Neue Triebwerke: stark, leise und sauber

Mit neuen Triebwerken sollen Flugzeuge leiser fliegen. Bild: DLR
Mit neuen Triebwerken sollen Flugzeuge leiser fliegen. Bild: DLR

hidden image object

Seit vor rund 100 Jahren das erste motorisierte Flugzeug abhob, hat sich die Antriebstechnik enorm weiterentwickelt. Während die Motoren anfangs gerade mal 12 PS hatten, leisten moderne Triebwerke heute Tausende PS. Dadurch sind überhaupt erst die hohen Geschwindigkeiten möglich, mit denen uns Flugzeuge schnell über Länder und sogar Kontinente hinweg befördern. Doch die Forschung geht weiter. Und bei künftigen Triebwerken spielt nicht nur die Leistung eine große Rolle: Sie sollen auch deutlich weniger Treibstoff verbrauchen, weniger Schadstoffe ausstoßen und leiser sein als heutige Triebwerke

Das Funktionsprinzip eines modernen Turbostrahl-Triebwerks ist eigentlich recht einfach: Die Luft wird angesaugt und beschleunigt, mit Kerosin vermischt und entzündet. Der Schub entsteht sowohl durch die Verbrennung als auch durch die Beschleunigung der Luft durch den sogenannten „Fan“ – das ist das große Gebläse, das man vorne am Triebwerk erkennen kann. Übrigens: Die durch diesen Fan beschleunigte Luft liefert den größten Teil des Schubs – und nicht die Verbrennung, wie man vielleicht vermuten würde.

Hier seht ihr die Funktionsweise eines Flugzeug-Triebwerks. Grafik: DLR
Hier seht ihr die Funktionsweise eines Flugzeug-Triebwerks. Grafik: DLR

Doch kann die heutige Technik noch weiter verbessert werden? Die Ingenieure des DLR arbeiten daran. Und zwar auf ganz speziellen Prüfständen. Mit diesen Testanlagen können einzelne Bauteile, aber auch komplette Triebwerke in Originalgröße ganz realistisch erprobt werden. Das alles ist eine ziemliche Herausforderung: Die Kräfte, die dabei unter Kontrolle gehalten werden müssen, sind enorm. Und wenn man bedenkt, welche Geräusche ein Triebwerk macht, kann man sich ungefähr vorstellen, wie laut es bei diesen Tests wird. Kurz und gut: Das sind keine kleinen Laborversuche, sondern das ist das, was man Großforschung nennt. Zur Auswertung der Versuche nutzen die Forscher schließlich leistungsstarke Computer.

Langsamer Ventilator – weniger Lärm

Das Forschungsziel: wirksame und leise Triebwerke. Bild: DLR
Das Forschungsziel: wirksame und leise Triebwerke. Bild: DLR

Für die Anwohner der Flughäfen ist der Lärm, den die Triebwerke besonders beim Start erzeugen, sehr lästig. Mit unterschiedlichsten Methoden versucht man daher, die Motoren der Flieger leiser zu machen. Eines der Konzepte: Wenn sich der große Ventilator – eben der sogenannte Fan – langsamer dreht, würde sich der Lärm gewissermaßen automatisch verringern. Die Ingenieure haben außerdem herausgefunden, dass sich das Pfeifen und Rauschen des Ventilators noch weiter mindern lässt, wenn sie die Anzahl und die Form der einzelnen Schaufeln verändern. Genau ein solcher Fan, der all diese Überlegungen umsetzt, wird zurzeit getestet und vielleicht schon bald einsatzbereit sein.

Künstliche Treibstoffe?

Forschung an neuen Treibstoffen. Bild: DLR
Forschung an neuen Treibstoffen. Bild: DLR

Neben solchen Verbesserungen der Triebwerke selbst haben die Ingenieure auch den Treibstoff im Blick. Auf der Suche nach Alternativen zum Flugbenzin arbeitet man daher etwa an neuen, künstlichen Treibstoffen. Sie sind umweltfreundlicher als das heutige Kerosin. Denn zu ihrer Herstellung werden nur Erdgas, Sauerstoff und Wasserdampf benötigt. Nach den Versuchen im Labor wurde dieser flüssige Kohlenwasserstoff auch schon mit speziellen Flugzeugen erfolgreich getestet. Es gibt also bereits eine vielversprechende Möglichkeit, „normales“ Flugbenzin zu ersetzen – das uns bekanntlich früh oder später ausgehen wird und auch viele schädliche Abgase erzeugt.

Fliegen – ganz ohne Abgase

In diesem Airbus – dem DLR-Forschungsflugzeug „D-ATRA“ – wurde eine große Brennstoffzelle eingebaut, um diese Technik in Verkehrsflugzeugen zu erproben. Bild: DLR
In diesem Airbus – dem DLR-Forschungsflugzeug „D-ATRA“ – wurde eine große Brennstoffzelle eingebaut, um diese Technik in Verkehrsflugzeugen zu erproben. Bild: DLR

Doch die Ingenieure arbeiten auch an ganz anderen, völlig neuen Antriebssystemen. Eine der Möglichkeiten: die Brennstoffzellen-Technik. Dabei wird Wasserstoff verwendet, aus dem mit Hilfe von Sauerstoff elektrische Energie gewonnen werden kann. Während dieser Reaktion entsteht als Nebenprodukt lediglich Wasser. Keine Abgase, kein Ruß, kein Rauch! Dieser umweltfreundliche Vorgang wird von den Fachleuten als „kalte Verbrennung” bezeichnet.

In verschiedenen Projekten wird erforscht, wie sich diese Technik in der Luftfahrt nutzen lässt. So hob beispielsweise schon ein spezieller Motorsegler – genannt „Antares“ – als weltweit erstes Brennstoffzellen-Flugzeug in die Luft ab. Außerdem wurde das DLR-Forschungsflugzeug „D-ATRA” mit Brennstoffzellen ausgestattet. Die umweltfreundliche Energie wird in diesem Airbus aber nicht genutzt, um die Motoren anzutreiben. Es geht vielmehr darum, mit dem sauberen Strom die Energieversorgung an Bord von Verkehrsflugzeugen zu erproben. Wenn das System eines Tages perfekt funktioniert, könnten die Flugzeuge dadurch zumindest mit weniger Kerosin auskommen – bis eben ganz andere Antriebe einsatzbereit sind.

Antares ist das weltweit erste Flugzeug, das mit Brennstoffzellen angetrieben wird. Der Vorteil: Als „Abfallprodukt“ entsteht dabei nur Wasser. Bild: DLR
Antares ist das weltweit erste Flugzeug, das mit Brennstoffzellen angetrieben wird. Der Vorteil: Als „Abfallprodukt“ entsteht dabei nur Wasser. Bild: DLR