Nach 107 Laufstunden, 500 Testzyklen und 30 Starts auf dem Entwicklungsprüfstand der MTU Aero Engines steht fest: Der Clean-Sky-Triebwerks-demonstrator SAGE 4 hat die erforderlichen Nachweise geliefert. Das Ergebnis versetzt die MTU-Experten in Hochstimmung: „Wir haben zahlreiche neue Technologien getestet. Viele haben ihre Technologiereife unter Beweis gestellt. Einzelne Elemente sind bereits ready to fly“, resümiert Dr. Jörg Henne, Leiter Entwicklung und Technologie bei der MTU. Das anspruchsvolle Testprogramm hat die MTU selbst entwickelt und durchgeführt.
SAGE 4 steht für Sustainable And Green Engines und bezeichnet einen von fünf Clean-Sky-Triebwerksdemonstratoren. Clean Sky ist mit über 600 Forschungspartnern das größte je von der EU geförderte Luftfahrtforschungsprogramm. „SAGE 4 basiert auf dem von Pratt & Whitney zugelassenen Getriebefan-Triebwerk PW1500G und wurde von uns mit zukunftsweisenden Verdichter- und Turbinentechnologien ausgestattet“, erläutert Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung bei der MTU in München. „Diese Innovationen haben wir gemeinsam mit europäischen Partnern entwickelt.“
„Das Testprogramm war mit Stress-, Vibrations- und Anstreiftests sowie Dauerlaufversuchen sehr anspruchsvoll“, erklärt Dr. Joachim Wulf, Chief Engineer Technologie-Demonstratoren. Mechanisch und auch thermisch wurde der Triebwerksdemonstrator zum Teil weit über die üblichen Betriebsgrenzen hinaus belastet. Das Ziel: „Wir wollten die Technologiereife neuer gewichtssparender Bauweisen und Materialien unter weiter gesteigerten mechanischen und thermischen Belastungen erbringen sowie den mechanischen Nachweis fortschrittlicher aero-dynamischer Designs der Beschaufelung antreten“, so Wulf. Auch neue Simulationsmethoden und Messverfahren haben eine Rolle gespielt. Das Vorhaben ist gelungen. Weber: „Die Tests zeigen, dass wir mit den neuen Technologien einen wichtigen Schritt zur Weiterentwicklung der Getriebefan-Technologie geschafft haben.“ Die neuen Materialien, Bauweisen und Designs sollen unmittelbar in die nächste Generation von Getriebefan-Triebwerken einfließen und sie noch ökoeffizienter machen. Henne: „Wir sprechen hier von Antrieben, die bereits im Laufe des kommenden Jahrzehnts fliegen könnten.“
Die MTU konzentriert sich im Rahmen ihrer Clean-Sky-Forschungsaktivitäten auf die Entwicklung neuer Technologien für ihre beiden Paradekomponenten Hochdruckverdichter und Niederdruckturbine. Unter anderem wurden im Bereich der Niederdruckturbine ein neues Luftsystem für das Gehäuse sowie ein neues Dämpfungssystem für die erste Laufschaufelstufe entwickelt und erprobt. Wulf: „Erstmals haben wir in der schnelllaufenden Niederdruckturbine Bürstendichtungen eingesetzt.“ Die Dichtungen haben überzeugt und auch in der thermisch und mechanisch hochbelasteten Umgebung bestanden - Leckagen wurden damit deutlich vermindert. Erstmals zum Einsatz kamen auch hitzeresistente, leichte keramische Verbundwerkstoffe als Isoliersegmente. Im Hochdruckverdichter hat unter anderem ein additiv hergestellter Dichtungsträger seine Güte unter Beweis gestellt. Er könnte schon bald bei der MTU per selektivem Laserschmelzverfahren in Serie gefertigt werden. Auch ein neuer, aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff hergestellter, äußerst hitzebeständiger Dichtungsring mit Teflon-Dichtmaterial wurde erfolgreich erprobt.
Aufgebaut wurde SAGE 4 im vergangenen Jahr. Nachdem bei der MTU in München das sogenannte „Supermodul“ montiert wurde – bestehend aus Niederdruckturbine made by MTU, Turbinenaustrittsgehäuse des britisch-schwedischen Unternehmens GKN Aerospace sowie Welle und Lagerkammer von Pratt & Whitney –, wurde es in ein PurePower® PW1500G integriert. Gegen Jahresende kam der Triebwerksdemo auf den Münchner Prüfstand und wurde mehrere Wochen lang erfolgreich auf Herz und Nieren getestet. Nach Ende der Prüfläufe wurde der SAGE-4-Demonstrator auseinandergebaut und jedes einzelne Modul und Bauteil sorgfältig ausgewertet. Die Ergebnisse haben mehr als überzeugt.
