Robuste Komposite für die Flugtriebwerke der Zukunft
Das Konzept des Triebwerks mit gegenläufigen offenen Rotoren (counter-rotating open rotor, CROR), des sogenannten Propfans, weist zwei Propeller auf, die sich in entgegengesetzten Richtungen um die gleiche Achse drehen. Der vorgelagerte Propeller verleiht dem durch den nachgeschalteten zurückgewonnen Luftstrom Energie, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. In Anbetracht der Nähe der beiden Rotoren und der hohen dynamischen Belastungen stellen die unregelmäßige Aerodynamik und die Materialermüdung technische Anforderungen dar, mit denen man sich beschäftigen muss. Das von der EU geförderte Projekt LIGHT-COWLS entwickelt Verfahren zur Herstellung von rotierenden Komponenten der Triebwerksgondel (Verkleidungen) aus leichten Kompositen mit der Zielrichtung der gegenläufigen offenen Rotoren. Sie wird man zur Fertigung konischer zylindrischer Komponenten von ungefähr 1,5 m Durchmesser einsetzen. In Bezug auf den Einsatz im SAGE2-Demonstrator der EU (Sustainable and Green Engine 2) konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Einhaltung der technischen Daten hinsichtlich Gewicht und Festigkeit sowie die Lösung des Problems des Hochtemperaturbetriebs. Schwerpunkt waren Harze mit hohen Glasübergangstemperaturen (Tg) und Verstärkungsfasern. Tg ist ein kritischer Aspekt für jedes Polymersystem. Unterhalb von Tg weist eine polymere Verbindung eine weitaus höhere Festigkeit und Steifigkeit sowie eine größere elektrische Isolierung, Formstabilität und chemische Beständigkeit auf. Tg wird für praktische Zwecke oftmals als Grenze der Betriebstemperatur betrachtet. Innerhalb des ersten Projektzeitraums haben die Wissenschaftler Kompositmaterialien ausgewählt und erprobt sowie einen vorläufigen Entwurf erstellt. Auf dieser Grundlage führten die Partner Versuche zur Minderung des Fertigungsrisikos durch, um mögliche Anforderungen an die Fertigung zu beurteilen und Maßnahmen zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit zu ergreifen. Im Folgenden ging das Projekt in die kritische Entwurfsphase über. Alle angefertigten Haubenteile wurden an das SAGE 2-Open Rotor-Demonstrationstriebwerk übergeben. Die LIGHT-COWLS-Forscher lieferten rotierende Verkleidungen, hergestellt aus leichten Kompositen mit hoher Glasübergangstemperatur, die im SAGE2-Demonstrator für das CROR-Triebwerk zum Einsatz kommen sollen. Eine erfolgreiche Kommerzialisierung wird große Auswirkungen auf den Treibstoffverbrauch und die Emissionen und somit globalen Einfluss auf den Klimawandel und die Kosten für das Reisen mit dem Flugzeug haben.
Schlüsselbegriffe
Verbundwerkstoffe, gegenläufiger offener Rotor, Verkleidungen, SAGE2, Glasübergangstemperaturen