Mehr Schub im Luftkampf, weniger Verbrauch im Reiseflug und zusätzliche Kühlleistung für immer leistungsfähigere Bordelektronik: Anforderungen, die sich bei klassischen Kampfflugzeugtriebwerken nur schwer gleichzeitig erfüllen lassen. Diesen Zielkonflikt lösen könnten adaptive Triebwerke. US Air Force und Triebwerkshersteller wie GE Aerospace und Pratt & Whitney arbeiten an Systemen, die diese Anforderungen miteinander verbinden sollen.
Bei einem Verkehrsflugzeug ist die Aufgabenstellung vergleichsweise eindeutig: Das Triebwerk soll über lange Strecken möglichst effizient arbeiten. Bei einem Kampfflugzeug sieht das anders aus. Im Reiseflug sind zwar auch hier Reichweite und niedriger Kraftstoffverbrauch gefragt. Je nach Mission und Situation können jedoch innerhalb kurzer Zeit hoher Schub, starke Beschleunigung und hohe Geschwindigkeiten entscheidend werden.
Die Lösung: Adaptive Triebwerke, die ihre interne Luftführung verändern und ihre Arbeitsweise damit stärker an die jeweilige Situation anpassen können. Seit fast zwei Jahrzehnten treibt die US Air Force mit Partnern entsprechende Entwicklungsprogramme voran. Mit dem XA102 von GE Aerospace und dem XA103 von Pratt & Whitney entsteht derzeit die nächste Generation adaptiver Triebwerke.
Drei Luftströme statt zwei
Bei einem klassischen Turbofan wird die vom Fan angesaugte Luft auf zwei Wege verteilt. Ein Teil gelangt in das Kerntriebwerk, wird dort weiter verdichtet und schließlich für die Verbrennung genutzt. Ein zweiter Teil strömt als Nebenstrom am Kerntriebwerk vorbei.
Sowohl GE Aerospace als auch Pratt & Whitney setzen bei ihren adaptiven Triebwerkskonzepten auf eine Three-Stream-Architektur. Zusätzlich zu Kern- und herkömmlichem Nebenstrom steht ein dritter Luftstrom zur Verfügung, dessen Nutzung je nach Betriebszustand verändert werden kann.
Im effizienzorientierten Betrieb kann die Luftführung stärker auf niedrigen Kraftstoffverbrauch und Reichweite ausgerichtet werden. Wird hohe Leistung verlangt, lässt sich der Betriebszustand stärker auf Schub optimieren. GE spricht beim Vorgänger XA100 deshalb von einem High-Efficiency- und einem High-Thrust-Mode.
Fan, Verdichter, Kerntriebwerk und Turbinen bleiben ein zusammenhängendes System. Die Anpassung an unterschiedliche Flugzustände erfolgt über variable Komponenten und eine veränderbare Führung beziehungsweise Verteilung der Luftströme.
Der dritte Luftstrom dient auch der Kühlung
Der zusätzliche Luftstrom hat zudem eine zweite wichtige Aufgabe. Moderne Kampfflugzeuge benötigen immer leistungsfähigere Radar-, Sensor-, Rechner- und Electronic-Warfare-Systeme. Mit deren Leistung steigt auch die Wärme, die aus dem Flugzeug abgeführt werden muss. Der dritte Luftstrom stellt vergleichsweise kühle Luft zur Verfügung, die zur Wärmeabfuhr genutzt werden kann. Das Triebwerk wird damit zunehmend Teil des Energie- und Wärmehaushalts des gesamten Flugzeugs.
Für das XA100 nannte GE unter anderem eine gegenüber bisherigen Kampfflugzeugtriebwerken deutlich gesteigerte Thermal-Management-Kapazität sowie rund 25 Prozent höhere Kraftstoffeffizienz und mehr als zehn Prozent zusätzlichen Schub.
Fast 20 Jahre Entwicklung
Die heutige Generation adaptiver Three-Stream-Triebwerke ist das Ergebnis mehrerer aufeinander aufbauender Programme. Den Anfang machte 2007 das Adaptive Versatile Engine Technology Program, ADVENT. Im Mittelpunkt stand hier zunächst die technologische Grundlage: Ein Triebwerk sollte nicht mehr auf einen einzigen optimalen Betriebsbereich zugeschnitten sein, sondern sich unterschiedlichen Anforderungen besser anpassen können.
