Triebwerke

Triebwerke

Für den nötigen Schub beim Start und für die nötige Vorwärtsbewegung im Reiseflug sorgen die Triebwerke. Triebwerke werden nicht selbst von den Flugzeugherstellern hergestellt. Im Wesentlichem werden die Triebwerke von den Firmen Rolls Royce, Pratt&Whitney und General Electric produziert.

An die Triebwerke werden hohe Anforderungen gestellt, was umfassende Tests nötig macht. Hierbei wird Beispielsweise das Verhalten bei Regen (es werden unverhältnismäßig hohe Wassermengen in das Triebwerk eingeleitet) und auch das Verhalten bei Vogelschlag (wenn ein oder mehrere Vögel in das Triebwerk geraten) getestet. Jedes Triebwerk hat eine feste Ummantelung, die gewährleistet, dass selbst bei einer Explosion des Triebwerkes das Flugzeug nicht beschädigt wird.

Triebwerkausfall
Ein Flugzeug ist auch bei einem Triebwerksausfall nur mit einem Triebwerk start- und flugfähig. Selbst bei einem kompletten Triebwerksausfall in Reisehöhe kann das Flugzeug noch rund 200 km gleiten und sicher landen, völlig ohne Antrieb.

Schubumkehr
Bei der Landung dient die Schubumkehr an den Triebwerken als zusätzliche Bremse. Allerdings handelt es sich nicht um eine Schubumkehr, sondern eine Schubumlenkung. Am hinteren Ende des Triebwerkes werden Klappen in den Triebwerksstrahl eingelenkt, welche den Schub nach vorne umleiten.

Wirkungsweise eines Triebwerkes

Ein Flugzeug benötigt einen Motor, der als Antrieb dient (Ausnahme Segelflugzeug). Diesen Motor nennen wir in der Luftfahrt Triebwerk. Der eigentliche Sinn dieses Motors (Triebwerk) ist es, eine Luftblase mit Überdruck hinter dem Flugzeug zu erzeugen, die sich entspannen möchte (sich ausdehnen), dies auch tut und das Flugzeug damit anschiebt. Dieses Prinzip lässt sich mit einem aufgeblasenen Luftballon sehr gut darstellen.

Im Inneren dieses Luftballons ist die Luftblase zusammengepresst. (Gas lässt sich zusammenpressen, Flüssigkeiten nicht). Diese zusammengepresste Luftblase will sich ausdehnen, der Ballon möchte sich zusammenziehen. Lässt man den geöffneten Luftballon los, so entweicht die Luft in eine Richtung. Es entsteht ein Rückstoß in die entgegengesetzte Richtung (also nach vorne) und der Ballon fliegt weg. Nach diesem Prinzip funktionieren Raketen sowohl in der Atmosphäre wie auch im Weltall, sowie alle Flugzeuge mit Düsen- und Propellertriebwerken. Der Unterschied vom Raketentriebwerk zum Flugzeugtriebwerk ist, dass das Flugzeugtriebwerk Luft benötigt und das Raketentriebwerk nicht, da der Luftsauerstoff Bestandteil des Raketentreibstoffs ist.

Beim Flugzeugtriebwerk wird die zusammengepresste Luftblase durch einen Trick erzeugt. Im vorderen Bereich des Triebwerks wird Luft angesaugt. In dahinterliegenden Verdichtern beschleunigt, verdichtet und in die Brennkammer gepresst. Nun wird die Luft mit Kraftstoff vermischt und verbrannt. Dabei entsteht eine sehr hohe Temperatur und das Gas möchte sich sehr stark ausdehnen. Dies ist ein Naturgesetz. Die nun entstandene zusammengepresste und erhitzte Gasblase erzeugt einen sehr großen Luftdruck = hoher Gasdruck = Schub. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Abgasturbine, da das entstandene Abgas, welches aus der Brennkammer ausströmt, eine Turbine antreibt, bevor es über die Düse nach hinten abströmt. Diese Turbine wird benötigt, da die Verdichter einen Antrieb benötigen.

Der Wirkungsgrad (= Effektivität) ist umso höher, umso kälter, also dichter die Luft ist, die einströmt, umso mehr Luft verdichtet wird und umso höher die Verbrennungstemperatur ist.  Da Flugzeugtriebwerke mit sehr viel Luft arbeiten und die Anzahl der Teile gering ist sowie das Triebwerk sehr leicht gebaut werden kann, hat ein Turboluftstrahl- oder auch ein Turbofantriebwerk einen erheblich besseren Wirkungsgrad mit einem viel niedrigeren Spritverbrauch und einem viel höheren Leistungsspektrum, als herkömmliche Verbrennungsmotoren wie sie z.B. vom Auto her bekannt sind. Daher hat sich diese Technik in der Luftfahrt fast überall durchgesetzt.

Heutige moderne Turbofantriebwerke verfügen über zwei oder drei Verdichter, die hintereinander platziert die Luft beschleunigen und komprimieren. Diese werden von zwei oder drei hintereinander liegenden Turbinen, die sich hinter der Brennkammer befinden, angetrieben. Eine Turbofantriebwerk hat vorne einen gekapselten Fan (=eine Art Propeller), auch Gebläse genannt. Mit diesem Fan wird der Hauptschub besonders in der Startphase erzeugt. Der Hauptanteil dieses durch den Fan erzeugten Luftdrucks strömt durch einen Seitenkanal (=Bypass) am Triebwerk vorbei. Dadurch wird das Triebwerk besonders leise und effizient. Daher verfügen moderne, große Verkehrsflugzeuge über große Triebwerksgondeln, in denen das Triebwerk innerhalb eines Bypasskanals eingebettet ist.

