18.10.2016
Erschienen in: 10/ 2016 FLUG REVUE

Forschung macht FortschritteOpen Rotor vor dem Erstlauf

Die europäische Forschung am Open Rotor macht Fortschritte. Bald beginnende Bodentests sollen bei der Klärung weiterer Fragen helfen.

Seit mehr als drei Jahrzehnten beflügelt der Open Rotor dies- und jenseits des Atlantiks die Fantasie der Luftfahrtforschung. Kein Wunder, denn die Technologie verspricht einen deutlich geringeren Treibstoffverbrauch als herkömmliche Mantelstromtriebwerke. Möglich machen das gegenläufig drehende Druckpropeller ohne Gehäuse. Sie sorgen für ein extrem hohes Nebenstromverhältnis von bis zu 40:1, was den Vortriebswirkungsgrad erhöht. „Der Open Rotor ist rund 30 Prozent treibstoffeffizienter als das aktuelle CFM56“, sagt Olivier Jung, Open-Rotor-Chefingenieur bei Safran Aircraft Engines (ehemals Snecma). Der französische Triebwerkshersteller sieht den Open Rotor, auch als Unducted Fan oder Propfan bezeichnet, als Antriebskonzept für die nächste Generation von Regional-, Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen. Doch bis zu einer möglichen Indienststellung nach 2035 müssen Triebwerks- und Flugzeugbauer noch etliche offene Fragen klären.

Immerhin, bei einem der wesentlichen Probleme hat Safran Fortschritte gemacht. Lange galt der Open Rotor wegen des hohen Lärmpegels der Luftschrauben als schwer realisierbar in der kommerziellen Luftfahrt. „Dank intensiver Nutzung numerischer Strömungssimulation und aeroakustischer Windkanaltests mit fortschrittlichen Schaufelblattkonzepten konnte Safran zeigen, dass diese Architektur nicht nur mit den neuen Lärmstandards nach Kapitel 14 konform ist, sondern auch das erwartete Leistungslevel liefert“, sagt Jung. Kapitel 14 des Chicagoer Abkommens betrifft Flugzeuge, die ab Ende 2017 zugelassen werden. Für sie gilt ein Lärmgrenzwert, der um sieben EPNdB (Effective Perceived Noise in Decibel / effektiv wahrgenommener Lärm in Dezibel) niedriger ist als bei aktuellen Flugzeugtypen. 

Wann die ersten Flugtests stattfinden, ist unklar

Der Lärm wird wesentlich vom Schaufelblattdesign beeinflusst. Im Rahmen des HERA-Programms (Hélice rapide/Hochgeschwindigkeitspropeller) untersuchte Safran in den vergangenen Jahren verschiedene Entwürfe im Onera-Windkanal in Modane. Darunter befand sich auch der Prototyp aus 3D-gewebten Verbundwerkstoffen, der im weiteren Demonstratorprogramm zum Einsatz kommt. „Hier nutzen wir dieselben Herstellungskonzepte und -methoden wie beim LEAP-Bläser“, erklärt Jung.

Nach wie vor offen ist aber die Frage der mechanischen Integration des Triebwerks mit dem enormen Schaufelblattdurchmesser von fast vier Metern ins Flugzeug. Die Installation muss genügend Bodenabstand gewährleisten, darf den Flugzeugschwerpunkt beispielsweise bei einer Montage am Heck aber nicht ungünstig beeinflussen. „Wir arbeiten in dieser Frage seit mehr als einem Jahrzehnt eng mit Flugzeugherstellern zusammen und prüfen immer noch verschiedene Konfigurationen. Die Bodenerprobung wird uns dabei helfen, die interessantesten Anordnungen zu definieren“, erklärt Jung. Für Ende 2016 oder Anfang 2017 ist der Erstlauf eines kompletten Demonstrators auf Basis eines M88-Triebwerks der Dassault Rafale geplant. „Mehr als 80 Prozent der Komponenten sind fertig. Instrumentierung und Endmontage finden gerade in unserem Werk in Vernon statt“, sagt Jung. Für den Open Rotor, aber auch für die LEAP-Triebwerke von CFM (Gemeinschaftsunternehmen mit GE), wurde in Istres ein neuer Freiluftprüfstand gebaut, der demnächst in Betrieb geht.

Völlig unklar ist dagegen der Zeitplan für Flugtests. Ursprünglich sollte das Triebwerk 2019 an einem Airbus A340 erstmals abheben, was aufgrund von Verzögerungen jedoch zunehmend unrealistisch ist. „Flugtests sind derzeit innerhalb des Clean-Sky-2-Programms geplant“, sagt Jung vage. Clean Sky 2 ist der Nachfolger des europäischen Forschungsprogramms Clean Sky und läuft seit 2014 bis 2024. „Mit unserem Partner Airbus prüfen wir den Wert eines solchen Tests in diesem Zeitraum.“

Konzept mit Geschichte

Der US-Triebwerkshersteller GE präsentierte 1983 erstmals einen Unducted Fan (UDF). 1986 folgten Flugtests des GE36 UDF an einer Boeing 727. Die Idee für den treibstoffsparenden Antrieb gilt als Antwort auf die Ölkrise der 1970er Jahre und den Ersten Golfkrieg. Unterstützt wurde GE von der NASA, die ebenfalls an einer Kombination aus Turbofan und Turboprop forschte. Auch Pratt & Whitney arbeitete in den 1980ern an einem Open-Rotor-Demonstrator. Als sich die Ölpreise normalisierten, wurde die Forschung weitgehend eingestellt. In der jüngeren Vergangenheit beschäftigten sich auch CFM und Rolls-Royce mit dem Konzept.

FLUG REVUE Ausgabe 10/2016

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www.flugrevue.de/Ulrike Ebner


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