Ab 2012 folgte das Adaptive Engine Technology Development Program, AETD. Dabei wurden zuvor erprobte Konzepte weiterentwickelt und einzelne Schlüsseltechnologien auf den nächsten höheren Reifegrad gebracht. Dazu gehörten adaptive Fans und Luftführungen ebenso wie neue Werkstoffe und Ansätze für das Thermal Management.
Der entscheidende Schritt vom Technologieprogramm zum vollständigen Triebwerk folgte 2016 mit dem Adaptive Engine Transition Program, AETP. GE und Pratt & Whitney erhielten jeweils Aufträge zur Entwicklung, Fertigung und Erprobung von kompletten adaptiven Triebwerke in flugfähiger Ausführung. Daraus entstanden das GE XA100 und das Pratt & Whitney XA101.
XA100 und XA101: Das Konzept wird zum vollständigen Triebwerk
GE entwickelte dafür das XA100, Pratt & Whitney das XA101. Beide Konzepte sollten die Vorteile einer adaptiven Three-Stream-Architektur in einem vollständigen Kampfflugzeugtriebwerk demonstrieren. GE finalisierte das Design seines XA100 2019 und begann ab Ende 2020 die Erprobungsphase des vollständigen Triebwerks mit zwei Prototypen. Die Testprogramme lieferten umfangreiche Messdaten über das aerodynamische, thermische und mechanische Verhalten der neuen Architektur. Noch 2024 liefen zusätzliche Versuchsreihen, deren Ergebnisse ausdrücklich für die nächste Generation adaptiver Triebwerke genutzt werden sollten.
Pratt & Whitney entwickelte parallel das XA101. Auch dieses Triebwerk basierte auf den zuvor im AETD-Programm erprobten adaptiven Technologien. Öffentlich hat Pratt & Whitney allerdings wesentlich weniger technische Daten und Testergebnisse zum XA101 veröffentlicht als GE zum XA100.
Zeitweise wurden beide Triebwerke als mögliche neue Antriebe für die F-35 untersucht. Das Pentagon entschied sich letztlich dagegen und stattdessen für eine Weiterentwicklung des bestehenden Pratt & Whitney F135.
NGAP: Zwei neue Triebwerke für die nächste Generation von Kampfflugzeugen
Für zukünftige Kampfflugzeugplattformen legte die US Air Force mit dem Next Generation Adaptive Propulsion Program, NGAP, einen parallelen Entwicklungsstrang auf. Das Programm soll adaptive Triebwerke für zukünftige Kampfflugzeuge entwickeln und bis zu vollständigen Demonstratoren führen.
Im Rahmen von NGAP entwickeln erneut beide Hersteller konkurrierende Triebwerke: GE Aerospace das XA102 und Pratt & Whitney das XA103. Beide Projekte haben inzwischen wesentliche Entwicklungsreviews abgeschlossen: GE beendete im Februar 2025 das Detailed Design Review des XA102. Im Mai 2026 folgte der „Assembly Readiness Review“. Dabei wurden neben dem Triebwerksentwurf auch Fertigungsprozesse und Lieferkette bewertet. Das Programm geht damit vom digitalen Design in Richtung Montage und Test eines vollständigen Demonstrators über.
Pratt & Whitney befindet sich mit dem XA103 praktisch auf demselben Stand. Das Detailed Design Review wurde ebenfalls 2025 abgeschlossen, der vollständig digitale Assembly Readiness Review folgte im Mai 2026. Mittlerweile werden Komponenten für einen XA103 Prototype Ground Demonstrator beschafft und gefertigt. Dessen Bodentest ist laut Unternehmensangaben „für die späten 2020er-Jahre“ vorgesehen.
Bei beiden Triebwerken halten sich die Hersteller mit konkreten Leistungsdaten bislang zurück. Öffentlich bekannt sind vor allem die grundlegenden Entwicklungsziele: höhere Kraftstoffeffizienz und Reichweite, hohe Schubleistung sowie zusätzliche elektrische und thermische Kapazitäten für zukünftige Missionssysteme.
XA102 und XA103 gehen in die Hardwarephase
Damit steht der NGAP-Wettbewerb heute an einer klaren Schwelle: XA102 und XA103 verlassen die reine Designphase und werden zu realer Hardware.