FLUG REVUE April 1980: Pratt & Whitney

Der US-Hersteller verfügt über ein breites Triebwerk-Angebot

TRIEBWERKSGIGANT PRATT & WHITNEY

Seit der Gründung 1925 hat Pratt - wie man gemeinhin auch sagt - mehr als 1200 verschiedene Flugzeug-Typen mit einem Antrieb versehen. Der Gesamt-Komplex Pratt & Whitney ist in vier Bereiche gegliedert: die Commercial Pratt

Products Division (ziviler Triebwerk-Markt), die Government Products Division (militärischer Triebwerk-Markt), die Manufacturing Division (Produktion) und die Pratt & Whitney Aircraft of Canada (Antriebe für General Aviation).

Der erstgenannte Bereich ist - wie schon angedeutet - für die Konstruktion, den Absatz und die Wartung der Triebwerke für den zivilen Airliner-Markt zuständig. Das entspricht etwa der Hälfte des gesamten Triebwerk-Verkaufs der P & WA.

Um sich eine ungefähre Vorstellung davon machen zu können, was dies in Relation zum zivilen Triebwerk-Markt in der Welt bedeutet, hier eine Zahl: Seit Beginn des Düsenzeitalters im Zivil-Luftverkehr lieferte das Unternehmen über 20000 Strahltriebwerke; rund dreiviertel der Strahl-Verkehrsflugzeuge der westlichen Welt sind mit Pratt-Aggregaten bestückt.

Die derzeit wichtigsten Programme sind das JT8D, das JT9D und das in Serien-Vorbereitung stehende JT10D. Das JT3D - u. a. Antrieb für die Boeing 707 und die DC-8 - läuft zwar auch noch als Baureihe, hat aber keine entscheidende Bedeutung mehr.

JT8D

Obwohl schon mehr als 15 Jahre in Produktion und in über 8000 Einheiten gebaut, erlebt das JT8D gerade jetzt wieder eine Renaissance: Die neueste Version der McDonnell Douglas DC-9-80 - die Super 80 - erhält nämlich eine wesentlich verbesserte Version dieses Triebwerks. Das JT8D ist das weitverbreitetste Airline-Triebwerk überhaupt: 11000 Einheiten sind bisher bestellt worden; 3600 Flugzeuge - unter ihnen die Maschinen der Typen Boeing 727 und 737 sowie die DC-9 - werden damit angetrieben, und die Flugstundenzahl erreicht den nur noch abstrakt wahrnehmbaren Wert von 160 Mio. Noch eine weitere „abstrakte“ Zahl: Alle fünf Sekunden startet irgendwo in der Welt ein Flugzeug mit diesem Antrieb.

Ein typischer Vertreter der Serie ist das JT8D-15. Es ist zwar ein Turbofan-Aggregat; mit einem Nebenstrom-Verhältnis von 0,99:1 gehört es aber noch nicht zur Kategorie der echten Bläser-Triebwerke. Vielmehr dienen die ersten zwei Stufen des Niederdruck-Verdichters als Gebläse. Dieser Niederdruck-Verdichter hat insgesamt sechs Stufen, die von einer dreistufigen Niederdruck-Turbine in Bewegung gesetzt werden. Es folgt der siebenstufige Hochdruck-Verdichter, angetrieben von einer einstufigen Hochdruck-Turbine. Einige weitere technische Daten zurrt JT8D-15: Maximaler Startschub: 69 kN (ca. 7031 kp); Luftdurchsatz: 147 kg/sec.; Gesamtdruck-Verhältnis: 18:1; Gebläsedrehzahl beim Start: 8800 U/ min.; Hochdruckturbinen-Eintritt-Temperatur: 1053 Grad C; Länge: 3,048 m; größter Durchmesser: 1,080 m; Gewicht: 1501 kg. Die Hochdruck-Turbine ist - wie bei heutigen Triebwerken üblich - luftgekühlt.

