Auf dem neuesten Stand der Strahltriebwerkstechnologie

Obwohl Connecticut nicht als Produktionsstätte bekannt ist, ist der Staat in Wahrheit die Heimat einiger der größten Akteure der Branche, darunter Kaman, Praxair, Sikorsky, Gerber Scientific und viele andere.

Eines dieser Unternehmen – Pratt & Whitney – hat kürzlich eine bahnbrechende Familie von Strahltriebwerken vorgestellt.

Noah Webster, der Mann hinter den Webster-Wörterbüchern und selbst ehemaliger Einwohner von Connecticut, definierte die Gegend als sparsam und industriell. Es überrascht daher vielleicht nicht, dass diese Eigenschaften auch die Produktion der neuen Pure Power-Triebwerksfamilie von Pratt & Whitney verkörpern. Dieses innovative Ingenieurswesen kostete P&W mehr als 10 Milliarden US-Dollar und die Entwicklung dauerte über 30 Jahre. Glücklicherweise wird sich dieses Engagement auszahlen.

PurePower PW1000G: 16 Prozent sparsamer und 75 Prozent leiser

Das PurePower PW1000G-Triebwerk ist genau das, was die ständig angespannte Luftfahrtindustrie bestellt hat. Er läuft sauberer, schlanker und leiser als alles bisher Dagewesene. Zunächst einmal ist sein Treibstoffverbrauch 16 Prozent geringer als bei jedem anderen Triebwerk auf dem Markt, und mit Düsentreibstoff von derzeit etwa 3 US-Dollar pro Gallone betragen die Einsparungen fast 1,2 Millionen US-Dollar pro Flugzeug und Jahr.

Es verwendet auch ein Brennkammerdesign, das Emissionen liefert, die 50 % niedriger sind als die CAEP/6-Emissionsnormen, die den strengsten Standard in der Branche darstellen. Und wenn Sie wie ich unter den Flugrouten großer Flughäfen leben, dann ist die Reduzierung des Bodenlärms um 75 % sicherlich ein Geschenk.

Der PurePower basiert auf einem Getriebefan-Design, das kein neues Konzept ist. Bisher ist es jedoch niemandem gelungen, einen solchen zu bauen, der groß genug ist, um den hohen Schubanforderungen der kommerziellen Luftfahrtindustrie gerecht zu werden. Und mit der legendären Zuverlässigkeit von P&W-Triebwerken wird es auch nicht von Zuverlässigkeitsproblemen geplagt, die bei vielen früheren Getriebefan-Konstruktionen üblich waren.

Das neue Design von P&W kann bisher bis zu 40.000 Pfund Schub liefern. Dies ermöglicht es PurePower-Triebwerken, den gesamten Markt für Schmalrumpfflugzeuge abzudecken. Der gesicherte Erfolg dieses Motors wird sicherlich seine Expansion auf den Widebody-Markt sehen. Da für diese Anwendung bereits Designstudien vorliegen, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Flugzeugbauer abdrücken.

Natürlich sind viele der technischen Details proprietär. Tatsächlich ist die Geheimhaltung des Motors so streng, dass man erwarten würde, den Zigarettenraucher aus den X-Akten bei der Pressekonferenz im Hintergrund zu sehen. Selbst meine Kontakte in East Hartford sind als Senator vor einer Grand Jury verschwiegen. Dennoch gibt es genug gute Informationen, um auch die anspruchsvollsten Getriebe zu beeindrucken.

Für den Uneingeweihten ist ein Getriebefan, wie der Name schon sagt, ein Turbofan-Triebwerk mit Zahnradantrieb. Beim PurePower lässt der Antrieb den Hauptlüfter 30 Prozent langsamer drehen als bei herkömmlichen Turbofans. Bisher war der Zahnradantrieb der Grund dafür, dass die Konstruktion es nie in größerem Maßstab geschafft hat. Dieses Hindernis wurde durch die Entwicklung eines hochzuverlässigen, leichten Getriebes von P&W gelöst, das über ein hochmodernes Schmiersystem verfügen soll – der Hauptgrund für seine Zuverlässigkeit und Leistung. Der Zahnradantrieb ist jedoch nur einer der Tricks, die P&W im Ärmel hat. Der größere Hauptlüfter mit niedrigerer Drehzahl bedeutet, dass der Niederdruckverdichter (LPC) mit höheren Drehzahlen läuft und weniger Stufen erfordert. Turbofans erfordern typischerweise sechs oder sieben LPC-Stufen; der PurePower verwendet nur drei. Das ist eine Reduzierung von 1.500 Klingen. Die höhere Drehzahl bedeutet auch, dass sich die in den Hochdruckkompressor (HPC) eintretende Luft unter noch höherem Druck bewegt. Die acht Stufen des HPC sind auch weit weniger als bei einem Standard-Turbofan üblich.

