind aber sehr effizient – was sie bei kleineren kommerziellen und privaten Flugzeugen beliebt macht.
Spaßfakt: Das größte Turboprop-Flugzeug der Welt, die Antonov An-22, wird von vier Paaren gegenläufiger Propeller angetrieben, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, um das Drehmoment auszugleichen.
Turboshaft:
Turboshaft-Triebwerke ähneln den Turboprops insofern, als der Luftstrom zum Antrieb einer rotierenden Turbine genutzt wird, um Energie zu erzeugen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein Turboprop-Triebwerk den Propeller direkt antreibt, um Schub zu erzeugen, während die Turbowelle normalerweise ein Getriebe antreibt, das wiederum das Flugzeug antreibt. Turbowellentriebwerke sind am häufigsten in Hubschraubern zu finden, wo die Turbinenwelle mit einem Getriebe verbunden ist, das die Rotoren des Hubschraubers antreibt. Turbowellen werden auch häufig in Panzern, Zügen und Schiffen eingesetzt.
Ramjet und Scramjet
Ramjets sind luftatmende Verbrennungsmotoren, unterscheiden sich aber von Gasturbinen, da sie keine rotierenden Schaufeln oder beweglichen Teile haben. Staustrahltriebwerke arbeiten nach denselben Prinzipien der Verdichtung, Verbrennung und des Ausstoßes, sind aber ausschließlich auf die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs angewiesen, um die einströmende Luft zu komprimieren. Staustrahltriebwerke sind bei niedrigen Geschwindigkeiten ineffizient, können aber Flugzeuge auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen, was sie zu einem beliebten Antrieb für Kampfjets und Raketen macht.
Scramjets arbeiten nach ähnlichen Prinzipien, erreichen aber durch die Verbrennung von Überschallluft im Triebwerkskern noch höhere Geschwindigkeiten. Die NASA setzte ein Scramjet ein, um ein unbemanntes Flugzeug auf fast 7.000 Meilen pro Stunde zu beschleunigen – ein Weltrekord bei zehnfacher Schallgeschwindigkeit.
Verbesserung kritischer Komponenten
Flugzeugtriebwerke gehören zu den ausgeklügeltsten Systemen, die je geschaffen wurden. Diese modernen Wunderwerke von Düsentriebwerken nutzen die Energie der Luft, um gewaltige Lasten zu heben, die Stratosphäre zu durchdringen und die Schallgeschwindigkeit zu übertreffen. Düsentriebwerke sind nicht nur komplex und leistungsstark, sondern auch außerordentlich zuverlässig – sie bringen jeden Tag Millionen von Passagieren sicher an ihr Ziel.
Das Laser-Peening spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung und Zuverlässigkeit der verschiedenen Triebwerkstypen und ermöglicht es den Ingenieuren, bis an die Grenzen zu gehen und gleichzeitig maximale Sicherheit zu gewährleisten. Alle Gasturbinentriebwerke sind anfällig für Metallermüdung oder Spannungsrisse in den sich schnell drehenden Schaufeln. Wenn eine einzelne Schaufel während des Triebwerksbetriebs ausfällt, kann dies das gesamte System beschädigen oder außer Betrieb setzen und das Flugzeug, die Passagiere und die Besatzung in Gefahr bringen. Metallermüdung hat bei mehreren aufsehenerregenden Luftfahrtkatastrophen eine tödliche Rolle gespielt, und das Versagen von Schaufeln hat zu vielen beängstigenden Situationen beigetragen – wie bei diesem AirAsia-Flug im Juni 2017, der nach dem Bruch einer Fan-Schaufel vor der Küste Australiens heftig erschüttert wurde.
Glücklicherweise bietet das Laser-Peening eine überlegene Metallveredelung, die das Risiko eines Bauteilversagens erheblich verringert. Laserpeening verhindert Ermüdungsrisse und verlangsamt die Rissausbreitung erheblich, was zu sichereren, robusteren Bauteilen mit längerer Lebensdauer führt.
Sehen Sie, wie Laserpeening Schäden an Triebwerksschaufeln in Flugzeugen der Luftwaffe verhindert hat. Dadurch konnten sie schätzungsweise 1 Milliarde Dollar einsparen, wenn man alle Triebwerke der Air Force-Flotte betrachtet.
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