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Forschung und Technologie

E-BREAK – Bausteine für die Zukunft

Das europäische Forschungsprogramm E-BREAK soll Schlüsseltechnologien für weitere Verbesserungen künftiger Triebwerke bereitstellen.

Aller guten Dinge sind drei: E-BREAK (Engine Breakthrough Components and Subsystems) ist der Dritte im Bunde des 7. Rahmenprogramms der EU-Forschung; LEMCOTEC konzentriert sich auf den Hochdruckbereich und ENOVAL auf den Niederdruckbereich. „Bei E-BREAK geht es nicht um die Verbesserung spezifischer Module, sondern um Schlüsseltechnologien, wichtige Bausteine, um eine Verbesserung des Gesamtsystems überhaupt zu ermöglichen. Alle drei Projekte zusammengenommen haben zum Ziel, die nächste Generation von Triebwerken mit einem höheren Nebenstromverhältnis zu entwickeln. Um der damit verbundenen Gewichtssteigerung entgegenzuwirken, muss das Kerntriebwerk effizienter und leichter werden, was höhere Gesamtdruckverhältnisse bedingt“, sagt der für die Koordination der EU-Programme bei MTU Aero Engines zuständige Dr. Edgar Merkl. „Rein thematisch ergänzen sich die drei Projekte. Wir bezeichnen uns gegenseitig als Schwesterprojekte und unterstützen uns gegenseitig.“ Die übergeordnete Zielsetzung sieht bis zum Jahr 2020 eine Reduzierung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs um 15 bis 20 Prozent und eine Verringerung des Stickoxidausstoßes um 80 Prozent vor.

Das Programm soll Technologien für Triebwerke mit sehr hohem Gesamtdruck- und Nebenstromverhältnis näher an die Einsatzreife bringen. Das Ziel ist ein Technologiereifegrad nach dem NASA-System von TRL 4 bis 5 (Technology Readyness Level). Die Verbesserungen konzentrieren sich vor allem auf die Bereiche Gewicht, Spalthaltung, widerstandsfähige Materialien, Dichtungen und Betriebsstabilität. Unter der Leitung von Turbomeca arbeiten 42 Partner aus zehn europäischen Ländern zusammen.

Wie bei den beiden anderen Programmen ist MTU Aero Engines auch an E-BREAK beteiligt und leitet das Unterprojekt für eine bessere Triebwerksüberwachung. „Hier geht es darum, während des Betriebs Anomalien zu erkennen und frühzeitig entsprechende Maßnahmen zu planen. So kann man näher an die Grenzen der Belastbarkeit gehen und das Triebwerk zum richtigen Zeitpunkt in die Instandsetzung bringen“, erklärt Dr. Merkl. In diesem Zusammenhang wollen die Ingenieure auch Überwachungssysteme an Strukturen und einzelnen Komponenten anbringen, in deren Bereich sich bis dato keine Daten erfassen lassen, etwa eingebettet in Faserverbundwerkstoffe. Entsprechende Tests sollen unter anderem bei GKN stattfinden.

Die MTU beteiligt sich auch an zwei anderen Unterprojekten: Im SP4 untersuchen die Münchner Anstreifbeläge für Verdichter und deren Simulation. „Das Ziel liegt in der Erstellung eines Simulationsmodells für das Anstreifverhalten, um sicherzustellen, dass das Material nicht geschädigt wird.“

Im SP5 wollen die Techniker die Eigenschaften von Titanaluminid weiter erkunden. „Da TiAl ein spröder Werkstoff ist, gibt es kritische Bereiche wie etwa in den Schaufelfüßen, da in den Scheiben eine sehr hohe Kontaktpressung herrscht.“ Der Vorteil des Werkstoffs liegt in seinem geringen Gewicht. „Wir versuchen, so weit wie möglich Gewicht zu sparen, und wollen daher bei künftigen Triebwerken in mehrere Stufen Titanaluminid einsetzen. Dazu sind Maßnahmen nötig, um den sicheren Betrieb zu gewährleisten.“ Hier sind unter anderem eine Verschleißschutzschicht, verbesserte Herstellungsprozesse und zerstörungsfreie Prüfmethoden in Arbeit.

Die neuen Technologien dürften in der nächsten Generation von Triebwerken Verwendung finden. Die Frage ist, wann die künftigen Antriebe auf den Markt kommen werden. „Unserer Einschätzung nach könnte dies im Jahr 2020 oder 2025 der Fall sein“, meint Dr. Merkl. Konkrete Tests in einem Triebwerksdemonstrator erfolgen jedenfalls im Rahmen des Forschungsprogramms „Clean Sky 2“ ab 2017.

EU-Programm E-BREAK

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E-BREAK erfolgt im siebten Rahmenprogramm der Europäischen Kommission und begann im Oktober 2012. Das Forschungsvorhaben E-BREAK ist in sechs Unterprojekte unterteilt: Subprojekt SP1 unter der Führung von Snecma beinhaltet eine Gesamtbetrachtung und Bewertung der spezifizierten Triebwerke. Das von Rolls-Royce Großbritannien geleitete Subproject SP2 konzentriert sich auf die Verbesserung von Dichtungssystemen, um Ölverbrauch und Luftverluste zu reduzieren. Im SP3 (Rolls-Royce Deutschland) stehen die Steuerung der Verstellsysteme sowie deren thermomechanische Widerstandsfähigkeit im Mittelpunkt. Dies ist besonders im Hinblick auf die Spalthaltung von Bedeutung. Im SP4 wird unter der Leitung von Snecma an Hochtemperatur-Materialien und dazugehörigen Technologien für Anstreifbeläge und Wärmedämmschichten geforscht, während bei SP5 (GE Avio) leichtere Werkstoffe bearbeitet werden, insbesondere Titanaluminid. Im Unterprojekt SP6 betrachtet MTU Aero Engines Methoden für eine bessere Triebwerksüberwachung.

FLUG REVUE Ausgabe 10/2015

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