Riesen-Triebwerk: Diese Flugzeugturbine ist dicker als eine Boeing 737
Damit große Widebody-Jets in die Luft kommen, benötigen sie viel Schub. Dieser kommt von den Triebwerken und jene sind in den vergangenen Jahren fast schon unglaublich groß geworden.
Das derzeit größte Flugzeugtriebwerk, gemessen am Fan-Durchmesser, ist das General Electric GE9X. Dieses hat einen Fan-Durchmesser von rund 3,4 Meter. Das komplette Gehäuse misst 4,5 Meter. Zum Vergleich: Der Rumpf einer Boeing 737 hat einen Durchmesser von rund 3,8 Meter. Das heißt, das Triebwerk ist größer als der komplette Innenraum eines anderen Jets.
Das GE9X ist eine Spezialkonstruktion, die eigens für die neue Boeing 777X entworfen wurde. Nach Verzögerungen sollen Ende dieses Jahres nun schließlich erste Maschinen dieses Typs ausgeliefert werden. Erstkunde ist die deutsche Lufthansa.
➤ Mehr lesen: Neue Riesen-Boeing der Lufthansa ist erstmals abgehoben
Nicht nur in Sachen Größe ist das GE9X Rekordhalter. Es hält zudem den Spitzenwert für den höchsten jemals gemessenen Schub eines zivilen Triebwerks mit etwa 597 kN.
Immer größer werdende Triebwerke
Wer sich Flugzeuge der vergangenen Jahrzehnte bis heute ansieht, wird feststellen, dass die Triebwerke im Vergleich zu den Maschinen selbst immer größer geworden sind. Der erste in Serie gebaute Jet-Airliner de Havilland DH.106 Comet, der in den 1950-Jahren eingeführt wurde, hatte im Vergleich zu heutigen Flugzeugen fast schon winzige Triebwerke.
Das gilt auch noch, wenn man sich spätere Modelle, wie den Airbus A300 anschaut, das erste 2-strahlige Großraumflugzeug der Geschichte. Dessen Triebwerke sind im Verhältnis zum Rumpf deutlich kleiner als bei heutigen Maschinen.
Ursprünglich wurde der A300 mit General Electric CF6 ausgestattet. Dessen Fans hatten einen Durchmesser von 2,19 Meter. Das aktuelle Modell, der Airbus A350, kommt mit Rolls-Royce Trent XWB-Triebwerken. Diese haben einen Fan-Durchmesser von 3 Meter.
Warum große Triebwerke?
Doch warum werden Flugzeugtriebwerke immer größer? Hier geht es in erster Linie um Effizienz und konkret um das Nebenstromverhältnis (Bypass Ratio). Vereinfacht gesagt, ist es schlichtweg effizienter, eine große Menge Luft langsam zu beschleunigen als eine kleinere Menge sehr schnell.
Heute gängige Flugzeugtriebwerke sind Mantelstromtriebwerke. Das heißt, sie funktionieren mit 2 Luftströmen. Dem Kernstrom und dem Nebenstrom. Der Kernstrom geht durch die Turbine, wird verdichtet und mithilfe des Kerosins entzündet. Dadurch wird der vorderste Fan (den man auch sieht, wenn man von vorne in das Triebwerk schaut) angetrieben. Der Nebenstrom wird dann von diesem Fan angesaugt und am Kern vorbeigeführt.
Genau dieser Nebenstrom ist es, der für einen Großteil des eigentlichen Schubs verantwortlich ist. Je größer der Fan, desto mehr Luft kann über diesen angesaugt werden. Beim GE9X-Triebwerk liegt das angesprochene Nebenstromverhältnis bei 10:1. Das heißt, dass durch den Nebenstrom ein 10-faches des Schubes des Kernstroms erzeugt wird.
Geht man nun von einem kleinen Fan aus, muss der Kernstrom deutlich stärker sein. Das heißt, die Luft muss sehr stark erhitzt und schnell ausgestoßen werden, um denselben Schub zu erzeugen. Das verbraucht deutlich mehr Kerosin.
Weitere Vorteile großer Fan-Durchmesser
Große Fan-Durchmesser haben noch einen weiteren Vorteil gegenüber kleinen. Sie sind deutlich leiser.
Ein Großteil des Lärms entsteht bei Jet-Triebwerken dann, wenn sich die heiße Luftschicht aus Verbrennungsgasen des Kernstroms mit dem kalten Mantelstrom beim Auslass der Triebwerke vermischt. Bei großen Fans wird die Luft langsam ausgestoßen, was den Lärm reduziert.
Nicht zuletzt deswegen sind Geschichten aus den früheren Zeiten ziviler Luftfahrt oft von Erinnerung an viel Lärm geprägt. Das folgende Video demonstriert den Lärmunterschied. Auch, wenn man die Aufnahmen durchaus mit Vorsicht genießen sollte, weil Dinge wie Mikrofon, Entfernung und Nachbearbeitung Störfaktoren sind, zeigt das Video dennoch, wie viel sich in ein paar Jahrzehnten getan hat.
Noch größere Triebwerke kommen
Der Zenith bei den Fan-Durchmessern ist mit dem GE9X jedenfalls noch nicht erreicht. So entwickelt man bei Rolls-Royce derzeit den UltraFan mit einem Durchmesser von 3,56 Metern. Dabei zielt man auf ein Nebenstromverhältnis von 15:1 (GE9X: 10:1).
Das Prinzip größer = effizienter funktioniert einfach. Zwar nicht unbegrenzt, da irgendwann Gewicht und Luftwiderstand die Treibstoffersparnis zunichtemachen, größere Triebwerke als jetzt sind aber definitiv noch möglich.
Die Grenzen, an die Flugzeugbauer vermehrt stoßen, sind konstruktionsbedingt. So endet irgendwann die Bodenfreiheit unter den Tragflächen. Will man Jet-Triebwerke also noch größer bauen, muss man das Flugzeugdesign komplett überdenken oder neu konzipieren.
➤ Mehr lesen: Futuristisches Flugzeug soll Airbus und Boeing Konkurrenz machen