Neueste Version des JT8D ist, wie schon erwähnt, die Serie 200. Diese Entwicklung wurde nötig, um einerseits den für die DC-9 Super 80 erforderlichen Schub zur Verfügung zu haben, andererseits aber auch die gesetzlichen Vorschriften bezüglich Abgas und Lärmentwicklung zu erfüllen. Und noch ein weiterer - auch sehr wichtiger - Grund lag vor: die steigenden Treibstoffkosten.

Um das alles in den Griff zu bekommen, ließ sich Pratt einiges einfallen: Man ersetzte das zweistufige Gebläse durch einen einstufigen Fan mit erheblich größerem Durchmesser. Der neue, sechsstufige Niederdruck-Verdichter sorgt für ein erhöhtes Gesamt-Druck-Verhältnis. Auch die Niederdruck-Turbine wurde umkonstruiert. Schließlich griff man noch auf DämmMaterial zurück und entschloß sich zu einem neuen Schalldämpfer.

Zwei Ausgaben dieser Weiterentwicklung sind derzeit in Vorbereitung: das -209 und das -217. Ersteres gibt einen Startschub von 82,2 kN (ca. 8165 kp) ab, letzteres liegt bei 88,96 kN (ca. 9071 kp). Es wäre zwar rein technisch denkbar und möglich, das Triebwerk nicht nur als NeuAusrüstung für die DC-9-80 vorzusehen, sondern es auch als Umrüst-Satz anzubieten. Konkrete Vorhaben oder gar Abschlüsse in dieser Richtung liegen allerdings noch nicht vor. Man war in East Hartford diesbezüglich auch nicht sehr optimistisch. Die Serie 200 wird also auf absehbare Zeit wohl „nur“ den Antrieb der DC-9-80 liefern.

JT9D

Mit diesem Triebwerk leistete Pratt & Whitney Pionier-Arbeit: Es war das erste zivile Aggregat der neuen Generation, sprich - sehr großer Turbofan mit hohem Nebenstrom-Verhältnis. Der erste Probelauf des JT9D erfolgte schon im Dezember 1966. So ist auch die derzeit fliegende Flotte des ersten zivilen Großraumjets, der solche Triebwerke benötigte - die Boeing 747 -, zu fast 90 Prozent mit diesem Motor ausgerüstet. Die verschiedenen Versionen des 9D - es gibt insgesamt etwa ein Dutzend - kommen aber auch in der DC-10 und der A300 zur Anwendung.

Bei letzterem hat das allerdings ziemlich lange gedauert, so daß die Konkurrenz, besser: General Electric mit dem CF6, als Airbus-Ausrüster überdeutlich die Nase vorne hat. Die erste A300 mit Pratt-Triebwerken war nämlich der SAS-Airbus, der im Januar dieses Jahres ausgeliefert wurde.

Die Zeit von mehr als zehn Jahren, die das JT9D inzwischen im Einsatz steht, schlägt sich natürlich auch in der Flugstundenzahl nieder. Die Kurve überschreitet mittlerweile die 35Mio.-Grenze; das ist mehr als alle vergleichbaren Konkurrenztriebwerke zusammen.

Und auch für die Zukunft wird das JT9D noch einen interessanten Markt haben. Man bietet es nämlich als wesentlich verbesserte -7R4-Serie für den Airbus A310 sowie für die Boeing 767 an. Diese Serie soll ein Schubspektrum von 20000 bis über 25 000 kp abdecken und ist damit natürlich auch für die derzeit in Produktion stehenden Großraum-Jets anwendbar. Ein hochinteressanter Aspekt dieser neuen Reihe ist die Tatsache, daß die Hochdruck-Turbinenschaufeln als Monokristalle ausgebildet sind. Damit erhält erstmals ein Zivil-Triebwerk serienmäßig solche Bauteile. Wir werden am Ende des Artikels noch gesondert auf diese neue Technologie eingehen.

