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Power Gear Box (PGB) advanced planet bearings development

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Langlebigere Flugzeuglegierungen für Clean Sky

Die Teilehersteller müssen Kosten und Gewicht reduzieren, ohne Kompromisse in Sachen Flugtriebwerksleistung und Sicherheit einzugehen, was eine schwierige Gratwanderung ist. Eine einfache Lösung mit positiver Langzeitwirkung könnte der Einsatz von verbesserten und langlebigen Materialien sein.

Industrielle Technologien

Die im Rahmen des Europäischen Programms Clean Sky durchgeführte Forschung hat ergeben, dass Kurz- bis Mittelstreckenflugzeuge mit Triebwerken mit gegenläufigen offenen Rotoren technisch realisierbar sind. Entwurfsstudien haben Triebwerke mit offenen Rotoren als die besten Kandidaten für niedrigen Treibstoffverbrauch und geringe Schadstoffemissionen aufgezeigt. Die nächste Hürde besteht nun darin, neue Technologien zu entwickeln und die technische Reife des offenen Rotors als ein möglicher Nachfolger des Mantelstromtriebwerks voranzubringen. Die am EU-finanzierten Projekt ABAG (Power gear box (PGB) advanced planet bearings development) arbeitenden Forscher schlugen einen wegbereitenden Entwurf für das Planetengetriebe vor. In den offenen Rotor ist ein Planetengetriebesystem eingebaut, um die Turbinenausgangswelle und die Fanrotoren zu verbinden und damit zu ermöglichen, dass Turbine und Fanrotoren bei optimaler Geschwindigkeit laufen. Das offene Rotorgetriebe muss leicht und überaus zuverlässig sein. Bislang verließ man sich bei den Triebwerken und deren Hauptkomponenten wie etwa den Getrieben auf traditionelle Wälzlager aus Stahl. Das ABAG-Projektteam erkundete neue Materialien, um die Oberfläche und die oberflächennahe Robustheit an Kontaktflächen der Lagersysteme unter extremen Triebwerksbetriebsbedingungen zu verbessern. Im Einzelnen wurden zwei verschiedene Materialien für eine umfassende Testkampagne ausgewählt: Ferrium C61, ein neuer hochfester Stahl, und M50NiL-DH. Diese topmodernen Materialien für Luft- und Raumfahrtlager wurden unter Einsatz von Gasaufkohlung, Vakuumhärten, Plasma- und Gasnitrieren behandelt. Ihre letztlich vorliegenden Eigenschaften wurden analysiert. Unter niedrigen Lambdabedingungen, ähnlich denen, wie sie bei laufendem offenen Rotor auftreten, wurden Dauertests durchgeführt. Als nächstes wurde nur für M50Nil-DH die Spall-Ausbreitung getestet, da die bei der Dauererprobung von Ferrium C61 erzielten Resultate nicht zufriedenstellend waren. Durch Optimierung der Parameter der Oberflächentechnologieprozesse verbesserte die ABAG-Testkampagne maßgeblich die Materialeigenschaften. Während einige Technologien während der Entwicklungsphase des Triebwerks mit offenen Rotoren bewertet werden können, ist das wahre Potenzial der Schlüsseltechnologien bereits erwiesen.

Schlüsselbegriffe

Flugtriebwerk, Luftfahrzeugmotor, Flugzeugtriebwerk, Clean Sky-Programm, Triebwerk mit gegenläufigen offenen Rotoren, Planetengetriebe, Lager, M50NiL-DH

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