Die Evolution der Flugzeugantriebe: Vom Kolbenmotor zum Open Fan

Rolls-Royce Dart Mk. 520 Turboprop
Rolls-Royce Dart Mk. 520 im Schnitt. Das Triebwerk gehört zur Dart-Familie, die unter anderem in der Vickers Viscount eingesetzt wurde. Bild: Smithsonian National Air and Space Museum.

Vom einfachen Kolbenmotor über gewaltige Sternmotoren bis zu modernen Turbofans: Die Entwicklung der Flugzeugantriebe ist eine Geschichte von technischen Innovationen. Über mehr als ein Jahrhundert haben Ingenieure nach Wegen gesucht, höhere Leistungen zu erzielen, den Kraftstoffverbrauch zu senken und Flugzeuge schneller und wirtschaftlicher zu machen. Dabei entstanden grundlegend unterschiedliche Antriebskonzepte, deren technische Prinzipien teilweise bis heute Bestand haben. Ein Streifzug durch die Geschichte der Flugzeugantriebe.

Die Anfänge: Ein Verbrennungsmotor bringt den Menschen in die Luft

Als die Gebrüder Wright am 17. Dezember 1903 mit ihrem Flyer I den ersten kontrollierten Motorflug eines Flugzeugs absolvierten, standen ihnen gerade einmal rund zwölf PS zur Verfügung, die ein selbst produzierter Vierzylinder-Reihenmotor lieferte. Gebaut wurde das Aggregat von einem Angestellten, dem Mechaniker Charlie Taylor, in der eigenen Fahrradfabrik, die nach einer Druckerei und einer Fahrradreparaturwerkstatt Business Nummer drei der geschäftigen Brüder darstellte.

1903 Wright Flyer
Der Wright Flyer von 1903 wurde von einem Vierzylinder-Kolbenmotor mit rund zwölf PS angetrieben. Zwei gegenläufige Druckpropeller setzten die Motorleistung in Vortrieb um. Bild: Smithsonian National Air and Space Museum.

Der Wright´sche Vierzylinder-Reihenmotor trieb über Ketten zwei gegenläufige Druckpropeller an. Ein Prinzip, das bis heute genutzt wird: Eine Antriebsmaschine liefert mechanische Leistung, die ein Propeller in Schub umwandelt.

Ein Propeller funktioniert aerodynamisch ähnlich wie ein Tragflügel. Seine profilierten Blätter erzeugen bei ihrer Rotation eine Druckverteilung, aus der eine Kraft in axialer Richtung resultiert. Dabei wird Luft nach hinten beschleunigt. Die Reaktionskraft bewegt das Flugzeug nach vorn.

Die Wright-Brüder hatten bereits erkannt, dass die aerodynamische Gestaltung des Propellers seine Effizienz bestimmt. Die Blätter waren entlang ihrer Spannweite verwunden, um die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten zwischen Blattwurzel und Blattspitze zu berücksichtigen.

Dieses Prinzip blieb in den folgenden Jahrzehnten nahezu unverändert, während sich die Antriebsmaschinen weiterentwickelten.

Der Hubkolbenmotor: Mechanische Leistung aus einzelnen Zylindern

Bis zum Beginn des Zeitalters der Strahltriebwerke dominierten Hubkolbenmotoren den Flugzeugbau. Sie wandeln die chemische Energie des Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit um.

Bei einem klassischen Viertakt-Ottomotor durchläuft jeder Zylinder vier Takte: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Eine Zündkerze entzündet das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch. Der entstehende Druck bewegt während des Arbeitstakts den Kolben. Eine Pleuelstange überträgt dessen Bewegung auf die Kurbelwelle, die den Propeller antreibt.

Der thermische Wirkungsgrad hängt unter anderem vom Verdichtungsverhältnis, der Verbrennung, den Wärmeverlusten und den mechanischen Reibungsverlusten ab.

