Chinesische Erfindung verdoppelt die Effizienz von Jet-Nachbrennern

Ein Flammenstrahl aus der Turbine eines startenden Flugzeugs - kaum etwas wird mehr mit der extremen Leistungsstärke von Kampfjets assoziiert als die Nachbrenner der Triebwerke. Diese Afterburner verleihen den Jets zusätzlichen Schub, der spezielle Manöver, eine massive Beschleunigung und enorme Geschwindigkeiten ermöglicht. 

Die Nachbrenner stehen allerdings auch für einen wahnsinnig hohen Treibstoffverbrauch, der sich nicht gerade in einer hohen Effizienz niederschlägt. Der Einsatz der Spritmenge steht in einem äußerst ungünstigen Verhältnis zum zusätzlichen Schub.

Das könnte sich nun durch eine Innovation aus China ändern. Wissenschaftler der Aero Engine Academy of China in Peking schicken eine neuartige Düse ins Rennen, die die Effizienz von Nachbrennern um bis zu 100 Prozent steigern soll. 

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So funktionieren Nachbrenner

Bei einem Turbinenstrahltriebwerk, wie es bei modernen Kampfjets zum Einsatz kommt, wird die verdichtete Luft in der Brennkammer gemeinsam mit dem Kraftstoff verbrannt. Das Gas dehnt sich auf ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens aus und entweicht mit hoher Energie aus der Brennkammer der Turbine. Dadurch wird der Kampfjet in Bewegung gesetzt. 

Wenn ein Nachbrenner zum Einsatz kommt, wird der Treibstoff hinter der Turbine eingespritzt. Der Kraftstoff wird direkt im Strahlrohr verbrannt, das Brennstoff-Luftgemisch dehnt sich erneut massiv aus und verleiht der Maschine einen zusätzlichen Schub. Zu sehen sind die Flammen, die aus dem Strahlrohr kommen. 

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Neuartige Einspritzdüse

Das Einspritzen des Treibstoffs erfolgt dabei meist nach einfachen linearen Mustern. Die chinesischen Forscher haben dies geändert und spritzen den Kraftstoff im Strahlrohr nach einem Z-förmigen Muster ein. Eine spezielle Düse im Einspritzer sorgt dafür, dass der Treibstoff gleichmäßig verteilt wird. 

Dadurch wird der Sprit wesentlich feiner zerstäubt als bei bisherigen Lösungen. Das hat wiederum zur Folge, dass der Treibstoff effizienter verbrennen kann. Am Ende soll dadurch der Kraftstoffverbrauch maßgeblich reduziert werden können - bei gleichbleibender Schubkraft. In Labortests wurde eine Effizienzsteigerung von 99 Prozent erreicht, die durch weitere Arbeit an der Düse noch erhöht werden könne.

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Vibrationen können reduziert werden

Die Wissenschaftler wollen noch ein weiteres Afterburner-Problem mit der so genannten "Self-excited sweeping Nozzle" in den Griff bekommen. Nachbrenner sorgen nämlich für starke Vibrationen am Flugzeug.

Deswegen ist der Einsatz von Afterburnern zeitlich begrenzt, um die Stabilität der Konstruktion nicht zu gefährden. Diese Vibrationen sollen sich durch die Z-förmige Einspritzung des Treibstoffs wesentlich reduzieren lassen. Die chinesischen Forscher sprechen hier von 80 Prozent weniger Vibrationen, gegenüber einem normalen Nachbrenner.

Wann und ob die Innovation in Triebwerken von Kampfjets tatsächlich angewandt wird, ist unklar. Die Wissenschafter haben sich die Einspritzdüse patentieren lassen, die Einzelheiten ihrer Erfindung haben sie in der chinesischen Fachpublikation Acta Aeronautica et Astronautica Sinica veröffentlicht.

Für zivile Luftfahrt

Auch wenn die neue Einspritzdüse vorrangig für Kampfjets gedacht ist, könnte sie bei zivilen Flugzeugen genutzt werden. Etliche Start-ups und etablierte Unternehmen arbeiten an Überschall-Passagierflugzeugen. Auch die legendäre Concorde nutzte einen Nachbrenner.

Dieser wurde für das Abheben verwendet, um 20 Prozent mehr Schub zu erhalten. Pro Sekunde wurden mit dem Nachbrenner dabei 32,5 Liter Treibstoff verbraucht. Zwischen Start und dem Erreichen von 300 Metern Höhe wurde gut eine Tonne Treibstoff genutzt.