Triebwerkstechnologien: Wer gewinnt das Rennen?
Auch die in der Luftfahrt müssen die eingesetzten Systeme umweltschonender werden. Schwierig, wenn die Zahl an weltweiten Flügen jährlich steigt und doch insgesamt weniger Schadstoffe ausgestoßen werden sollen. Keine Frage: Hier sind in erster Linie die Entwickler der Triebwerkshersteller gefordert, aber auch die Flugzeughersteller müssen konstruktiv mitspielen:
„Wer in der Triebwerksfrage daneben greift, verliert viel Geld”, warnte schon Scott E. Carson, als er noch unumstrittener Chef der zivilen Sparte bei Boeing war.
Auf europäischer Ebene brachte sich die Luftfahrtindustrie schon vor zehn Jahren mit einer Art freiwilligen Selbstverpflichtung in Zugzwang: Gemeinsam mit Forschungspartnern aus Wissenschaft und Politik hat sich die gesamte Branche auf ehrgeizige Ziele zur Verringerung der für das Klima schädlichen Auswirkungen des Luftverkehrs verständigt. Mit ACARE wurden konkrete Reduktionsziele festgelegt.
Bis zum Jahr 2020 sollen der Treibstoffverbrauch und CO2-Emissionen um jeweils 50 Prozent reduziert, die Stickoxidemissionen um 80 Prozent verringert und die Lärmbelastung bei An- und Abflug um die Hälfte vermindert werden. Die gesteckten Ziele sind so hoch, dass nur das Gesamtsystem ‚Luftfahrt‘ diese Einsparungen leisten kann. Denn allein bei der Reduzierung des Treibstoffverbrauchs um 50 Prozent sieht nach Ansicht von Experten die Matrix so aus:
Wesentliche Verbesserungen der Aerodynamik, der Einsatz gewichtseinsparender Materialien wie CFK oder neue Aluminium-Legierungen, innovative Konzepte für die Bordstromversorgung und ein fundamental anderes ‚Air traffic management‘ könnten zusammen etwa 25 Prozent Einsparung bringen.
Die andere Hälfte müssten die Triebwerkhersteller durch den Einsatz neuer Technologien leisten. Kein Wunder also, dass die drei Großen der Branche kräftig an den Stellschrauben drehen. Pratt & Whitney macht das mit MTU Aero Engines, Safran und General Electric haben sich im Konsortium CFM zusammengetan und Rolls Royce suchte sich ebenfalls starke Partner. Die Triebwerkhersteller kämpfen dabei nicht nur mit zu verbessernden Wirkungsgraden und effizienzsteigernden Technologien, sondern vor allem auch gegen die Zeit. Fünf bis sechs Jahre dauert die Entwicklung eines neuen Triebwerks. Dann vergehen noch einmal Jahre, bis das Triebwerk flugtauglich zugelassen ist und tatsächlich mit einem Muster abhebt. Und erst ab 1.000 bis 1.200 verkauften Triebwerken lohnen sich die extrem hohen Entwicklungskosten.
Pratt & Whitney und MTU Aero Engines haben es mit ihren neuen und sparsameren Turbofan-Triebwerken bereits in die Serie geschafft. Als erstes Triebwerk dieser Familie wird das Pure-Power™ PW1000G mit einem neuen Muster bei Bombardier fliegen. Es weist ein fortschrittliches Untersetzungsgetriebe auf, das Fan und Niederdruckturbine voneinander entkoppelt, so dass die beiden Komponenten mit ihren jeweils optimalen Drehzahlen laufen. Republic Airways hat bei Bombardier 40 C-Series-Flugzeuge fest und weitere 40 optional bestellt. Die zweistrahligen Maschinen werden exklusiv mit dem neuen Triebwerk von Pratt & Whitney ausgestattet.
Der gesamte Auftrag umfasst mehr als 160 Triebwerke und könnte dem daran beteiligten deutschen Triebwerkshersteller MTU nach Listenpreis einen Umsatz in Höhe von über 200 Millionen Euro bringen. 
Auch die Lufthansa hat das neue Muster bei Bombardier bereits geordert. Das PW1000G wurde auch von Mitsubishi Aircraft Corporation als Exklusivantrieb für den Mitsubishi Regional Jet (MRJ) ausgewählt. Beide Flugzeugtypen sollen 2013 in Dienst gestellt werden. „Der Markt hat erneut die außerordentlichen Vorzüge dieses innovativen Antriebskonzeptes honoriert”, sagt dazu MTU-Chef Egon Behle. MTU und die Amerikaner sind also mit ihrem neuen Triebwerkskonzept am weitesten. „Unser Motor verbraucht 15 Prozent weniger Kerosin, ab 2010 könnten wir das Triebwerk auch für Kurzstreckenjets anbieten”, sagt David Hess, Chef von Pratt & Whitney.
Auch die französische Safran, Joint-Venture Partner von General Electric, entwickelt mit Hochdruck neue Lösungen. „Zum einen arbeiten wir an einem neuen Motor, bei dem die Materialwahl die Revolution darstellt, die Bauweise dagegen klassisch ist”, erklärt Marc Ventre, Safran-Vorstand für Flugmotoren. Dieses Projekt heißt ‚Leap X‘ und sieht den Einsatz neuartiger Komposit-Werkstoffe etwa für die Düsenschaufeln vor. Das spart Gewicht und damit Treibstoff. „Bis zu 16 Prozent”, sagt Ventre. „Wir wollen das Leap-X-Triebwerk bis zum Jahr 2016 für den Flugverkehr zertifizieren lassen.“ Erster Kunde werden dann die Chinesen mit ihrem Flugzeugprogramm C919 sein. Damit wollen sie gegen den A320 von Airbus und die Boeing 737 antreten.