Flugmotoren müssen ihre Leistung über lange Zeiträume zuverlässig bereitstellen. Während ein Pkw-Motor häufig nur einen kleinen Teil seiner maximalen Leistung abgibt, arbeitet ein Flugmotor insbesondere im Steigflug unter hoher Last.

Der Boxermotor: Kompakt und vergleichsweise leicht

Ein Beispiel für einen modernen Flugzeug-Kolbenmotor ist der Lycoming IO-360, der in der Cessna 172S zum Einsatz kommt. Der luftgekühlte Vierzylinder besitzt einen Hubraum von rund 5,9 Litern und leistet 180 PS. Seine Zylinder sind horizontal gegenüberliegend angeordnet. Diese Bauweise ermöglicht einen kompakten Motor mit vergleichsweise geringer Stirnfläche und günstigem Massenausgleich.

Bei der Cessna 172S sitzt der Propeller direkt auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle. Ein Untersetzungsgetriebe ist nicht erforderlich.

Einfache Kolbenmotoren sind in kleinen Leistungsklassen vergleichsweise kostengünstig und können bei geeigneten Betriebsbedingungen einen guten Kraftstoffwirkungsgrad erreichen. Ihre Leistungsfähigkeit ist jedoch begrenzt: Mit steigender Zylinderzahl nehmen Gewicht, mechanische Komplexität und Kühlungsbedarf zu.

Die Ära der Sternmotoren: Immer mehr Leistung für größere Flugzeuge

In den 1930er-Jahren wuchs die kommerzielle Luftfahrt rasant: Fluggesellschaften benötigten größere Maschinen mit höherer Nutzlast, größerer Reichweite und besseren Flugleistungen. Leistungsstarke Sternmotoren lieferten dafür die nötige Antriebsleistung.

Bei einem Sternmotor sind mehrere Zylinder radial um eine zentrale Kurbelwelle angeordnet. Ihre Achsen zeigen sternförmig nach außen – daher (Überraschung!) der Name. Ein Prinzip, das eine kompakte Bauform bei vergleichsweise hoher Zylinderzahl ermöglicht.

Ein wesentliches konstruktives Merkmal ist der Kurbeltrieb. Bei einem typischen einreihigen Sternmotor ist ein Kolben über ein Hauptpleuel direkt mit dem Kurbelzapfen verbunden. Die übrigen Kolben übertragen ihre Kräfte über Nebenpleuel, die gelenkig am Hauptpleuelkopf befestigt sind. So treiben sämtliche Zylinder eines Sterns denselben Kurbeltrieb an.

Sternmotoren waren in der Regel luftgekühlt, weil die radial angeordneten Zylinder sich naturgemäß gut vom Kühlluftstrom erreichen ließen.

Pratt & Whitney R-1830: 14 Zylinder und 30 Liter Hubraum

Zu den bekanntesten Sternmotoren gehört der Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp. Seine 14 Zylinder sind auf zwei hintereinanderliegende Sterne mit jeweils sieben Zylindern verteilt. Der Hubraum beträgt rund 30 Liter. Je nach Ausführung erreichte der Motor Leistungen von etwa 1.000 bis 1.350 PS.

Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp
Der Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp Motor besaß 14 luftgekühlte Zylinder, die in zwei hintereinanderliegenden Sternen angeordnet waren. Der rund 30 Liter große Motor kam unter anderem in der Douglas DC-3 zum Einsatz. Foto: U.S. Air Force / National Museum of the United States Air Force.

Der R-1830 wurde unter anderem in Varianten der Douglas DC-3 eingesetzt. Die flog 1935 erstmals und revolutionierte den Passagiertransport, sodass sie sich in der Folge zu einem der bedeutendsten Verkehrsflugzeuge der Luftfahrtgeschichte entwickelte. Die DC-3 verfügte über zwei Sternmotoren und konnte in einer verbreiteten Passagierversion 21 Reisende befördern.

Mit der DC-3 wurde der Passagiertransport zu einem eigenständig wirtschaftlich tragfähigen Geschäftsmodell. Höhere Zuverlässigkeit, verbesserte Aerodynamik und leistungsfähige Motoren ermöglichten einen deutlich effizienteren Flugbetrieb.

