Ein Rolls-Royce-Turbofan mit Getriebe? Angesichts der Differenzen mit Pratt & Whitney im IAE-Konsortium wäre das vor einigen Jahren undenkbar gewesen. Aber: „Wir müssen sicherstellen, dass wir nicht stillstehen“, sagt Simon Carlisle, Executive Vice-President Strategy and Future Technology, Civil Large Engines, bei Rolls-Royce. In Derby erlaubte der Triebwerkshersteller erstmals einen Einblick in seine zukünftige Produktstrategie. Das Getriebe stellt dabei nicht die einzige grundlegende Änderung dar, um den Trends der letzten Jahre Rechnung zu tragen. Die Nebenstromverhältnisse und damit die Bläser werden nämlich immer größer, um den Vortriebswirkungsgrad zu erhöhen. Gleichzeitig schrumpfen die Kerntriebwerke trotz steigender Druckverhältnisse immer weiter, um die thermische Effizienz zu verbessern. „Unsere Antwort darauf ist der Advance-Entwurf“, meint Carlisle. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um das RB3025, das man für die Boeing 777X vorgeschlagen hatte.
Wie die Trent-Muster besitzt Advance drei Wellen. Im Gegensatz zum Trent XWB verfügt es aber über eine zweistufige Hochdruckturbine und eine einstufige Mitteldruckturbine, also genau umgekehrt wie beim Antrieb des Airbus A350. „Wir haben die Arbeitsteilung im Herzen des Triebwerks umgedreht. Das ist eine ziemlich große Änderung für uns“, erklärt Alan Newby, Chefingenieur für zukünftige Programme. „Das erlaubt uns, das Druckverhältnis im Hochdruckverdichter zu erhöhen.“ Mit dieser Auslegung wäre sogar ein gigantisches Gesamtdruckverhältnis von 90:1 denkbar. Allerdings halten die heutigen Werkstoffe solche Dimensionen noch nicht aus. Als erster Schritt finden sich bei Advance Komponenten aus keramischen Verbundwerkstoffen.
Zum ersten Mal überhaupt setzt Rolls-Royce auf einen Bläser mit Schaufeln und Gehäuse aus Verbundwerkstoffen. „Erst jetzt finden wir, dass die Composite-Schaufeln das Effizienzniveau unserer Titanschaufeln erreichen, und dass das niedrigere Gewicht Vorteile für das Gesamtprodukt bietet“, erläutert Carlisle. Die Ersparnis pro Triebwerk beziffert er auf rund 340 Kilogramm. Um das gesparte Gewicht nicht in die Niederdruckturbine stecken zu müssen, die aufgrund des größeren Fans mehr leisten muss, verwenden die Ingenieure in der Turbine den leichteren Werkstoff Titanaluminid. Entsprechende Schaufeln werden in diesem Jahr in einem Trent XWB getestet. Der Treibstoffverbrauch des Advance soll im Vergleich zum Trent 700 um 20 Prozent niedriger sein.
Advance ist aber nur der nächste Schritt. Die Planer rechnen für die Zukunft mit noch höheren Nebenstromverhältnissen. Hier kommt das UltraFan-Konzept ins Spiel, das Advance mit einem Untersetzungsgetriebe kombiniert. So wollen die Konstrukteure ein Triebwerk auf die Beine stellen, das 25 Prozent weniger Treibstoff als ein Trent 700 verbraucht. „Wenn das Nebenstromverhältnis einen Wert von 15:1 erreicht, brauchen wir eine neue Technologie. Daher haben wir an einem bestimmten Punkt beschlossen, dass wir Getriebe nicht ignorieren können“, sagt Eric Schulz, President Civil Large Engines bei Rolls-Royce. In Dahlewitz bei Berlin entsteht bereits ein neuer Prüfstand für Untersetzungsgetriebe mit einem Investitionsvolumen von 65 Millionen Euro. Erste Versuche könnten schon Ende nächsten Jahres beginnen.
Ein weiteres, besonders ehrgeiziges Merkmal des UltraFans ist der Bläser mit verstellbaren Schaufeln als Ersatz für das Schubumkehrsystem. Neben der mechanischen Zuverlässigkeit liegt hier die Schwierigkeit darin, dass im Umkehrmodus noch Luft ins Triebwerk geleitet werden muss, um ein Abschalten zu verhindern. Vor einigen Jahren haben die Briten bereits einen entsprechenden Demonstrator mit Hilfseinläufen in der Gondel erprobt.
Bei den Konzepten handelt es sich nicht um reine Zukunftsmusik. Für Advance sind schon für 2015 Versuche vorgesehen, bei dem ein neues Kerntriebwerk mit dem Niederdrucksystem eines Trent 1000 verbunden wird. Ende des Jahrzehnts soll zudem ein UltraFan-Demonstrator laufen. Bereits jetzt wird im ALPS-Programm (Advanced Low-Pressure System) ein Bläser mit Schaufeln aus Verbundwerkstoffen an einem Trent 1000 getestet. Statt 20 Titanschaufeln kommen 18 neu gestaltete Composite-Schaufeln zum Einsatz. „Die ersten Ergebnisse zeigen, dass dieser Bläser die Leistung des normalen Trent 1000 sehr gut erreicht“, sagt ALPS-Chefingenieur Mark Pacey.
Konkrete Anwendungen gibt es indes noch nicht. „Advance und UltraFan sind die Namen für die Technologieprogramme. Wenn die Triebwerke in Dienst gehen, werden sie ohne Zweifel andere Namen haben“, meint Alan Newby. An welchen Flugzeugen sie zum Einsatz kommen könnten, ist offen. Möglichkeiten wären ein Nachfolger der Boeing 757 sowie ein Airbus A330 oder A380 mit neuen Triebwerken. „Wir haben sehr frühe Diskussionen. Wenn Airbus sich für eine Nachrüstung entscheidet, werden wir sie unterstützen“, sagt Präsident Schulz. Aber er gibt sich vorsichtig: „Hier gibt es sehr viele Unbekannte.“
FLUG REVUE Ausgabe 06/2014
Nachfolger für das Trent : Rolls-Royce Advance und UltraFan
Um seinen Marktanteil bei den zivilen Großtriebwerken zu sichern, arbeitet Rolls-Royce bereits an der nächsten Generation. Erstmals kommt auch ein Getriebe zum Einsatz, das in Deutschland getestet wird.