Eine leicht abgewandelte Variante ist das Turboproptriebwerk. Es funktioniert ähnlich wie ein Turbofantriebwerk. Der Unterschied ist, dass die zweite Turbine als Antrieb (über ein Planetengetriebe) eines Propellers dient. Diese Technik ist sehr leise und sparsam, aber etwas langsamer als ein Turbofantriebwerk. Durch die jüngsten Treibstoffkostensteigerungen kommt der Turboprop, obwohl er etwas langsamer ist, wieder stark in Mode.

Ein Turboluftstrahltriebwerk entspricht dem klassischen Düsentriebwerk und wird nur noch in militärischen Flugzeugen verwendet. Es ist besonders leicht, hat eine schmale Silhouette und ist einfach aufgebaut. Jedoch hat es einen sehr hohen Spritverbrauch und ist extrem laut. Es ist bei Verwendung eines Nachbrenners für den Betrieb im Überschall geeignet. Das einzige Passagierflugzeug, welches Turboluftstrahltriebwerke mit Nachbrenner verwendet hat, ist die Concorde. Diese war unbeschreiblich laut, hatte einen unverschämt hohen Spritverbrauch und flog im Linienflug (von Paris/London nach New York) zweifache Schallgeschwindigkeit in ca. 14.000 bis 18.000 Meter Höhe. Nach dem ca. 4 – 5 stündigen Flug war dieses Flugzeug nahezu leer und genoss deshalb im Landeanflug in New York stets höchste Priorität.

Ein Nachbrenner ist ein einfaches Rohr, das hinter dem militärischen Triebwerk als Verlängerung dient. Es befinden sich keine beweglichen Teile im Inneren. In dieses Rohr wird lediglich Sprit eingeblasen. Aufgrund der hohen Abgastemperatur entzündet sich der Treibstoff von selbst und erzeugt einen zusätzlichen erheblichen Schub, der durch einen sehr hohen Treibstoffverbrauch erkauft wird.

Kann ein Flugzeug mit einem Triebwerk fliegen?

Triebswerksausfälle waren früher nicht ungewöhnlich: In den 1950/60er Jahren wurde das bekannteste viermotorige Flugzeug, die „Super Conny“ L1049 von Lockheed, von Piloten gerne auch als das „bestes dreimotoriges Flugzeug“ bezeichnet, denn auf beinahe jedem Flug fiel einer der Motoren aus. Inzwischen haben sich aber die Zeiten geändert und der Ausfall eines Triebwerks ist ein äußerst seltener Vorfall. Statistisch gesehen fällt ein modernes Flugzeugtriebwerk innerhalb von 30 Jahren weniger als einmal aus. Diese hohe Zuverlässigkeit hat in der Fliegerei für einen historischen Umbruch gesorgt. Während früher auf Langstrecken ausschließlich Maschinen mit mehr als drei Triebwerken flogen, werden heutzutage auch bei langen Flugstrecken Flugzeuge mit nur zwei Triebwerken eingesetzt. Beim Einsatz über Wasser müssen diese allerdings den sogenannten Extended-Range Twin-Engine Operational Performance Standards (ETOPS) entsprechen. Das bedeutet, dass man nach der 180-Minuten-Regel bis zu 3 Stunden mit nur einem Triebwerk weiterfliegen kann. Einige amerikanische Airlines fliegen sogar 240 Minuten, um alle Ecken im Pazifik zu erreichen.

Wenn heutzutage während des Fluges ein Triebwerk ausfällt, dann wird dies von den Passagieren oftmals gar nicht bemerkt. Das einzige Problem, das bei einem Triebwerksausfall auftritt, ist der Schubverlust, der aber durch das/die verbleibende/n Triebwerk(e) kompensiert werden kann.

Auch beim Start kann ein Triebwerksausfall auftreten. Obwohl auch dieser Fall fast nie auftritt, ist er von jedem Piloten gut trainiert, und sogenannte „Engine Failure“-Szenarien müssen im Simulator regelmäßig abgearbeitet werden. Für Piloten ist die Vorgehensweise bei einem Triebwerksausfall beim Start daher keine Schwierigkeit: Mit dem Seitenruder wird der Schubverlust des Triebwerks kompensiert, um die Flugrichtung zu halten, und die Leistungsreserven des verbleibenden Treibwerks werden durch Schieben der Leistungshebel nach vorn bis zum Anschlag aktiviert. Es werden bestimmte Sicherheitsanweisungen und Checklisten abgearbeitet und anschließend sofort wieder gelandet, auch wenn das maximale Landegewicht weit überschritten ist. Das Fahrwerk und die Flugzeugstruktur sind dafür ausgelegt.

Sind Flugzeugtriebwerke bei der Landung laut?

Dies ist ein subjektives Empfinden. Im finalen Landeanflug – das sind die letzten 10 km – sind die Landeklappen und das Fahrwerk ausgefahren. Aufgrund des konstanten Sinkfluges laufen die Triebwerke knapp über der Leerlaufdrehzahl – sind also entsprechend leise.

Sobald das Flugzeug auf der Landebahn aufgesetzt hat, wird mit den Hauptfahrwerksbremsen die Geschwindigkeit reduziert und gleichzeitig aktivieren die Piloten im Cockpit die Schubumkehr, die den Bremsvorgang unterstützt, indem sie einen Teil der Triebwerksleistung nach vorne seitlich umleitet und mitbremst.

Bis vor einigen Jahren wurde dabei die Triebwerksleistung stark erhöht. Die umgeleitete Luft und die hohe Drehzahl sorgten für sehr viel Lärm. Heutzutage wird die Drehzahl der Triebwerke nicht über Leerlauf angehoben. Dadurch ist der Lärm um ein Vielfaches reduziert.

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