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Open-Fan-Tests

Ein Airbus A380, der mit unverkleidetem Triebwerk fliegt

CFM entwickelt ein Hybrid-Triebwerk, das das beste von Propeller und Fan vereinen soll. Bald wird es an einem Superjumbo montiert.

Airbus

A380 mit Open-Fan-Triebwerk: In der zweiten Hälfte des Jahrzehnts soll er abheben.

Von Anfang an war klar, dass der Triebwerksbauer CFM das Projekt ohne Flugzeugbauer nicht realisieren kann. Für sein neues Triebwerk, das die Geschwindigkeit und Leistung eines Mantelstromtriebwerks mit der Sparsamkeit eines Turbopropmotors vereinen soll, brauche es «eine engere Integration mit den Flugzeugherstellern als je zuvor», hieß es im Juni.

Jetzt hat das Unternehmen, das zu 50 Prozent GE Aviation und zu 50 Prozent Safran gehört, einen Partner gefunden: Airbus wird dafür sorgen, dass das Triebwerk aus dem Projekt Rise (die Abkürzung steht für Revolutionary Innovation for Sustainable Engines) abheben kann. Dies teilten die Firmen bei der Farnborough Airshow mit.

Weniger Treibstoff, weniger Lärm

In der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts soll ein Airbus-A380-Testflieger mit einem Triebwerk abheben, das ganz anders aussieht als alles, was man bislang zu sehen bekommt. Rise sieht aus wie ein Propeller – ist aber eine Mischung aus Fan und Turboprop. Die offene Anordnung der Rotoren ist dabei zentral.

Während die Fan-Gehäuse, die normalerweise zu jedem Fan-Triebwerk gehören «eine gewisse aerodynamische Funktion erfüllen, ist ihre Hauptfunktion die strukturelle», erklärt GE Aviations Chefingenieur Chris Lorence in einem Blogeintrag. Das Problem: Sie wiegen viel.

Größere Fan-Schaufeln

Durch das offene Design reduziert sich sowohl das Gewicht als auch der Luftwiderstand. Die Entfernung des Gehäuses ermögliche es zudem, größere Fanschaufeln zu bauen. «Der Fan kann so groß sein, wie er aus aerodynamischer Sicht sein muss», so Lorence.

Das Triebwerk ist etwas größer als ein GE9X-Triebwerk, das künftig die Boeing 777X abheben lassen wird, der  größte Motor, der derzeit einen Jet antreibt. Lässt man wie beim neuen CFM-Motor das Gehäuse weg, kann man eine deutlich verbesserte Treibstoffeffizienz erreichen und gleichzeitig die gleiche Geschwindigkeit wie bei aktuellen Schmalrumpfflugzeugen bieten.


Skizze des Rise-Open-Fans. Bild: CFM

Auch leiser

Der neue Open-Fan- oder Propfan-Motor soll mehr als 20 Prozent weniger Treibstoff schlucken und dadurch auch mindestens 20 Prozent weniger CO2-Emissionen verursachen als aktuelle Triebwerke. Doch damit begnügen sich die Partner nicht. Das neue Triebwerk von CFM soll auch bereit sein für den Einsatz mit Wasserstoff oder nachhaltigen Treibstoffen.

Auch die Geräuschkulisse in der Kabine soll ähnlich sein. Effizienter werden die Motoren auch durch andere Neuerungen in der Fertigung, unter anderem Fanschaufeln aus Verbundwerkstoffen.

Schon seit 60 Jahren ein Thema

Komplett neu ist die Open-Fan-Technologie nicht. Schon vor rund 60 Jahren begannen Forscher mit ihr zu experimentieren und in den Siebzigerjahren erlebte sie eine regelrechte Blüte. Ausgelöst durch den Ölpreisschock suchten Ingenieure weltweit nach effizienteren Antrieben für Flugzeuge. Doch als sich der Ölpreis erholte, landeten entsprechende Projekte wieder in der Mottenkiste.

Mitte der Achtzigerjahre entwickelte schließlich GE den GE36 Unducted Fan Triebwerksdemonstrator und testete ihn im Flug. Der Motor basierte auf einem vorderen Fan, der von einer eigenen Turbine angetrieben wurde, während der hintere Fan von einer anderen Turbine angetrieben wurde, die sich in die entgegengesetzte Richtung drehte.

Hintere Schaufeln drehen sich nicht

Im Jahr 2017 hat Safran  ein überarbeitetes Konzept  entwickelt und anschließend am Boden getestet. Beide Modelle verfügten über zwei Sätze von Fanschaufeln, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehten.

 

Der CFM-Demonstrator mit offenem Fan baut auf den Konzepten auf – verfügt aber über eine wesentliche Änderung: Der hintere Schaufelsatz dreht sich gar nicht. Effektiv, so der Triebwerksbauer, handle es sich dabei um Statoren, also feste Triebwerksbestandteile, die in der Lage sind, den Luftstrom auf die effizienteste Weise zu lenken. So könne man ähnliche Geschwindigkeiten erreichen wie herkömmliche Turbofan-Triebwerke – und gleichzeitig nicht nur effizienter, sondern auch leiser sein.

Bodentests in den USA, Flugtests in Europa

Ob all diese Theorie auch den Praxistests standhält, muss sich jetzt zeigen. Zunächst wird CFM den Motor am Boden testen. Geschehen soll das im Flugtestzentrum von GE Aviation im kalifornischen Victorville.

Die zweite Phase wird auf dem Airbus-Flugtestgelände in Toulouse stattfinden. Für diese Prüfflüge wird das Open-Fan-Triebwerk unter dem Flügel eines speziell konfigurierten und mit entsprechenden Instrumenten ausgestatteten Airbus-A380-Testflugzeugs montiert.

Schon im Vorfeld Tests

Dafür muss der Superjumbo natürlich vorbereitet werden. Verschiedene Flugzeugsysteme müssen laut Airbus modifiziert werden, und bereits im Vorfeld sind Tests nötig, um sicherzustellen, dass der Airbus A380 auch wirklich für die Flugerprobung des neuen Motors geeignet ist.

Im Inneren des Testflugzeugs werden außerdem Arbeitsplätze für Flugtestingenieure und -techniker eingerichtet, die die Leistung der verschiedenen installierten Sensoren während des Flugs überwachen und messen. Zu diesem Zweck wird das Flugzeug mit Hunderten von Sensoren, darunter Mikrofone, Beschleunigungsmesser, statische Drucksensoren und Kameras, ausgestattet sein.

Position der Triebwerke noch unklar

Wann genau die neue Triebwerksgeneration einsatzbereit ist, ist noch nicht klar. Ursprünglich hatte CFM Mitte der 30er-Jahre als Richtwert genannt. Doch für einen neuen Motor braucht es auch ein neues Flugzeug. Und das muss jemand entwickeln. Ein sicherer Kandidat dürfte das Airbus-Wasserstoffflugzeug sein, dass der Hersteller 2035 auf den Markt bringen will.


Verschiedene Anordnungen sind möglich. Bild: Airbus

Die Flieger, die mit den neuen CFM-Triebwerke fliegen, könnten sehr anders aussehen, als heutige Flugzeuge. Denn: Wo die neuen Triebwerke schließlich an Flugzeugen verbaut werden, wenn sie auf den Markt kommen, ist noch völlig offen. Sowohl eine wie heute übliche Position an den Tragflächen ist möglich, als auch eine unter der Tragfläche bei einem Schulterdecker wie der Avro RJ Jumbolino. Auch der Anbau hinten am Leitwerk ist denkbar.