Sternmotoren mit 28 Zylindern

Nach dem Zweiten Weltkrieg erreichte die Entwicklung großer Flugzeug-Kolbenmotoren ihren Höhepunkt.

Ein Beispiel war der Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major. Seine 28 Zylinder waren auf vier hintereinanderliegende Sterne verteilt. Der Motor verfügte über rund 71,5 Liter Hubraum und erreichte je nach Ausführung Leistungen von mehr als 3.000 PS. Diese Leistung erforderte beträchtlichen konstruktiven Aufwand. Aufladung, Kühlung, Schmierung und mechanische Kraftübertragung wurden zunehmend komplex.

Auch andere große Flugmotoren der Nachkriegszeit, darunter der Wright R-3350, ermöglichten die Entwicklung leistungsfähiger Langstreckenflugzeuge wie der Lockheed Constellation und der Douglas DC-7.

Für die Fluggesellschaften bedeutete dies höhere Geschwindigkeiten und größere Reichweiten. Gleichzeitig verursachten die aufwendigen Antriebe hohe Wartungskosten. Die weitere Steigerung der Motorleistung stieß zunehmend an wirtschaftliche und technische Grenzen.

Die Gasturbine verändert die Luftfahrt

Parallel zur Weiterentwicklung der Kolbenmotoren entstand ein grundlegend anderes Antriebskonzept: die Gasturbine. Anders als ein Hubkolbenmotor arbeitet sie mit einem kontinuierlichen Strömungsprozess. Luft wird angesaugt und in einem Verdichter komprimiert. Anschließend gelangt sie in eine Brennkammer, wo Kraftstoff kontinuierlich verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase expandieren durch eine Turbine und geben dabei einen Teil ihrer Energie ab. Die Turbine treibt über eine Welle den Verdichter an.

Die Gasturbine ermöglicht hohe Leistungen bei vergleichsweise geringem Gewicht, benötigt keine oszillierenden Kolben und kann große Luftmassen verarbeiten. Die Energie der heißen Verbrennungsgase lässt sich auf unterschiedliche Weise für den Vortrieb nutzen, sodass in der Folge mehrere Antriebskonzepte abgeleitet wurden.

Die Vickers Viscount: Der Turboprop im Passagierverkehr

Vickers Viscount 1966. Bild: MaxEmanuel, CC0, via Wikimedia Commons

Die britische Vickers Viscount war das erste Turboprop-Verkehrsflugzeug, das sich im regulären Passagierverkehr etablierte. Der Prototyp absolvierte am 16. Juli 1948 seinen Erstflug, 1953 nahm die britische Fluggesellschaft British European Airways (BEA) mit der Vickers Viscount 701 den regelmäßigen Linienbetrieb auf.

Ihre vier Rolls-Royce-Dart-Triebwerke besaßen im Unterschied zu den leistungsstarken Sternmotoren zeitgenössischer Verkehrsflugzeuge keine Kolben und Zylinder.

Rolls-Royce Dart: Eine Gasturbine für den Propellerantrieb

Das Rolls-Royce Dart war ein Turboprop-Triebwerk mit einem zweistufigen Radialverdichter und einer mehrstufigen Turbine. Verdichter und Propellerantrieb waren mechanisch gekoppelt. Die Turbine lieferte die Leistung für den Verdichter und über ein Untersetzungsgetriebe für den Propeller. Anders als bei vielen modernen Turboprops mit freier Leistungsturbine waren Verdichter und Propellerantrieb somit nicht durch zwei unabhängig rotierende Turbinensysteme voneinander getrennt.

Die frühen Viscount 701 waren mit vier Rolls-Royce Dart RDa.3 Mk 505 ausgestattet. Spätere Ausführungen der Dart-Familie erreichten deutlich höhere Leistungen.

Rolls-Royce Dart Mk. 520 Turboprop
Rolls-Royce Dart Mk. 520 im Schnitt. Das Triebwerk gehört zur Dart-Familie, die unter anderem in der Vickers Viscount eingesetzt wurde. Bild: Smithsonian National Air and Space Museum.