Die Zulassung des -7R4 erwartet man für 1982. Erste Orders für das Aggregat sind aber schon gebucht: United Airlines z. B. will die 30 bestellten Boeing 767 mit dem -7R4 bestücken. Und das jüngste Erfolgserlebnis für diesen Typ hatte P & WA im Januar dieses Jahres, als TWA bekanntgab, ihre 767 sollten ebenfalls das neue Triebwerk erhalten.
Was schließlich den Airbus A310 betrifft, war die Swissair die erste Gesellschaft, die sich für das -7R4 und damit für Pratt entschied.

Der technische Aufbau des JT9D ist typisch für einen Turbofan mit hohem Nebenstrom-Verhältnis: Dem Fan, der einen Durchmesser von 2,377 m (JT9D-59A) aufweist, folgen ein vierstufiger Niederdruck- und ein elfstufiger, Hochdruck-Verdichter, dessen erste vier Statorkränze verstellbar sind. Nach der Ringbrennkammer mit 20 Einspritz-Düsen schließen sich eine zweistufige Hochdruckund eine vierstufige Niederdruck-Turbine an.

Einige Daten (ebenfalls Version -59A): Maximaler Startschub: 236 kN (ca. 24041 kp); Luftdurchsatz insgesamt: 734 kg/ sec.; Gesamt-Druckverhältnis: 24,4:1: Nebenstrom-Verhältnis: 4,9.:1; Gebläsedrehzahl beim Start: 7350 Ulmin.; Turbineneintritt-Temperatur an der Hochdruck-Turbine: 1367 Grad C; Länge: 3,901 m; Gewicht: 4146 kg.

Obwohl das JT9D mittlerweile mehr als zehn Jahre in Dienst ist und obwohl schon rund zwölf Versionen existieren, darf man getrost davon ausgehen, daß es noch nicht am Ende seiner Entwicklung angekommen ist. Weitere Versionen werden folgen.

JT10D

Oberflächlich betrachtet könnte man dieses Triebwerk für eine verkleinerte (derated) Ausgabe des JT9D halten; dem ist aber keineswegs so. Vielmehr handelt es sich um eine völlige Neuentwicklung, die zwar das Grundkonzept eines Bläser-Triebwerks aufweist; ansonsten versuchte man aber bei Pratt, in diesem Aggregat die neuesten technisch machbaren Konzepte zu verwirklichen, wie sie selbst beim JT9D7R4 nur teilweise angewandt werden.

Zur Neuentwicklung einer ganzen Triebwerk-Familie - denn das soll das JT10D werden - entschloß man sich bei Pratt, weil man der Ansicht ist, daß nur so die Anwendung aller neuen Technologien im Triebwerk-Bau möglich ist. Das hat zwar den Nachteil sehr hoher Investitionen für Forschung und Entwicklung sowie bei den Fertigungskapazitäten, bietet aber letztlich die Gewähr, dem Kunden einen Antrieb anbieten zu können, der technisch auf dem neuesten Stand ist und somit in jeder Beziehung ein Optimum darstellt. Außerdem kann der Kunde sicher sein, daß das Aggregat noch über Jahre hinaus „aktuell“ bleibt.

Zum JT10D selbst: Es ist eine Gemeinschafts-Entwicklung zwischen Pratt & Whitney (ca. 83 Prozent), der Motoren- und Turbinen-Union München (MTU; etwa 13 Prozent) und Fiat (rund 4 Prozent). Der deutsche Teil ist dabei für die Entwicklung und Konstruktion der Niederdruckturbine und des Gas-Austrittsgehäuses zuständig. Ferner sollen in München die Triebwerkentwicklungs-Prüfläufe stattfinden.

