Der einzige neuere Motor, der die GTF-Technologie verwendet, ist der PW1000G, jedoch verwenden einige alte Designs wie ALF502 oder TFE731 diese Technologie. Ich verstehe das Grundkonzept des Vorteils, der durch die Einführung dieser Technologie durch den Motor erzielt wird (im Grunde ein weiterer Parameter zur Optimierung der Drehzahlen bei Niederdruckturbine und Lüfter), und dieser Vorteil wird durch die Gewichtszunahme kompensiert.
Was hindert diese Technologie daran, weiter in moderne Turbofans integriert zu werden? Ist es nur ein Business Case für P&W-Architektur?
Was hat PW1000G ermöglicht, das PW8000 blockiert hat?
Relevante Faktoren sind hier:
Langfristig geht es also darum, ob das Getriebe schwerer ist als ein langsamer drehender Niederflurmotor und ob ein möglicher Mehraufwand durch das Getriebe bei den gegebenen Wirkungsgradgewinnen bzw. der Motorgewichtsreduzierung vertretbar ist. Mit weiter steigenden Motornebenschlussverhältnissen gewinnt das Getriebe zunehmend an Attraktivität.
Kurzfristig ist dies auch eine Frage, ob ein Unternehmen die Entwicklung einer komplett neuen Komponente riskieren möchte, mit potenziellen Problemen vor und nach der Inbetriebnahme. Darüber hinaus wird sich das Management bei einer bestimmten Menge an Geld und Arbeitskraft für die Entwicklung eines neuen Motors fragen: Wo werden die Entwicklungsstunden einen größeren Unterschied machen, bei verbesserten Lüfter-, Kompressor-, Turbinen- und Verbrennungskammerkonstruktionen/Materialien/... oder in Getriebeausführung.
Während beispielsweise Rolls-Royce derzeit keinen Getriebefan herstellt, beinhaltet das Forschungstriebwerksprojekt „UltraFan“ ein Getriebe. Ich denke, man kann mit Sicherheit sagen, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis die meisten kommerziellen Turbofans ein Getriebe enthalten werden.
Als Ergänzung zur Antwort von @JulianHzg:
Eine Erhöhung des Bypass-Verhältnisses ist sehr wünschenswert, um den Wirkungsgrad des Triebwerks zu verbessern, und bei gleicher Schubkraft bedeutet dies eine Vergrößerung des Fan-Durchmessers
Die Erhöhung des Bypass-Verhältnisses ist sicherlich ein Weg, um eine höhere Effizienz zu erreichen (und vielleicht das derzeit am weitesten entwickelte Thema bei Flugzeugtriebwerken), aber nur, wenn Sie den Motor mit einem ausreichend starken Gasgenerator ausstatten können, sodass die Erhöhung des Bypass-Verhältnisses eingeschränkt ist durch andere Parameter wie Brennkammertemperatur und Turbinenwirkungsgrad.
Um den Lüfter weitgehend im Unterschallbereich zu halten, muss die Lüfterdrehzahl mit zunehmendem Lüfterdurchmesser abnehmen. Überschall-Lüfterblattspitzen sind möglich und in Gebrauch, aber Sie verlieren an Effizienz und erhöhen den Lärm, daher ist es wünschenswert, dies auf den äußersten Bereich zu beschränken.
Außerdem neigen Laufschaufeln, die ständig Stoßwellen ausgesetzt sind, dazu, wegen der Ermüdung mit sehr hohen Zyklen eine sehr kurze Lebensdauer zu haben. Daher neigen Menschen dazu, Überschallströmungsbedingungen zu vermeiden.
Für den gleichen Wirkungsgrad benötigt eine langsam laufende Turbine mehr Stufen und damit mehr Gewicht im Vergleich zu einer schnell laufenden Turbine. Vergleichen Sie den 3-stufigen LPT (mit Getriebe) des PW1100G mit dem 7-stufigen LPT (ohne Getriebe) des LEAP-1A.
Grundsätzlich muss die Rotationsgeschwindigkeit jedes Elements an die Fluidgeschwindigkeit angepasst werden. Wenn also jedes rotierende Element von derselben Welle angetrieben wird, muss die Strömung angepasst werden, indem Stufen in den Turbinen- oder Kompressormodulen hinzugefügt werden. Wenn Sie zwei Wellen haben, eine langsame (gut für den Lüfter) und eine schnelle (gut für die Turbine), erhalten Sie einen besseren Kompromiss in Bezug auf die Effizienz. Dies wirft jedoch andere Probleme auf (z. B. rotordynamische Instabilitäten), was erklärt, warum Rolls-Royce der einzige Hersteller ist, der drei Wellen vorschlägt (in Bezug auf die Effizienz sogar noch besser, aber auch sehr komplex).
Das Getriebe ermöglicht es, weiterhin zwei Wellen zu verwenden und gleichzeitig die Anpassung zwischen Fluid und rotierendem Element zu verbessern.
Die Frage nach dem Gewicht des Getriebes ist sehr wichtig, es muss daran erinnert werden, dass ein Getriebe in der Lage sein muss, die Leistung des LPT auf den Lüfter zu übertragen, es ist also kein einfaches Getriebe von Ihrem Auto. Auch wenn Umlaufgetriebe einen sehr guten Wirkungsgrad haben, kostet die Kraftübertragung mit solchen Zügen Energie, erzeugt Wärme, erfordert Schmierung und Wartung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dies eine sehr bekannte Technologie ist, die sogar der Luftfahrtindustrie bekannt ist (wie denken Sie, dass Hubschrauber fliegen!), die jedoch nie bei Hochleistungsflugzeugtriebwerken eingesetzt wurde. Eine weitere Anwendung von Getrieben sind Motoren mit offenem Rotor, die aufgrund von gegenläufigen Lüftern noch komplexere Getriebe beinhalten.
Fuß
Trebia-Projekt.
Martin James