Für die Passagiere bot die neue Antriebstechnik spürbare Vorteile: Die kontinuierlich rotierenden Komponenten der Gasturbine erzeugten weniger mechanischen Vibrationen, die für große Hubkolbenmotoren charakteristisch waren. Hinzu kamen Fortschritte bei der Kabinenauslegung und beim Reisekomfort.

Auch wirtschaftlich erwies sich die Viscount als Erfolg. Die Kombination aus Gasturbinenantrieb, guter Reisegeschwindigkeit und einer auf den Regionalverkehr zugeschnittenen Flugzeugauslegung machte sie für zahlreiche Fluggesellschaften attraktiv. Insgesamt wurden 444 Exemplare gebaut.

Die Viscount demonstrierte, dass sich die Gasturbine auch als leistungsfähige mechanische Antriebsmaschine für Propeller eignete. Dieses Prinzip bildet bis heute die Grundlage moderner Turboprop-Flugzeuge wie der ATR 72.

Das Turbojet-Triebwerk: Schub aus dem Abgasstrahl

Die frühen Strahltriebwerke, die während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurden, nutzten die Energie der Gasturbine unmittelbar zur Schuberzeugung.

Beim Turbojet wird die angesaugte Luft verdichtet und anschließend Kraftstoff zugeführt und verbrannt. Ein Teil der Energie treibt über die Turbine den Verdichter an. Die verbleibende Energie wird in einer Schubdüse genutzt, um die Abgase auf hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen. Aus der Impulsänderung des durchströmenden Gases entsteht Schub. Ein Turbojet benötigt deshalb keinen Propeller. Der Vortrieb erfolgt überwiegend durch den Abgasstrahl.

Das Konzept ermöglichte Fluggeschwindigkeiten, die mit konventionellen Propellerflugzeugen nur schwer erreichbar waren. Zu den frühen Verkehrsflugzeugen mit Turbojet-Triebwerken gehörten die de Havilland Comet und frühe Versionen der Boeing 707.

Bei typischen Unterschallgeschwindigkeiten ist es allerdings energetisch ungünstig, eine vergleichsweise kleine Luftmasse sehr stark zu beschleunigen. Ein erheblicher Anteil der zugeführten Energie verbleibt als kinetische Energie im Abgasstrahl und steht nicht als nutzbare Vortriebsleistung zur Verfügung. Hier setzte die Entwicklung effizienterer Strahltriebwerke an.

Der Turboprop: Eine Gasturbine treibt den Propeller an

Beim Turboprop wird ein großer Teil der verfügbaren Energie über Turbinenstufen in Wellenleistung umgewandelt. Diese treibt einen Propeller an, der den überwiegenden Teil des Schubs erzeugt. Der Turboprop verbindet damit den thermodynamischen Prozess einer Gasturbine mit dem aerodynamischen Wirkprinzip eines Propellers.

Wie funktioniert ein Turboprop?

Die angesaugte Luft durchläuft wie bei anderen Gasturbinentriebwerken einen Verdichter und eine Brennkammer. Die heißen Verbrennungsgase treiben anschließend Turbinenstufen an.

Bei vielen modernen Turboprops kommt eine freie Leistungsturbine zum Einsatz. Sie ist mechanisch nicht mit dem Verdichter gekoppelt und kann daher mit einer eigenen Drehzahl rotieren. Ihre Leistung wird über eine Welle und ein Untersetzungsgetriebe auf den Propeller übertragen. Das Getriebe ist notwendig, weil Gasturbinen bei hohen Drehzahlen effizient arbeiten können, während große Propeller aufgrund ihrer Blattspitzengeschwindigkeit vergleichsweise niedrige Drehzahlen benötigen.

Ein bekanntes Beispiel für einen Turboprop mit freier Leistungsturbine ist das Pratt & Whitney Canada PT6, das unter anderem in der Pilatus PC-12 eingesetzt wird.

