Was ist ein „High-Bypass-Getriebefan“ und warum ist er so viel effizienter?

Der Bläserabschnitt eines Turbofan-Triebwerks wird von der Niederdruckspule (LP) angetrieben. Dies bedeutet, dass es mit zwei Teilen des Motors verbunden ist:

• Der LP-Kompressor, der die Luft komprimieren muss, bevor sie in den Hochdruckkompressor (HP) eintritt
• Die LP-Turbine, die die Luft erhalten muss, nachdem sie die HP-Turbine verlässt

Das Problem ist, dass der HP-Bereich bei hohen Drehzahlen effizient ist. Der Lüfter stößt jedoch an aerodynamische Grenzen, wenn die Lüfterspitzen Überschallgeschwindigkeit passieren. Lüfterflügel sind im Falle eines Ausfalls auch schwerer einzudämmen, da sie sich schneller drehen. Um den Lüfter unterzubringen, muss sich die LP-Sektion mit einer langsameren Geschwindigkeit drehen, was es schwieriger macht, mit der HP-Sektion mit hoher Drehzahl übereinzustimmen.

Es gibt auch eine Begrenzung des Luftstroms. Der Lüfter muss in der Lage sein, eine maximale Luftmenge zu bewegen, was der Startleistung auf Meereshöhe entspricht. Aber es muss auch auf Reiseflughöhe effizient funktionieren, wo die Strömung schneller, aber viel weniger dicht ist.

Motorenhersteller wenden unterschiedliche Strategien an, um mit diesen Einschränkungen umzugehen.

GE macht hauptsächlich die LP-Sektionen im Durchmesser größer. Dadurch können die Blätter eine hohe Geschwindigkeit bei niedrigeren Drehzahlen haben. Dies erfordert eine schnellere Richtungsänderung des Luftstroms.

Rolls Royce hat ein 3-Spulen-Design entwickelt, das es jedem Abschnitt ermöglicht, sich mit einer optimaleren Drehzahl zu drehen. Dies erhöht die Komplexität des Designs.

Pratt und Whitney verfolgen den Geared-Fan-Ansatz. Ähnlich wie bei Turboprops gibt es ein Getriebe, mit dem sich der Lüfter mit einer niedrigeren Drehzahl drehen kann als die Motorspule, die ihn antreibt.

Dadurch kann die Turbinenspule mit einer optimaleren Drehzahl betrieben werden, während sich der Lüfter immer noch langsamer drehen kann. Ein langsamerer Lüfter kann größer sein, was ein höheres Bypass-Verhältnis ermöglicht.

Ein hohes Bypass-Verhältnis ermöglicht es einem Turbofan-Triebwerk, mehr Luft anzutreiben (mehr Schub zu erzeugen), während weniger Luft durch den Kern strömt (weniger Kraftstoff verbrennt). Moderne Großflugzeuge haben Triebwerke wie das GE90 auf der 777 (9:1 Bypass), wobei die neuesten Triebwerke der 787 mit dem GEnx (9,6:1 Bypass) und Trent 1000 (10,8:1) sogar noch höher gehen. Kleinere Flugzeuge wie die 737 und A320 verwenden derzeit Triebwerke wie das CFM56 (5,5:1), wobei das neue LEAP höher geht (9:1 oder 11:1). Das PW1000G geht sogar noch höher (bis zu 12:1).