Für HPC regiert Innovation den Tag. Das System verwendet weniger Stufen und besteht aus integral beschaufelten Rotoren oder IBRs anstelle von separaten Schaufeln und Verdichterscheiben. Auch als Blisks bekannt, handelt es sich um einen einteiligen Rotor mit Scheibe und Schaufeln, die in einer einzigen Struktur integriert sind. Die Brennkammer verwendet auch ein Schwimmerwandsystem innerhalb der ringförmigen Brennkammer. Diese Technologie wurde bereits in P&W-Triebwerken der F-22 Raptor eingesetzt: Sie besteht aus einer Reihe thermisch isolierter Paneele aus oxidationsbeständigem, hochkobalthaltigem Material. Auf der Turbinenseite gibt es noch größere Vorteile. Die Niederdruckturbine (LPT) benötigt nur drei Stufen im Gegensatz zu den neun, die frühere P&W-Designs erforderten. Das entspricht 3.500 Lüfterblättern weniger.

PurePower Top Standard-Turbo-Lüfter unten

Apropos Lüfterflügel, es gibt noch ein weiteres Geheimnis, das Mulder & Scully würdig ist: P&W verwendet eine neue hybride metallische hohle Lüfterflügelstruktur, die hinter der Eisentür in East Hartford entwickelt wurde. Wie vorauszusehen war, bleiben Herstellungsverfahren und Zusammensetzung geheim.

Hohle Lüfterflügel sind ein Markenzeichen von P&W – das innovative Design reduziert das Gewicht des Flügels und behält gleichzeitig die gleiche Festigkeit wie viel schwerere Einheiten bei.

Über die proprietären Turbinenschaufeln von P&W ist lediglich bekannt, dass sie aus Superlegierungen mit Wärmedämmschichten und einer fortschrittlichen Kühlfunktion bestehen, die für die F-35 Lightning entwickelt wurde. Diese Funktionen ermöglichen es dem HPT des PurePower, heißer und schneller zu laufen als alles andere, was jemals entwickelt wurde. Als ich einen Freund fragte, wie heiß es sei, bekam ich nur ein Schulterzucken und die Antwort „wirklich heiß“. Ok, ich werde es herausfinden, wenn es veraltet ist.

PurePower HPT-Klingen aus der F-35 . geliehen

Das PurePower HPT verwendet Schaufeln, die für das P&W F135-Triebwerk entwickelt wurden, das in der F-35 eingesetzt wird. Dieses Triebwerk hält den Weltrekord für die heißeste Brennkammer und Turbine, die je betrieben wurden.

Die niedrigen NOx-Emissionen dieses Motors sind ein wesentlicher Bestandteil des HPT und der Brennkammer; es ist auch für die 75-prozentige Geräuschreduzierung verantwortlich.

Die Brennkammer mit dem Namen TalonX wurde in Zusammenarbeit mit der NASA entwickelt und basiert auf dem Fett-Quench-Mager-Verbrennungszyklus der Weltraumbehörde. Bei dieser Konstruktion werden die Emissionen durch die Abschreckzone des Stators der ersten Stufe vor den HPT-Schaufeln der ersten Stufe kontrolliert.

Der überragende Vorteil all dieser Innovationen ist, dass es viel weniger bewegliche Teile gibt. Weniger Teile bedeuten weniger Wartung und mehr Stunden in der Luft. Für die Luftfahrtindustrie ist der ROI ein Kinderspiel. Eine andere zu bedenkende Sache ist, dass dies ein brandneuer Motor ist; Trotz der inhärenten Skepsis der Luftfahrtindustrie hat P&W bereits 7.000 Einheiten von über 70 Kunden in über 30 Ländern bestellt.

Die Weitsicht, das Engagement und die Beharrlichkeit von Pratt & Whitney symbolisieren die Merkmale, die die amerikanische Industrie aufgebaut haben, und werden P&W mit Sicherheit wieder an die Spitze der Luft- und Raumfahrtindustrie bringen.

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