Warum sind Turboprops besonders effizient?

Der hohe Vortriebswirkungsgrad eines Propellers beruht auf seinem großen Luftmassenstrom. Durch seinen vergleichsweise großen Durchmesser erfasst er eine große Luftmenge, die er nach hinten beschleunigt. Nach dem Prinzip der Impulserhaltung hängt der erzeugte Schub vom Luftmassenstrom und dessen Geschwindigkeitsänderung ab. Bei einem großen Luftmassenstrom genügt daher bereits eine relativ geringe Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, um den erforderlichen Schub zu erzeugen. Dadurch verbleibt weniger ungenutzte Energie in der abströmenden Luft, was den Vortriebswirkungsgrad verbessert. Das ist insbesondere bei niedrigen und mittleren Fluggeschwindigkeiten energetisch günstig, weshalb Turboprops unter geeigneten Betriebsbedingungen sehr hohe Vortriebswirkungsgrade erreichen können.

Warum fliegen Turboprops langsamer als Turbofans?

Die Fluggeschwindigkeit eines Propellerflugzeugs lässt sich nicht beliebig steigern, ohne dass die Effizienz des Propellers darunter leidet. Der Grund liegt in der Geschwindigkeit seiner Blätter: Sie bewegen sich durch die Rotation ohnehin schon sehr schnell durch die Luft, insbesondere an den Blattspitzen. Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit steigt auch die Geschwindigkeit, mit der die Luft auf die Propellerblätter trifft. Dadurch können an den Blattspitzen lokale Überschallströmungen und Verdichtungsstöße entstehen. Diese erhöhen den Luftwiderstand, verursachen zusätzliche Verluste und verschlechtern den Wirkungsgrad des Propellers.

Moderne Propeller mit optimierten Profilen und nach hinten gepfeilten Blattspitzen können diese Effekte reduzieren. Dennoch sind konventionelle Turboprops überwiegend für niedrigere Reisegeschwindigkeiten ausgelegt als moderne Turbofan-Verkehrsflugzeuge.

Im Regionalverkehr kann ein Turboprop wirtschaftliche Vorteile bieten, wenn der niedrigere Kraftstoffverbrauch die geringere Geschwindigkeit ausgleicht. Ein Beispiel ist die ATR 72 mit ihren zwei Turboprop-Triebwerken.

Der Turbofan: Das Propellerprinzip im Mantel

Ein wesentliches Merkmal des Turbofans ist ein großer Fan am Triebwerkseinlass. Aerodynamisch ähnelt er einem vielblättrigen Propeller, arbeitet jedoch innerhalb einer Ummantelung.

Aufbau und Luftstrom eines modernen Turbofans
Aufbau und Luftstrom eines modernen Turbofans. Bild: AERO Technology, erstellt mithilfe von KI

Ein Teil der vom Fan angesaugten Luft gelangt in den Triebwerkskern. Dort wird sie weiter verdichtet und anschließend Kraftstoff zugeführt und verbrannt. Der übrige Luftstrom strömt durch einen Kanal am Triebwerkskern vorbei. Dieser vom Fan beschleunigte Nebenstrom trägt wesentlich zur Schuberzeugung bei.

Bei modernen Verkehrsflugzeugtriebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis erzeugt er einen großen Teil des Gesamtschubs. Damit nutzt der Turbofan dasselbe physikalische Prinzip wie der Propeller: Große Luftmassen werden um einen vergleichsweise kleinen Geschwindigkeitsbetrag beschleunigt.

Das Nebenstromverhältnis

Das Nebenstromverhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen dem Luftmassenstrom, der den Triebwerkskern umströmt, und dem Luftmassenstrom durch den Kern. Bei einem Verhältnis von 10:1 ist der Massenstrom im Nebenstrom beispielsweise zehnmal so groß wie im Kern.

Mit steigenden Nebenstromverhältnissen lässt sich der Vortriebswirkungsgrad unter geeigneten Bedingungen verbessern. Dafür sind allerdings größere Fans erforderlich. Das erhöht unter anderem den Durchmesser, das Gewicht und den Luftwiderstand der Triebwerksgondel.

