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2 Motivation<br />
Moderne Flugtriebwerke weisen ein hohes Maß technischer Reife auf. Verschiedene Aspekte wie<br />
Größe, Gewicht, thermodynamischer Wirkungsgrad, mechanische Robustheit und nicht zuletzt<br />
die Kosten für Anschaffung und Wartung sind entsprechend den Kundenanforderungen aufeinander<br />
abgestimmt. Signifikante Verbesserungen lassen sich nur noch mit hohem Aufwand<br />
erzielen. Dabei muss die Interaktion der verschiedenen Komponenten und Disziplinen berücksichtigt<br />
werden. Oftmals ist es nicht akzeptabel, für Verbesserungen eines Aspektes Nachteile<br />
bei einem anderen in Kauf zu nehmen. So würde beispielsweise der Wert einer Technologie<br />
zur Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades gemindert, wenn durch sie engere Fertigungstoleranzen<br />
und entsprechend erhöhte Kosten notwendig würden. Gute Aussichten auf<br />
Verwendung im Triebwerk haben daher Technologien, die neben ihrer eigentlichen Funktion<br />
möglichst geringe Auswirkungen auf andere Komponenten oder Aspekte haben.<br />
Grundsätzlich können zur weiteren Verbesserung von Flugtriebwerken zwei Wege beschritten<br />
werden: Die weitere Verbesserung der einzelnen Komponenten oder die Einführung neuer Konzepte.<br />
Die großen Hersteller arbeiten an beiden Möglichkeiten, um den jeweils inhärenten Verbesserungspotenzialen,<br />
Zeitskalen und Entwicklungsrisiken Rechnung zu tragen. Neue Konzepte<br />
beinhalten aufgrund der noch nicht vorhandenen Entwicklungserfahrungen ein erhöhtes Risiko.<br />
Dieser Weg ist daher als eine langfristig angelegte Strategie zu betrachten. Kurz- oder mittelfristig<br />
gibt es keine Alternative zu weiteren Anstrengungen, die einzelnen Komponenten weiter zu<br />
verbessern.<br />
Die Aerodynamik des Verdichters ist für die korrekte Funktion eines Flugtriebwerkes von hoher<br />
Bedeutung. Der thermodynamische Kreisprozess ist auf einen stabilen Verdichterbetrieb angewiesen.<br />
Ist dies nicht der Fall und tritt Verdichterpumpen oder rotierender Strömungsabriss auf,<br />
so drohen Schubverlust und Beschädigungen am Triebwerk. Der Wirkungsgrad des Verdichters<br />
ist ebenfalls von hoher Relevanz. Bei einer Steigerung sinkt zum einen der schubspezifische<br />
Kraftstoffverbrauch, zum anderen sinkt die Arbeitslinie im Verdichterkennfeld. Letzteres ist bedingt<br />
durch das bei stationären Betriebszuständen zwischen Verdichter und Turbine herrschende<br />
Leistungs- und Drehzahlgleichgewicht sowie der bei konstanter spezifischer Arbeit des Kreisprozesses<br />
und erhöhtem Verdichterwirkungsgrad niedriger ausfallenden abgefragten spezifischen<br />
Arbeit der Turbine. Eine niedrigere Arbeitslinie bedeutet bei gleicher Lage der Pumpgrenze eine<br />
Erhöhung des Pumpgrenzabstandes und damit eine verbesserte Stabilität des Verdichters.<br />
Im Großteil der heute zugelassenen Turbofantriebwerke für Mittel- und Langstreckenflugzeuge<br />
wird die Verdichtungsaufgabe von mehreren Axialverdichtern übernommen. Bei kleineren Kerntriebwerken<br />
ist auch der Einsatz von Radialverdichtern denkbar, aber aufgrund des höheren<br />
Wirkungsgrades bei den zur Schuberzeugung notwendigen hohen Massendurchsätzen ist in der<br />
Regel ein mehrstufiger Axialverdichter zu bevorzugen. Zur aerodynamischen Auslegung von Verdichtern<br />
wird starker Gebrauch von numerischen Berechnungsmethoden gemacht. Neben den<br />
weiterhin gebräuchlichen eindimensionalen Vorauslegungsmethoden und den zweidimensionalen<br />
Mehrschnittverfahren werden dreidimensionale RANS-CFD-Verfahren angewendet. Zusätzlich<br />
existiert ein Trend, zur Erledigung gewisser Teilaufgaben automatisierte Auslegungsverfahren<br />
einzusetzen. Durch die Kopplung von Software zur Geometrieerzeugung und zur Simulation<br />
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