SAGE 4 steht für Sustainable And Green Engines und bezeichnet einen von fünf Clean-Sky-Triebwerksdemonstratoren. Clean Sky ist mit über 600 Forschungspartnern das größte je von der EU geförderte Luftfahrtforschungsprogramm. „SAGE 4 basiert auf dem von Pratt & Whitney zugelassenen Getriebefan-Triebwerk PW1500G und wurde von uns mit zukunftsweisenden Verdichter- und Turbinentechnologien ausgestattet“, erläutert Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung bei der MTU in München. „Diese Innovationen haben wir gemeinsam mit europäischen Partnern entwickelt.“
„Das Testprogramm war mit Stress-, Vibrations- und Anstreiftests sowie Dauerlaufversuchen sehr anspruchsvoll“, erklärt Dr. Joachim Wulf, Chief Engineer Technologie-Demonstratoren. Mechanisch und auch thermisch wurde der Triebwerksdemonstrator zum Teil weit über die üblichen Betriebsgrenzen hinaus belastet. Das Ziel: „Wir wollten die Technologiereife neuer gewichtssparender Bauweisen und Materialien unter weiter gesteigerten mechanischen und thermischen Belastungen erbringen sowie den mechanischen Nachweis fortschrittlicher aero-dynamischer Designs der Beschaufelung antreten“, so Wulf. Auch neue Simulationsmethoden und Messverfahren haben eine Rolle gespielt. Das Vorhaben ist gelungen. Weber: „Die Tests zeigen, dass wir mit den neuen Technologien einen wichtigen Schritt zur Weiterentwicklung der Getriebefan-Technologie geschafft haben.“ Die neuen Materialien, Bauweisen und Designs sollen unmittelbar in die nächste Generation von Getriebefan-Triebwerken einfließen und sie noch ökoeffizienter machen. Henne: „Wir sprechen hier von Antrieben, die bereits im Laufe des kommenden Jahrzehnts fliegen könnten.“
Die MTU konzentriert sich im Rahmen ihrer Clean-Sky-Forschungsaktivitäten auf die Entwicklung neuer Technologien für ihre beiden Paradekomponenten Hochdruckverdichter und Niederdruckturbine. Unter anderem wurden im Bereich der Niederdruckturbine ein neues Luftsystem für das Gehäuse sowie ein neues Dämpfungssystem für die erste Laufschaufelstufe entwickelt und erprobt. Wulf: „Erstmals haben wir in der schnelllaufenden Niederdruckturbine Bürstendichtungen eingesetzt.“ Die Dichtungen haben überzeugt und auch in der thermisch und mechanisch hochbelasteten Umgebung bestanden - Leckagen wurden damit deutlich vermindert. Erstmals zum Einsatz kamen auch hitzeresistente, leichte keramische Verbundwerkstoffe als Isoliersegmente. Im Hochdruckverdichter hat unter anderem ein additiv hergestellter Dichtungsträger seine Güte unter Beweis gestellt. Er könnte schon bald bei der MTU per selektivem Laserschmelzverfahren in Serie gefertigt werden. Auch ein neuer, aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff hergestellter, äußerst hitzebeständiger Dichtungsring mit Teflon-Dichtmaterial wurde erfolgreich erprobt.
Aufgebaut wurde SAGE 4 im vergangenen Jahr. Nachdem bei der MTU in München das sogenannte „Supermodul“ montiert wurde – bestehend aus Niederdruckturbine made by MTU, Turbinenaustrittsgehäuse des britisch-schwedischen Unternehmens GKN Aerospace sowie Welle und Lagerkammer von Pratt & Whitney –, wurde es in ein PurePower® PW1500G integriert. Gegen Jahresende kam der Triebwerksdemo auf den Münchner Prüfstand und wurde mehrere Wochen lang erfolgreich auf Herz und Nieren getestet. Nach Ende der Prüfläufe wurde der SAGE-4-Demonstrator auseinandergebaut und jedes einzelne Modul und Bauteil sorgfältig ausgewertet. Die Ergebnisse haben mehr als überzeugt.