Bei der Entwicklung moderner Turbofans müssen deshalb aerodynamische Effizienz, Gewicht, Bauraum und technische Anforderungen gegeneinander abgewogen werden.

Der Getriebefan löst einen Drehzahlkonflikt

Bei einem konventionellen Turbofan sind Fan und Niederdruckturbine über eine gemeinsame Welle direkt verbunden und rotieren mit derselben Drehzahl. Das ist konstruktiv einfach, erfordert allerdings einen Kompromiss: Ein großer Fan arbeitet häufig bei niedrigeren Drehzahlen besonders effizient. Eine Niederdruckturbine lässt sich dagegen für höhere Drehzahlen günstiger auslegen.

Pratt & Whitney setzt beim Geared Turbofan deshalb ein Untersetzungsgetriebe zwischen Fan und Niederdrucksystem ein. Es ermöglicht unterschiedliche Drehzahlen: Der Fan kann langsamer rotieren, während die Turbine mit höherer Drehzahl arbeitet. Das Prinzip ähnelt dem des Turboprops, bei dem ebenfalls ein Getriebe zwischen Turbine und Propeller eingesetzt wird.

Vergleich: Welcher Flugzeugantrieb besitzt welche Vorteile?

Das Streben nach höheren Wirkungsgraden hat die Entwicklung der Flugzeugantriebe wesentlich vorangetrieben. Doch Wirkungsgrad ist nicht gleich Wirkungsgrad. Vielmehr sind thermischer Wirkungsgrad, Vortriebswirkungsgrad und Gesamtwirkungsgrad zu unterscheiden.

Der thermische Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient die im Kraftstoff enthaltene Energie umgewandelt wird. Der Vortriebswirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der für den Vortrieb bereitgestellten Energie in nutzbare Vortriebsleistung umgesetzt wird. Der Gesamtwirkungsgrad berücksichtigt beide Größen.

Ein hoher Wirkungsgrad der Antriebsmaschine führt daher nicht zwangsläufig zum effizientesten Flugzeugantrieb. Entscheidend ist das Zusammenspiel zwischen Energieumwandlung und Schuberzeugung.

Die wichtigsten Antriebskonzepte im Vergleich

Flugzeugantriebe im Vergleich

Auch die Wirtschaftlichkeit hängt von mehr Faktoren als nur dem Kraftstoffverbrauch ab. Ein Turboprop ist auf einer kurzen Regionalstrecke häufig wirtschaftlicher als ein schnelleres Strahlverkehrsflugzeug. Bei längeren Strecken gewinnt dagegen die höhere Reisegeschwindigkeit an Bedeutung. Hinzu kommen Unterschiede bei Anschaffungskosten, Wartungsintervallen, Flughafengebühren, Sitzplatzkapazität und täglicher Flugzeugauslastung.

Open Fan: Die nächste Entwicklungsstufe?

Die Entwicklung des Turbofans hat über Jahrzehnte zu immer größeren Fans und höheren Nebenstromverhältnissen geführt. Allerdings setzt die Ummantelung dem Fan-Durchmesser praktische Grenzen. Größere Triebwerksgondeln erhöhen Gewicht und Luftwiderstand. Außerdem wird ihre Integration unter den Tragflächen zunehmend anspruchsvoll. Eine mögliche Lösung besteht darin, auf die Ummantelung zu verzichten.

Genau diesen Ansatz verfolgt CFM International mit dem RISE-Technologieprogramm. Im Mittelpunkt steht unter anderem eine sogenannte Open-Fan-Architektur. Anders als ein konventioneller Turbofan besitzt sie einen großen, offen laufenden Rotor. Dieser soll einen besonders hohen Luftmassenstrom beschleunigen und damit den Vortriebswirkungsgrad verbessern. Das Prinzip erinnert äußerlich an einen Turboprop. Aerodynamisch und konstruktiv ist das Open-Fan-Konzept jedoch auf die Anforderungen moderner Verkehrsflugzeuge ausgerichtet.