Die neue Triebwerk-Familie hat einen Startschub-Bereich von 11340 kp bis 15 879 kp und ist als Motor für Kurz- und Mittelstrecken-Flugzeuge der Kategorie 150 bis 170 Passagiere gedacht (auch etwas größere vierstrahlige Langstrecken-Flugzeuge werden ins Kalkül gezogen). Bei ersteren verspricht man sich mit dem JT10D gegenüber vergleichbaren heutigen Konkurrenz-Triebwerken Treibstoff-Ersparnisse von bis zu 13 Prozent. Dies ist aber nur ein Aspekt beim 10D. Ein anderer ist z. B.: Das Triebwerk besteht aus weniger Einzelteilen als jedes andere bekannte und ist in Modul-Bauweise ausgelegt. Beides zusammen ergibt hervorragende Wartungs-Eigenschaften. Da man ferner großen Wert auf hohe Lebensdauer gelegt hat, sind die Kosten für diesen komplexen, nach dem Kauf zu Buche schlagenden Bereich sehr günstig; auch ein wichtiges Vermarktungs-Argument.

Neue Technologien

All das erreichte man bei Pratt & Whitney durch konsequente Anwendung neuester Technologien. Zunächst die Einkristall-Turbinenschaufel: Auf diesem Gebiet ist Pratt wohl führend in der Welt. Man hat gerade in. Die Monokristall-Technik enorm investiert und bietet heute als einziger Hersteller solche Turbinenschaufeln zu einem angemessenen Preis in der Serie an.

Bei der Einkristall-Fertigung wird neben speziellen Schmelzverfahren der Erstarrungs-Prozeß in einer technisch sehr aufwendigen Anlage so gesteuert, daß die gesamte Schaufel praktisch ein einziger Riesen-Kristall wird. Sie weist also keine mehrkristalline Struktur auf und somit auch keine interkristalline Grenzen. Diese Struktur hat enorme Auswirkungen auf die Festigkeit und Beanspruchbarkeit. Man kann daher die Betriebsverhältnisse in diesem Bereich (Eintrittstemperatur, Drehzahl, Kühlluft-Verminderung usw.) optimal gestalten, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, was einen wesentlich verringerten Treibstoffverbrauch bedeutet.

Da die Hochdruck-Turbinenschaufel eines der kritischsten Bauteile, wenn nicht sogar das kritischste überhaupt, darstellt, ist man bei Pratt davon überzeugt, durch den Einsatz dieser Technologie gerade in diesem Abschnitt einen entscheidenden Schritt weitergekommen zu sein.

Ferner kommt beim JT10D die Technik der isostatisch heißgepreßten Turbinen-Scheiben zur Anwendung - ebenfalls etwas, was in den Bereich „Neue Technologie" fällt. Dabei wird das pulverisierte Material unter sehr hohem Druck in einem neuentwickelten Verfahren beinahe in die endgültige Form gebracht, so daß anschließend wesentlich weniger Bearbeitungs-Aufwand von Nöten ist als bei herkömmlichen Methoden. Auch die Festigkeit des Bauteils nimmt erheblich zu. Pratt besitzt übrigens die größte Anlage der Welt für dieses Verfahren. Schließlich legte man die Schaufelprofile superkritisch aus. Diese drei Faktoren und eine Reihe anderer Maßnahmen aus der Trick-Kiste der Laboratorien, die serienreif sind, tragen die Hauptverantwortung für Wirtschaftlichkeit, Umwelt- und Wartungsfreundlichkeit und lange Lebensdauer.

Mit Sicherheit wird die JT10DSerie bei Pratt in den nächsten Jahren zu einem der Schwerpunkt-Projekte werden, zumal sie auf einen Flugzeugmarkt zugeschnitten ist, der schon bald enorm an Bedeutung gewinnen wird. Die entsprechenden Markt-Untersuchungen jedenfalls sprechen eine deutliche Sprache. Allerdings hat das JT10D ein erhebliches Zeit-Manko: Das schubmäßig vergleichbare Konkurrenz-Triebwerk - das CFM56 von General Electric und SNECMA - ist praktisch serienreif und kommt schon bald zur Auslieferung. Bei P & WA ist man aber davon überzeugt, diesen Zeit-Nachteil, der etwa vier Jahre ausmacht, eben durch die neuere Technologie ausgleichen zu können. Odilo Mühling

Letzte Änderung: 10. April 2005

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