02.09.2014
Erschienen in: 07/ 2012 FLUG REVUE

Drohnen im FokusTriebwerke für unbemannte Flugsysteme

Der Einsatz von unbemannten Flugsystemen nimmt weltweit zu. Gleichzeitig werden erste Kampfdrohnen erprobt. Nicht nur die neuen Anwendungen stellen die Antriebe vor einige Herausforderungen.

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Im Global Hawk kommt ein Rolls-Royce AE3007 zum Einsatz. Foto und Copyright: US Air Force  

 

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Keine andere Flugzeuggattung weist ein derart großes Spektrum auf wie unbemannte Flugsysteme. Die Spanne reicht von kleinen, flugmodellartigen Geräten bis hin zu solchen in der Größe von Kampfflugzeugen und sogar mit Maßen, die fast die Spannweite eines Airbus A400M aufweisen, wie der Global Hawk. Dementsprechend vielfältig sind die Antriebe für die Unmanned Air Vehicles (UAV). Sie haben allerdings eines gemeinsam: Es handelt sich immer um bereits vorhandene Modelle. „Das Auftragsvolumen ist relativ klein. Daher stehen keine Mittel für die Entwicklung eines brandneuen, perfekt geeigneten Triebwerks zur Verfügung. Aus diesem Grund nimmt man einen bestehenden Antrieb und passt ihn an“, sagt Jimmy Reed, Director Advanced Engine Programs bei Pratt & Whitney Military Engines, im Gespräch mit der FLUG REVUE. Seiner Meinung nach wird dies auch für die absehbare Zukunft so bleiben.

Das Unternehmen aus East Hartford arbeitet an Antrieben für mehrere Anwendungen. „Zwei, über die wir sprechen dürfen, sind die General Atomics Avenger und die Northrop Grumman X-47B. Die beiden Plattformen sehen sehr verschieden aus, weisen aber ähnliche Anforderungen auf“, sagt Reed. „Die Integration ist dabei immer der wichtigste Punkt.“ Bei der X-47B, entwickelt im Rahmen des UCAS-D-Programms der US Navy (UCAS = Unmanned Combat Air System), setzt das Militär auf den in der F-16 bewährten F100-Turbofan, allerdings ohne Nachbrenner, da der Trockenschub für die Anforderungen ausreichend war. Die Ingenieure konnten die digitale Regelung aufgrund des Wegfalls der entsprechenden Sensoren vereinfachen. Ansonsten bemühen sie sich in der Regel, keine Änderungen am generell aufwändigen FADEC-System durchzuführen. Eine Herausforderung liegt in der Integration der Triebwerke mit Hilfe eines geänderten Einlaufs. „Außerdem muss die Schubdüse Teil des Flugzeugs werden und weist daher meistens eine einzigartige Form auf“, erklärt Reed. Im Fall der X-47B scheint das gut geklappt zu haben. „Das Triebwerk funktioniert einwandfrei. Im nächsten Jahr wird die erste X-47B auf einem Flugzeugträger fliegen. Das zweite Exemplar führt dann 2014 automatische Luftbetankungen durch.“

Insgesamt fallen die Triebwerksmodifikationen je nach Anwendung unterschiedlich stark aus, wie Klaus Günther, Programmleiter EJ200 bei MTU Aero Engines, erläutert. „Bei reinen Aufklärungssystemen ist ein Triebwerkskonzept mit hohem Nebenstromverhältnis für einen niedrigen spezifischen Verbrauch wie bei typischen Business-Jet-Antrieben nötig, um eine maximale Reichweite und Verweildauer zu erzielen.“ Ein solcher Antrieb findet sich beim General Atomics Avenger in Form des PW545 von Pratt & Whitney Canada, an dem auch die MTU beteiligt ist. „Generell sind zivile Triebwerke intolerant gegenüber Störungen im Einlauf und am Fan. Aber mit unserem Einlaufdesign und der Robustheit des Antriebs hatten wir hier keinerlei Probleme“, sagt Reed.

Auch bei den europäischen Kampfdrohnen-Demonstratorprogrammen Neuron und Taranis kommt mit dem Adour Mk 951 ein Standardtriebwerk zum Einsatz. Das komplette Antriebssystem wird aber aufgrund der speziellen Lufteinläufe und Schubdüsen erheblich modifiziert, wie Rolls-Royce mitteilt. „Die Beteiligung an Taranis hat uns ermöglicht, das Verständnis für Schlüsseltechnologien über die bemannten Kampf-flugzeuge hinaus zu erweitern. Dies beinhaltet die Integration von innovativen Technologien für eine niedrige Entdeckbarkeit.“ Details der Stealth-Komponenten seien jedoch geheim. Eine weitere Herausforderung sind die langen Flugzeiten. „Man muss sich fragen, was das Fluggerät dazu bringt, nach Hause kommen zu müssen, wenn es in der Luft betankt werden kann“, meint Reed. „Bei den Triebwerken ist deshalb der Ölverbrauch sehr wichtig. Unsere Antriebe sind für einen minimalen Verbrauch ausgelegt, so dass ein ununterbrochener Betrieb von 50 Stunden oder mehr möglich ist.“ Ähnliches gilt auch für die militärische Variante F137-AD-100 des AE3007 von Rolls-Royce, die im Global Hawk für einen Betrieb von bis zu 32 Stunden und Flughöhen bis 21 Kilometer angepasst wurde. Gemäß Rolls-Royce ist die Turbomaschinerie jedoch identisch. Für die Variante der US Navy modifizierte das Unternehmen den Hilfsgeräteantrieb und die FADEC für eine noch höhere Stromerzeugung.


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