CFM RISE Open Fan
CFM RISE Open Fan. Bild: CFM

CFM strebt Fluggeschwindigkeiten von bis zu Mach 0,8 an, womit ein Open-Fan-Triebwerk in einem Geschwindigkeitsbereich eingesetzt werden könnte, der bislang überwiegend von ummantelten Turbofans abgedeckt wird.

Neue Schaufelgeometrien ermöglichen höhere Geschwindigkeiten

Entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines Open Fans sind insbesondere die aerodynamische Gestaltung der Rotorblätter und die Beherrschung transsonischer Strömungseffekte. Moderne dreidimensionale Schaufelprofile, Pfeilung und eine gezielte Verteilung der aerodynamischen Belastung sollen dazu beitragen, Verluste und Geräusche zu begrenzen.

Hinzu kommen hohe Anforderungen an Werkstoffe, Strukturfestigkeit und die Integration des Antriebs in das Flugzeug. Ein offen laufender Rotor muss auch hinsichtlich Vogelschlag, Blattversagen, Schwingungen und Lärmemissionen anders bewertet werden als ein ummantelter Fan.

CFM verfolgt im RISE-Programm das Ziel, den Kraftstoffverbrauch gegenüber den effizientesten heutigen Triebwerken um etwa 20 Prozent zu reduzieren. Die angestrebte Verbesserung beruht auf mehreren Technologien, darunter der Open Fan und Weiterentwicklungen des Triebwerkskerns. Ob sich die angestrebten Vorteile im regulären Flugbetrieb vollständig realisieren lassen, müssen weitere Entwicklungsarbeiten und Flugversuche zeigen.

Mehr als 120 Jahre Antriebstechnik: Was hat sich wirklich verändert?

Betrachtet man die Entwicklung vom Wright Flyer bis zum Open Fan, lassen sich zwei grundlegende technische Entwicklungslinien erkennen.

Die erste betrifft die Umwandlung der im Kraftstoff gespeicherten chemischen Energie.

Frühe Flugzeuge nutzten vergleichsweise einfache Kolbenmotoren. Später ermöglichten leistungsstarke Sternmotoren den kommerziellen Langstreckenverkehr. Mit der Gasturbine entstand schließlich eine Antriebsmaschine, die hohe Leistungen bei günstigem Leistungsgewicht bereitstellen konnte.

Die zweite Entwicklungslinie betrifft die Schuberzeugung.

Der Propeller beschleunigt große Luftmassen mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeitsänderung. Frühe Turbojets nutzten dagegen einen schnellen Abgasstrahl. Mit zunehmenden Nebenstromverhältnissen moderner Turbofans gewann die effiziente Beschleunigung großer Luftmassen erneut an Bedeutung.

Der Open Fan könnte diese Entwicklung fortsetzen.

Die Geschichte der Flugzeugantriebe zeigt damit, dass technischer Fortschritt häufig auf der Weiterentwicklung bereits bekannter physikalischer Prinzipien beruht.

Der Propeller, mit dem die Wright-Brüder 1903 ihre ersten Motorflüge ermöglichten, könnte in veränderter Form auch bei einer künftigen Generation von Verkehrsflugzeugen wieder eine zentrale Rolle spielen.

Über Moritz Nolte 43 Artikel
Moritz Nolte ist Wirtschaftsingenieur, Journalist und Kommunikationsexperte und beschäftigt sich seit rund 20 Jahren mit Technik, Industrie und Mobilität. Seine Arbeit verbindet technisches Verständnis mit journalistischer Aufbereitung komplexer Themen. Im Verlauf seiner beruflichen Arbeit hat er sich intensiv mit Technologien aus der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und zunehmend auch der Luftfahrt beschäftigt. Dabei liegt sein Schwerpunkt auf der verständlichen Einordnung technischer Entwicklungen, neuer Produkte, Fertigungsverfahren und industrieller Zusammenhänge.