Ein effizienteres Jet-Triebwerk wird aus leichteren Teilen hergestellt, einige davon 3D-gedruckt

Eine neue Triebwerksgeneration wird vom weltgrößten Triebwerkshersteller entwickelt, CFM (eine Partnerschaft zwischen GIB MAL und Snecma von Frankreich) wird es Flugzeugen ermöglichen, etwa 15 Prozent weniger Treibstoff zu verbrauchen – genug, um jährlich etwa 1 Million US-Dollar pro Flugzeug einzusparen und die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren.



GE-Motor

Großer Fan: CFM testet die Composite-Fan-Schaufeln für das neue LEAP-Triebwerk. Sie sind an einem der älteren Motoren des Unternehmens montiert.

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Das erste dieser neuen Triebwerke namens LEAP wird eine Technologie aufweisen, die noch nie zuvor in einem Düsentriebwerk in Großserie eingesetzt wurde: Keramikverbundwerkstoffe, die weitaus weniger wiegen als die Metalllegierungen, die sie ersetzen werden, und weitaus höheren Temperaturen standhalten können . Der Motor wird auch Teile verwenden, die durch 3D-Druck hergestellt werden, eine neue Art der Fertigung, die komplexe Formen herstellen kann, die mit herkömmlichen Fertigungstechniken nur schwer oder gar nicht hergestellt werden könnten (siehe 10 Breakthrough Technologies 2013: Additive Manufacturing ). Diese Technologien könnten schließlich verwendet werden, um mehr Teile des Triebwerks herzustellen, was zu weiteren Effizienzsteigerungen führen würde, sagt Gareth Richards, LEAP-Programmmanager bei GE Aviation.





Obwohl vor weniger als zwei Wochen mit dem Bau des ersten Triebwerks begonnen wurde, liegen dem Unternehmen bereits 4.500 Bestellungen vor. Sie werden im Airbus A320neo, der Boeing 737 Max und einem neuen Flugzeug aus China, der Comac C919, eingesetzt. Der Motor spart nicht nur Geld, sondern hilft den Herstellern auch, die aktuellen und erwarteten Vorschriften entwickelt, um den Ausstoß von Kohlendioxid und Schadstoffen wie smogbildenden Stickoxiden (NOx) zu reduzieren.

Eine der wichtigsten Innovationen ist die Verwendung von Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix, die von GE entwickelt wurden. Keramiken halten hohen Temperaturen stand, sind aber normalerweise zu spröde für den Einsatz in Motoren. Forscher von GE haben eine Möglichkeit entwickelt, sie mit Siliziumkarbidfasern zu verstärken, die sie so widerstandsfähig wie Metall machen.

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Die Keramik verringert die Energiemenge, die zum Kühlen von Motorteilen verwendet wird. Aktuelle Motoren arbeiten bei Temperaturen, die tatsächlich höher sind als der Schmelzpunkt der darin verwendeten Nickelmetalllegierungen; Damit sie nicht schmelzen, leitet der Motor Luft von einem Kompressor im Inneren des Motors durch winzige Löcher in den Teilen ab und bildet so eine schützende Kühlschicht. Der Keramikverbund benötigt diese Kühlung nicht, sodass die Luft stattdessen zur Schuberzeugung verwendet werden kann.



Im LEAP-Motor werden die Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix nur einen Teil der Nickellegierungsteile ersetzen. Künftig könnten sie jedoch für mehr Motorteile verwendet werden, was die Kühlverluste weiter reduziert. Diese Änderung könnte es auch ermöglichen, dass Triebwerke bei höheren Temperaturen laufen, wodurch es möglich wird, aus einer bestimmten Kraftstoffmenge mehr Schub zu erzielen. Darüber hinaus könnten Verbundwerkstoffe Motoren leichter machen – Teile aus diesen Materialien wiegen ein Drittel so viel wie die entsprechenden Nickellegierungsteile.

Der Motor wird auch 3D-gedruckte Teile aufweisen, die die Effizienz des Motors verbessern und die Emissionen senken können. Das System ist ausgefeilter und leistungsfähiger als die Desktop-3D-Drucker, die in letzter Zeit Aufmerksamkeit erregt haben. Anstatt Materialien aufzutragen, verwendet es einen Laser, um Metallpulver Schicht für Schicht in feste Formen zu verwandeln. Das Verfahren vereinfacht die Herstellung von präzise geformten Kraftstoffdüsen, die dem Triebwerk helfen, bei hohen Temperaturen zu laufen, ohne Stickoxide zu produzieren (siehe Additive Manufacturing und GE und EADS to Print Parts for Airplanes ).

Ein anderer Motorenhersteller, Pratt & Whitney , entwickelt einen eigenen fortschrittlichen Motor, der den Kraftstoffverbrauch um etwa 15 Prozent senken kann; Käufer des Airbus A320neo können entweder das Pratt & Whitney-Triebwerk oder das CFM-Triebwerk wählen. Pratt & Whitney verfolgt jedoch einen ganz anderen Ansatz zur Effizienzsteigerung. Anstatt Verbundwerkstoffe zu verwenden, werden Zahnräder eingeführt, die dazu beitragen, dass sich verschiedene Teile des Triebwerks mit optimaler Geschwindigkeit bewegen (siehe Effizienteres Düsentriebwerk kommt in Gang und Hybridflügel verbraucht halb so viel Treibstoff wie ein Standardflugzeug).

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