Der Auftrag hat ein Volumen von zehn Milliarden US Dollar. Zum anderen arbeitet CFM an einer revolutionären Bauweise mit klassischen Materialien. Dieses zweite Projekt ist ein Open-Rotor-Triebwerk. „Wir erwarten eine Sprit-Ersparnis von bis zu 30 Prozent, dabei muss das Triebwerk nicht lauter sein als eine herkömmliche Düse”, verspricht der Safran-Manager. Die Franzosen hoffen, ab dem Jahr 2020 mit dem offenen Propeller auf dem Markt zu sein. Allerdings stehen viele in der Industrie dem Open Rotor noch skeptisch gegenüber: Die großen Propeller müssen womöglich am Heck oder sogar am Leitwerk angebracht werden – sie passen bei herkömmlicher Bauart nicht unter den Flügel. Dies wiederum würde die Flugzeugbauer zu aufwändigen neuen Konstruktionen zwingen, die sie bisher aber eher scheuen. Doch gerade im Kurz- und Mittelstreckenverkehr könnten Triebwerke mit einem Open Rotor wegen ihrer sehr hohen Vortriebswirkungsgrade CO2-Reduktionen von 25 Prozent und mehr bewirken.
Die Realisierung dieses Potentials verlangt aber noch erhebliche technologische Anstrengungen. Doch auch Rolls-Royce setzt wie GE langfristig darauf und stellt sich diesen Herausforderungen mit der Initiierung eines eigenen Triebwerk-Technologieprogramms. Das heißt OPERO und ist in das JTI Clean Sky Programm der europäischen Union eingebettet. Es soll die wesentlichen technischen Herausforderungen bewältigen und zentrale Technologien und Entwurfsbeiträge für die Integration und Flugzeuginstallation des offenen Rotorantriebs bereitstellen. Das Projekt gliedert sich in die Teilarbeitspakete Projektmanagement, Installationsaerodynamik und Lärmemission sowie den Wärmehaushalt des Triebwerks. Unterstützt wird das Vorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi).
Als Projektträger fungiert dabei das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.. Aber das reicht noch nicht, um schnell auf den Markt zu kommen: Deshalb hat Rolls Royce nun auch Boeing, RUAG Aerospace und Deharde Maschinenbau in ein gemeinschaftliches Forschungsabkommen eingebunden. Auch hier sollen die Einsatzmöglichkeiten der treibstoffeffizienten Open Rotor Antriebstechnologie für künftige Verkehrsflugzeuge erkundet werden. Jeder der beteiligten Partner wird dazu eigene Technologien und Verfahren einbringen. Tests mit dem Modell eines neuartigen Konzeptflugzeugs und diesen Triebwerken sind jetzt im schweizerischen RUAG Niedergeschwindigkeits-Windkanal im Emmen geplant. Dabei kommt neue Messtechnik zum Einsatz. „Die Open Rotor-Antriebstechnologie hat das Potential, den spezifischen Treibstoffverbrauch deutlich unter den Verbrauch von heutigen Turbofan-Triebwerken zu senken“, sagt Michael Friend, Boeing Director of Technology in Deutschland.
Aber: „Boeing hat keine Entscheidung bezüglich der Art des Antriebssystems oder des Antriebszulieferers für mögliche zukünftige Verkehrsflugzeuge getroffen – diese Untersuchung wird uns dabei helfen, das Zusammenspiel zwischen einem Open Rotor-Antrieb und einem Flugzeugzellenkonzept besser zu verstehen.“ Gerade dieser Aspekt bringt jetzt zusätzliche Dynamik ins Spiel. Denn Airbus und Boeing werden seitens der Fluggesellschaften bedrängt, endlich einen Nachfolger für die Bestseller A320 und die 737 zu entwickeln. Beide Hersteller verwiesen bislang immer auf die Triebwerkbauer, da man erst abwarten wolle, wie die künftigen Antriebe dimensioniert sind. Aber die Zeit drängt, weshalb Airbus in 2009 mit einer eigenen Flugerprobung des PW1000G an einem A340-600 Testbed die Getriebefan-Technologie geprüft und 75 Stunden Flugerfahrung damit gesammelt hat.
Entschieden ist da noch nichts. „Wir würden diese Frage gerne bis zur Farnborough Airshow klären”, sagte Airbus COO John Leahy auf der Singapur Airshow. Die ersten A320 mit neuen Triebwerken könnten dann im zweiten Halbjahr 2015 ausgeliefert werden, deutete Leahy an. Das ist dringend nötig. Denn nur mit dieser Modernisierung stellt Airbus sicher, dass „sich unser Brot und Butter-Programm auch weiterhin gut verkauft”, sagte Vorstandschef Tom Enders bei der Jahrespressekonferenz des Konzerns in Sevilla. Ein Nachfolger der aktuellen A320 wird hingegen erst für das Jahr 2024 erwartet. Ende Januar stellte auch Wettbewerber Boeing eine Triebwerksmodifikation bei der 737 in Aussicht. „Wir könnten hier, soweit es der Markt erfordert, sehr schnell reagieren”, sagte Vorstandschef Jim McNerney. Doch heute wollen sich weder Boeing noch Airbus festlegen. „Wer in der Triebwerksfrage daneben greift, verliert viel Geld”, warnte schon Scott E. Carson, als er noch unumstrittener Chef der zivilen Sparte bei Boeing war. Aber entschieden werden muss die Frage. Und zwar demnächst. Denn für die Erreichung der ACARE-Ziele bleiben der Branche nur noch zehn Jahre.
Robert Wouters
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