Düsen Fieber - Motion
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Düsen Fieber

Düsentriebwerke haben Flugzeugen Geschwindigkeit, Reichweite und Effizienz verliehen. Die Entwicklung des propellerlosen Antriebs war ein rasantes Kopf-an-Kopf-Rennen zweier Forscher, die, ohne voneinander zu wissen, das Reisen für immer verändern sollten.

Fotos: Pratt & Whitney

Wer schnell sein will, der muss sich auch beeilen – ein Grundsatz, der bei weitem nicht nur im Sport, sondern ebenso auf dem Gebiet der Technik gilt. Zeitgleich und ohne voneinander zu wissen, revolutionierten zwei junge Forscher in den dreißiger Jahren das Fliegen. Anstelle eines Propellers, der wie beim Auto mit einem Kolbenmotor in Bewegung versetzt wird, hatten beide etwas Schnelleres im Sinn: Ein Strahltriebwerk, das Luft von vorne ansaugt, verdichtet, zur Zündung bringt und mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse schießt.

Das Triebwerk „Trent 1000“ von Rolls-Royce ist das leiseste, leichteste und sparsamste seiner Klasse

Das Ergebnis: Schub von bisher unbekanntem Ausmaß, der Flugzeuge schneller machen würde als der Schall.
Wie viele gute Ideen entstand auch das erste Düsentriebwerk in einer Garage. Als Hans Joachim Pabst von Ohain, Physik- Doktorand an der Universität Göttingen, 1933 die Idee eines Triebwerks ohne Propeller entwickelte, war er 22 Jahre alt. In einer Werkstatt, in der er seinen Sportwagen regelmäßig zur Inspektion brachte, lernte er den Automechaniker Max Hahn kennen und überzeugte ihn von seinem Vorhaben. Für rund 1000 Reichsmark – seinerzeit ein kleines Vermögen – baute Hahn 1935 das erste Modell des Triebwerks, das von Ohain sogleich in den Räumen der Universität zu testen begann.

Das Turbofan-Triebwerk „F119“ von Pratt & Whitney verfügt über eine so genannte Schubvektorsteuerung, mit der der Abgasstrahl der Düse gezielt gelenkt werden kann. Kampfflugzeuge und Raketen erhalten somit eine enorme Wendigkeit, die vor allem für den Antrieb von Senkrechtstartern von Bedeutung ist; Foto: Pratt&Whitney

Vor allem der Treibstoff bereitete anfangs große Probleme. Anstatt wie vorgesehen in der inneren Druckkammer gezündet zu werden, wurde er mit der Luft nach außen geschleudert.Gewaltige Flammen schossen aus der Turbine heraus und machten die Tests zu einem wahren Höllenritt für alle Beteiligten. Dennoch erkannte Robert Wichard Pohl, Leiter des Physikalischen Instituts der Universität Göttingen, das Potenzial der Erfindung, die von Ohain 1936 zum Patent anmeldete.

Schneller als die Polizei erlaubt: Das Triebwerk „Rocketdyne SJK 61-2“ des amerikanischen Luft- und Raumfahrtherstellers Pratt & Whitney beschleunigt auf 4,8-fache Schallgeschwindigkeit – in einer Flughöhe von zehn Kilometern entspricht dies rund 5180 km/h. Entwickelt wurde der Hypersonic-Antrieb für das unbemannte Demonstrationsflugzeug Boing X-51, das im Mai 2010 seinen ersten Testflug absolvierte.

Er verfasste ein Empfehlungsschreiben an den Industriellen Ernst Heinkel, der sich trotz der Unzulänglichkeiten des ersten Modells überzeugen ließ. Wenige Wochen später begannen Hans von Ohain und Max Hahn in den Heinkel-Flugzeugwerken nahe Rostock, ihr Triebwerk weiter zu verfeinern, während ein eigens auf den Düsenbetrieb zugeschnittenes Flugzeug entwickelt wurde. Als die Maschine – angetrieben vom Triebwerk „Heinkel He S3“ – am 27. August 1939 startete, konnte der inzwischen 28-Jährige nicht nur die Tauglichkeit seiner Erfindung unter Beweis stellen. Der Testflug markiert zugleich den Einstieg ins Jet-Zeitalter, das die militärische und ebenso die zivile Luftfahrt verändern sollte.

