Neue Motoren
Haifischhaut inspiriert österreichische Triebwerksforscher
Immer größer werdende Triebwerksschaufeln bringen trotz massiven Einsparnissen auch Probleme. Ein Forscherteam der Technischen Universität Graz tüftelt an einer Lösung.
Die Transonic Test Turbine Facility der TU Graz: Hier können die Zuströmbedingungen in einem Triebwerk vom Start bis zur Landung realistisch nachgebildet werden.
Turandot. So heißt die letzte Oper von Giacomo Puccini. Darin verkündet Prinzessin Turandot, dass sie den ersten Brautwerber heiraten werde, der ihre drei Rätsel lösen kann. Wer sie falsch löst, werde dagegen geköpft.
Dieses Schicksal droht den Forschern des europäischen Projekts Turandot nicht. Die Abkürzung steht für Turbulence and Duct Surface Otimization in Turbofans. Rätsel lösen wollen die Wissenschaftler aber auch. Sie arbeiten daran, Flugzeugtriebwerke effizienter zu machen. Mit dabei sind Experten der Technischen Universität Graz.
Übergangskanal möglichst störungsfrei passieren
Ihr besonderes Augenmerk liege am sogenannten Übergangskanal, sagt Emil Göttlich vom Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik der TU Graz. Er forscht mit einem 25-köpfigen Team daran, wie die Luft diesen Übergangskanal möglichst störungsfrei passieren kann. Dieser liegt zwischen der Hoch- und Niederdruckturbine eines Triebwerks.
Warum ist dieser Bereich so wichtig? Triebwerke, die leise und effizient arbeiten sollen, tun dies am leichtesten, wenn der Fan (das Gebläserad vorne am Triebwerk) so groß wie möglich ist und sich so langsam wie möglich dreht. Als Folge wird aber der Übergangskanal immer kürzer und steiler, die heiße Luft verwirbelt leichter, auch weil sie sich mit der notwendigen Kühlluft vermischt. Das reduziert die Triebwerksleistung.
Wie die Haut eines Hais
Zwei Erkenntnisse der Forscher lassen jetzt aufhorchen. Sie haben gemeinsam mit Projektpartner Bionic Surface Technologies eine Beschichtung entwickelt, die den Wirkungsgrad des Übergangskanals und damit des Triebwerks deutlich verbessert. Die sogenannte Riblet-Beschichtung ist eine haifischhautähnliche Oberfläche aus nano- und mikrostrukturierten Rillen (Englisch: Riblets).
Sie verringert die Reibung der Luft an der Kanalwand und damit den Strömungswiderstand. «Der Druckverlust kann damit um rund fünf Prozent verringert werden», erklärt Göttlich. Das klinge auf den ersten Blick nach wenig. «Der Treibstoffverbrauch kann damit aber erheblich gesenkt werden.»
Neue Anordnung der Triebwerksschaufeln
Weiter ist am Versuchsturbinenprüfstand untersucht worden, wie die Kühlluftströme die Leistung des Triebwerks beeinflusst. Im Übergangskanal nämlich vermischt sich die 1000 Grad heiße Hauptströmung, die das Flugzeug antreibt, mit der Kühlluft. Göttlich und sein Team konnten zeigen, dass die Kühlluft nicht flächig die Wände im Übergangskanal bedeckt, sondern in Strähnen durchströmt.
Die Kühlung ist deswegen weniger effektiv, der Verschleiß des Triebwerks höher als bisher angenommen. Eine neue Anordnung der Triebwerksschaufeln kann da jetzt Abhilfe schaffen.
In neuer Triebwerksgeneration umgesetzt
Die Erkenntnisse werden jetzt vom Triebwerkshersteller General Electric Aviation übernommen und in einer neuen Triebwerksgeneration umgesetzt. Das Institut der TU Graz hat für diese vier Jahre dauernden Forschungen von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft 500.000 Euro an Fördermitteln erhalten.