Was haben ein Wohnmobil, ein Elefant und der Rumpf eines Embraer E-Jets gemeinsam? Sie alle würden in der Gondel des GE90-115B Platz finden. Allein der Bläser des Triebwerks der Boeing 777 misst 325 Zentimeter im Durchmesser. Damit war der Turbofan des US-Herstellers GE Aviation bis Herbst 2020 nicht nur der größte zugelassene, sondern auch der stärkste. Rund 514 Kilonewton Schub erzeugt ein GE90-115B beim Start.
Das Monster-Triebwerk für die Boeing 777X
Bei den Zulassungstests 2002 erreichte das Triebwerk sogar eine Schubkraft von 568,9 Kilonewton, was damals einen Eintrag ins "Guinness – Buch der Rekorde" wert war. Der wurde im November 2017 aber von einem anderen Schubgiganten aus dem Hause GE Aviation übertroffen: Das GE9X für die Boeing 777X kam bei Testläufen auf 597,4 Kilonewton – so viel wie 27 Ghost-Antriebe des Prototyps des ersten Passagierjets, der de Havilland Comet, zusammen. Mit 340 Zentimetern stellt das GE9X auch in Sachen Fandurchmesser seinen Vorläufer in den Schatten. 2011 begann die Entwicklung, Ende September 2020 wurde das Triebwerk für die überarbeitete Triple Seven von der FAA zugelassen.
Aller Anfang ist schwer
Von solchen Werten konnte man bei der Entwicklung der ersten zivilen Jettriebwerke Ende der 1940er Jahre nur träumen. Seither haben sich die Schubleistungen enorm entwickelt, und gleichzeitig wurden Treibstoffverbrauch und Lärm deutlich gesenkt. Wesentlicher Grund sind die riesigen Bläser, die für ein hohes Nebenstromverhältnis sorgen. Das bezeichnet die vom Bläser außen am Kerntriebwerk vorbeigeschau-felte kalte Luftmasse im Verhältnis zur Luft, die die Brenn- kammer durchläuft und die Turbine antreibt. Der Nebenstrom trägt rund 80 Prozent zum Schub bei. Die ersten Turbofans Anfang der 1960er Jahre wie das JT8D (unter anderem für die Boeing 727) von Pratt & Whitney hatten Nebenstromverhältnisse von 1:1, heutige Großtriebwerke erreichen bis zu 10:1.
Nebenstrom gegen den Lärm
Ein hohes Nebenstromverhältnis hat noch einen weiteren Vorteil: Es reduziert die Lärmemissionen. Denn der Nebenstrom ist deutlich langsamer als der heiße, stark beschleunigte Abgasstrahl. Durch die Mischung der beiden wird die Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsstrahl reduziert und damit der Lärm. Nach Angaben des Bundesverbands der Deutschen Luftverkehrswirtschaft haben sich die Lärmemissionen von Flugzeugen in den vergangenen 60 Jahren um 30 Dezibel verringert, das entspricht einer Senkung von 88 Prozent. Dafür seien wesentlich die verbesserten Triebwerke verantwortlich.
Die Grenzen des Wachstums
Der Bläserdurchmesser kann wegen des zunehmenden Luftwiderstands und der Bodenfreiheit aber nicht bis ins Unermessliche erhöht werden. Weitere Leistungssteigerungen bei gleichzeitiger Verringerung von Schadstoffausstoß, Lärm und Verbrauch erzielten die Ingenieure durch aerodynamische Modifikationen der Schaufeln sowie durch verbesserte Brennkammern. Moderne Materialien sorgen zudem für ein geringeres Gewicht. So werden Bläserschaufeln und Gondeln heutzutage oft aus leichten und trotzdem festen Faserverbundwerkstoffen hergestellt. In Brennkammern und Turbinen kommen immer häufiger keramische Verbundwerkstoffe (englisch: Ceramic Matrix Composites, CMC) zum Einsatz, die nicht nur leicht, sondern auch sehr hitzeresistent sind. Die dadurch möglichen höheren Temperaturen steigern den thermischen Wirkungsgrad des Triebwerks und verringern die Notwendigkeit komplexer Kühlmechanismen. Potenzial für künftige Gewichtseinsparungen bietet auch der 3D-Druck von Metallen.
Getriebefans
Eine weitere Möglichkeit, die Triebwerkseffizienz zu verbessern, ist der Einbau eines Untersetzungsgetriebes zwischen Niederdruckturbine und Bläser. So können beide Komponenten mitjeweils optimaler Drehzahl laufen: die Niederdruckturbine schneller und der große Bläser langsamer als ohne Getriebe. Bisher sind solche Getriebefans allerdings nur in niedrigeren Schubklassen im Einsatz. Die PW1000G-Familie (Airbus A320neo, A220) von Pratt & Whitney ging Anfang 2016 in Dienst. Außer dem US-Hersteller arbeitet noch das britische Unternehmen Rolls-Royce an einem Großtriebwerk mit Getriebe. Aktuell gibt es allerdings noch kein Flugzeug dafür.
Siegeszug der Zweistrahler
Heutige Turbofans sind nicht nur leiser, sauberer und sparsamer, sondern auch zuverlässiger als ihre Vorläufer. Erst dieser Umstand ermöglichte den Siegeszug zweimotoriger Großraumjets wie Boeing 787 und Airbus A350. Die Flugzeiten, die Zweistrahler beim Ausfall eines Triebwerks vom nächstgelegenen Ausweichflughafen entfernt sein dürfen, wurden immer weiter ausgedehnt. Die entsprechenden Regularien werden unter dem Akronym ETOPS (Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards) zusammengefasst.
Mit einem Triebwerk bis New York
Fluggesellschaften können dank ETOPS-Zulassungen kürzere Routen planen. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Kerosin. Üblich sind bei zweistrahligen Jets drei Stunden Flugzeit mit nur einem Triebwerk (ETOPS 180). Besonders lange darf der Airbus A350-900 bei einem Triebwerksausfall fliegen: mehr als sechs Stunden kann der nächstgelegene Ausweichflughafen entfernt sein (ETOPS 370). Das entspricht laut Hersteller rund 2500 Nautischen Meilen (4630 Kilometer). Damit könnte eine A350 mit nur einem funktionierenden Rolls-Royce Trent XWB-84 von Reykjavik nach New York fliegen. Und zumindest theoretisch würden ein kleines Wohnmobil, ein kleiner Elefant oder der Rumpf einer Concorde in die Gondel des ausgefallenen Triebwerks passen.