Foto: Pratt&Whitney

Dennoch konnte Hans von Ohain den Titel des Düsentrieb-Erfinders nicht für sich allein beanspruchen. Fünf Jahre vor ihm, 1928, hatte der Pilot Frank Whittle in der Zeitung der Royal-Air-Force-Fliegerschule von Cranwall einen Artikel veröffentlicht, in dem er die Idee eines Strahltriebwerks formulierte. Auch er meldete um 1930 mehrere Patente an, wenngleich sich anfangs niemand für seinen Vorschlag interessierte. Erst 1935, nachdem zwei ehemalige Air-Force-Offiziere ihm finanzielle Unterstützung zugesichert hatten, nahm er die Arbeit wieder auf und konnte 1938 die ersten Testreihen erfolgreich absolvieren. Mit dem Beginn des Zweiten Weltkrieges  erhielt Whittle vom britischen Luftfahrtministerium den Auftrag, ein Düsenflugezug zu entwickeln, dessen Prototyp am 15.Mai 1941 startete. Auch heutige Düsentriebwerke folgen noch demselben Wirkungsprinzip, wenngleich ihre Leistung entscheidend verbessert wurde. Erzielte Frank Whittles erstes Triebwerk einen Schub von 3,8 Kilonewton, gilt das 1995 in Betrieb genommene Trieb „GE90“ von General Electric mit einer Schubkraft von bis zu 569 kN bis heute als leistungsstärkstes Triebwerk der Luftfahrtgeschichte. Entscheidend jedoch ist nicht nur der Schub, sondern der Kerosinverbrauch. Umden zu senken, musste der Luftstrom erhöht werden, der durch die Triebwerke hindurchgepresst wird. Das Ergebnis: Die Schaufelblätter (Englisch: Fan) an der Vorderseitewurden weiter vergrößert und erreichten bei der im Airbus A380 eingesetzten Baureihe „Trent 900“ von Rolls-Royce einen Durchmesser von stattlichen 2,95 Metern. Die Turbine agiert auf diese Weise wie ein durstiger Superstaubsauger, der über eine Tonne Luft in der Sekunde in sich hineinzieht.

Das Wachstum der Triebwerke stößt damit zugleich an seine Grenzen, denn je länger die Rotorblätter, desto höher wird die Geschwindigkeit an ihren Spitzen. Überschreiten diese den Überschallbereich, entwickeln sichenorme Fliehkräfte, die wiederum die Effizienz der Antriebe reduzieren. Die Zukunft der Düsentriebwerke sehen Experten daher in einer Reduktion der Geschwindigkeit. Das erstmals 2008 getestete „Geared Turbofan“ (GFT) des Münchner Turbinenherstellers MTU verfügt über ein Getriebe, mit dem die Drehzahl des Rotors gegenüber der Turbine reduziert werden kann. „Mit dieser Entkoppelung von Fan und Niederdruckmaschine verbraucht das GFT-Triebwerk 15 Prozent weniger Treibstoff und produziert nur noch halb so viel Lärm wie herkömmliche Triebwerke“, erklärt Dr. Christian Winkler, Leiter der Geschäftsfeldentwicklung von MTU Aero Engines. Viele dieser Entwicklungen konnten Hans von Ohain (1911-1998) und Frank Whittle (1907-1996) selbst noch miterleben, wenngleich nicht selbst gestalten. Am 25. Januar 1966 trafen die beiden Flugpioniere bei der Verleihung des Goddard Awards des American Institute of Aeronautics zum ersten Mal aufeinander. Wie es heißt, wurden sie später gute Freunde.

 

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