Strahltriebwerk

Da die Leistung von Kolbentriebwerken nach oben hin begrenzt ist, die Luftfahrtindustrie aber hohe Leistungsdaten von den Triebwerken verlangt, haben Strahltriebwerke die Luftschraube in der Transportluftfahrt weitestgehend abgelöst.

Das Strahltriebwerk arbeitet ähnlich wie ein Propellertriebwerk, indem es Luft ansaugt und mit hoher Geschwindigkeit entgegen der Flugrichtung abstrahlt, daraus resultiert eine Kraft nach vorne. Die häufigste Bauform unter den Strahltriebwerken ist der Turbofan, andere Bauformen sind der Turbojet oder der Ramjet. Die folgende Beschreibung bezieht sich jedoch auf die Bauform Turbofan.

Das Turbofantriebwerk besteht zunächst aus einem großen Fan, daher auch die Bezeichnung. Dieser Fan ist im Prinzip nichts anderes als eine Luftschraube mit eng aneinander liegenden Schaufelblättern. Dieser Fan saugt an der Vorderseite des Triebwerks gewaltige Mengen an Luft an. Von dieser Luft wandert nun ein großer Teil direkt wieder nach hinten aus dem Triebwerk hinaus, der Nebenstrom oder bypass. Ein Nebenstromverhältnis von 1:7 bedeutet, dass für jedes Kilo Luft, das durch das Kerntriebwerk strömt, 7 Kilo Luft im Nebenstrom fließen. Häufig wird das Nebenstromverhältnis oder bypass ratio als Leistungswert von Triebwerken angegeben, ähnlich der PS-Zahl eines Automotors. Seit Beginn der Entwicklung von Strahltriebwerken hat sich das Nebenstromverhältnis fast kontinuierlich gesteigert. Das JT8-D von Pratt & Whitney, das unter anderem an den frühen Versionen der Boeing 737 oder auch an der MD-80 von McDonnell Douglas fliegt, hat ein Nebenstromverhältnis von etwa 1:1,7. Das CF56, unter anderem an der 737 Classic und NG und an den Airbus A318-A321 montiert, hat ein Nebenstrom von etwa 1:6, je nach Version etwas unterschiedlich. Das Trent 1000 von Rolls-Royce, seit 2009 im Betrieb an der Boeing 787, erreicht den derzeitigen Spitzenwert von 1:11.

Der kleinere Teil der Luft geht also in das Kerntriebwerk hinein, und nimmt aktiv am Verbrennungsprozess teil. Dort wird er zunächst in einem Nieder- und einem Hochdruckverdichter auf hohen Druck und auf hohe Temperatur gebracht, und dann in einer Brennkammer mit Treibstoff versetzt. Die heißen Verbrennungsgase treiben dann eine Hochdruck- und eine Niederdruckturbine an. Diese sind mit ihrem jeweiligen Verdichter verbunden, und sorgen damit für das kontinuierliche laufen des Triebwerks. Die Niederdruckturbine treibt außerdem den Fan an, entweder direkt oder über ein Getriebe. Die heißen Abgase werden hinter der letzten Turbinenstufe mit dem kalten Mantelstrom gemischt und bilden dann den Abgasstrahl, der für den Schub sorgt. Der Verbrennungsprozess funktioniert also ähnlich wie beim Kolbenmotor, nämlich in den Schritten "ansaugen", "komprimieren", "zünden" und "ausstoßen". Beim Kolbenmotor finden allerdings alle Schritte getrennt nacheinander im gleichen Kolben statt, während im Strahltriebwerk jeder Prozessschritt in einer gesonderten Komponente stattfindet. Das führt allerdings dazu, dass die Temperaturbelastung vor allem in der Brennkammer und in der Hochdruckturbine extrem hoch ist, und die dort verbauten Komponenten regelmäßig ausgetauscht werden müssen.

Moderne Turbofantriebwerke haben einen hohen Wirkungsgrad und ein sehr gutes Gewichts-Leistungs-Verhältnis. Das derzeit größte zivile Triebwerk, das General Electric GE90, das zum Beispiel an der Boeing 777 fliegt, hat dabei extreme Ausmaße von 3,3 Metern Fandurchmesser und einen maximalen Schub von 570kN. Ein gravierender Unterscheid sollte jedem Piloten bewusst sein, der ein Turbofan-Triebwerk fliegt: Dadurch, dass für eine erhöhte Leistungsabgabe das komplette Triebwerk beschleunigt werden muss, reagiert das Triebwerk sehr viel langsamer auf Schubanforderung als es ein Kolbentriebwerk tut. Das heißt, dass ein Jet-Pilot wesentlich vorausschauender mit dem Gashebel umgehen muss, als sein Kollege auf dem Kolbentriebwerk. Diese Einschränkung gilt ganz besonders im Endanflug, wenn kleine Geschwindigkeitsschwankungen ausgeglichen werden müssen.