Der Fan

Das Flugzeugtriebwerk

Die einzelnen Komponenten und unsere fachspezifische Expertise

Der Fan ist das markanteste Merkmal eines jeden Triebwerks. Die bis zu 1,5 Meter langen Schaufeln saugen im Flugbetrieb große Luftmassen kontinuierlich an.

Faktisch ist der Fan die erste Stufe des Niederdruckverdichters und erzeugt einen totalen Druckanstieg von ca. 1,3 bis 1,5.  Um die Beschleunigung der Luftmasse möglichst gering zu halten und dadurch den Vortriebswirkungsgrad zu optimieren, soll der Druck nur minimal ansteigen. Es gilt: Viel Luftmasse geringfügig zu beschleunigen ist effizienter als wenig Luftmasse stark zu beschleunigen. Obwohl die verschiedenen Ansätze den gleichen Schub hervorrufen können, ist der Wirkungsgrad im ersten Fall deutlich höher.

Ein Großteil der angesaugten Luft wird hinter dem Fan als sogenannter Nebenstrom am eigentlichen Kerntriebwerk vorbeigeführt. Das Verhältnis aus Neben- zu Kernstrom wird als By-Pass-Verhältnis bezeichnet und hat einen signifikanten Einfluss auf den Vortriebs- bzw. äußeren Wirkungsgrad. Heute werden By-Pass-Verhältnisse von bis zu 12 (PW-1000G) erreicht. In Zukunft wird dieser Wert nur noch marginal steigen. Denn dem Anstieg des Nebenstromverhältnisses ist sowohl ein geometrisches Limit (GroundClearance unter dem Flügel; Widerstand), als auch ein aerodynamisches Limit gesetzt (Überschallverlust im Blattspitzenbereich des Fans).

Entwicklung des Nebenstromverhältnisses

Darüber hinaus gibt es den logischen Trade-Off zwischen höherem Nebenstromverhältnis und höherem Gewicht. Deshalb werden speziell im Fanbereich leichte Materialen bevorzugt. Da hier die thermischen und mechanischen Belastungen vergleichsweise gering sind, werden häufig hohle Titanlegierungen oder CFK-Materialien eingesetzt. CFK-Komponenten haben hierfür aus Festigkeitsgründen eine titanverstärkte Vorderkante.

In den letzten Jahrzehnten sind stetig komplexere Fan-Geometrien entwickelt worden. Noch vor dreißig Jahren hatten Turbinenschaufeln eine schlichte Form mit gradlinigem, kantigem Charakter. Moderne Triebwerke sind heute hingegen mit hochkomplexen, stark verwundenen Komponenten bestückt. Speziell die Pfeilung der Schaufel-Vorderkante weißt aerodynamisch und strukturmechanisch optimierte Geometrien auf.

Was bietet das Fraunhofer IPT?

Das Fraunhofer IPT weist eine besondere Expertise in der Verarbeitung neuartiger und komplexer Geometrien und Werkstoffe auf. Hierzu gehören im Fanbereich vorwiegend CFK-Strukturen.