GT50-Verbrennungssystem besteht Bodenleerlauf-Prüfpunkt

Diese Woche hat unser Team im Production Centre One einen entscheidenden Meilenstein im GT50-Programm erreicht. Nach zwei Wochen intensiver Arbeit bei der Inbetriebnahme des Verbrennungssystems haben wir es erfolgreich über den Bodenleerlauf hinaus hochgefahren – was bestätigt, dass das Herzstück unseres proprietären Turbinentriebwerks exakt wie vorgesehen funktioniert. Parallel zu diesem Durchbruch steht der Prototyp des Gasgenerators in unserem mechanischen Montagelabor kurz vor der Fertigstellung, wobei die vollständige Montage des Triebwerks voraussichtlich bis zum Wochenende abgeschlossen sein wird.

Phase für Phase: Inbetriebnahme des GT50-Verbrennungssystems

In den vergangenen zwei Wochen hat das Team die Risiken des GT50-Verbrennungssystems systematisch minimiert. Wie Jason erklärt, bestand das Ziel darin, sicherzustellen, dass "wir, wenn wir das Triebwerk zum ersten Mal in Betrieb nehmen, keine der wertvollen Prototypen-Hardware beschädigen."

Zündung und stabile Flamme

Das Programm begann mit den Grundlagen. Konnte das Team den Kraftstoff mit dem richtigen Druck zuführen? Konnte er zufriedenstellend zerstäubt werden? War der Zünder korrekt positioniert? Konnte die Flamme entzündet und stabil gehalten werden?

Dieser Meilenstein wurde vor einigen Wochen erreicht. "Abgehakt, erledigt. Dieser Teil funktioniert", bestätigte Hill.

Hochlauf auf Bodenleerlauf

Die nächste Herausforderung bestand darin, die Brennkammer durch den Anlasszyklus zu führen und dabei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei zunehmend höheren Massenströmen und Drücken zu regeln. Hierfür musste die Drallerzeuger-Anordnung – welche die Flamme bündelt – zusammen mit den Primär- und Mischluftbohrungen stabile Rezirkulationen über einen weiten Betriebsbereich aufbauen.

Wie bei einem Programm dieses Anspruchs zu erwarten war, stieß das Team auf Herausforderungen bei der Abstimmung des Drallerzeugers sowie auf Pulsationen, die durch komplexe Wechselwirkungen zwischen dem Kraftstoffsystem und der Verbrennungsaerodynamik sowie -thermodynamik verursacht wurden. Beides wurde analysiert und behoben. „All das ist gelöst. Abgehakt, erledigt.“

Das Druckluftproblem

Die nächste Hürde war gewaltig. Um die Brennkammer in Richtung Bodenleerlauf und letztendlich in den Flugleerlauf zu bringen, wird das erforderliche Druckluftvolumen, in Hills Worten, „absolut gigantisch“.

Unter dem Prüfstand konnten zwei Hochleistungsgebläse den Luftstrom gerade noch über die Zündung hinaus aufrechterhalten. Bei maximaler Leistung benötigt der Kompressor des GT50 über 1.000 PS. Der Prüfstand erfordert nicht nur gewaltige Mengen an Druckluft, sondern diese Luft muss auch die exakte Temperatur und Dichte aufweisen, um reale Triebwerksbedingungen zu simulieren.

„Wie bekommt man also genug Druckluft, um dieses Ding so stark anzutreiben, wie es ein Turbinentriebwerk tun würde? Ganz einfach. Man besorgt sich ein Turbinentriebwerk.“

Die Lösung: Ein Flugzeug-Druckluftstarter

Das Team beschaffte einen Flugzeug-Druckluftstarter – eine Gasturbine mit 250 bis 300 PS und einem doppelseitigen Verdichter, der darauf ausgelegt ist, weit mehr Luft zu erzeugen, als er selbst benötigt. Ursprünglich für den Start älterer ziviler Verkehrsflugzeuge und Militärmaschinen eingesetzt, wird das Aggregat über einen großen flexiblen Schlauch angeschlossen, um große Mengen an Druckluft direkt in den Prüfstand zu leiten.

Wie Hill erklärt, bestand das Ziel darin, das Verbrennungssystem "auf viel höhere Leistungen, viel höhere Luftdurchsätze und viel höhere Kraftstoffdurchsätze" zu bringen und gleichzeitig die Robustheit, die Verbrennungseffizienz und die Kontrolle der Austrittstemperatur zu bestätigen. "Solche Probleme lassen sich nicht im Inneren des Triebwerks lösen", merkt er an, "und wir müssen sicherstellen, dass wir die Austrittstemperatur der Brennkammer unter Kontrolle haben, dass keine Pulsationen auftreten und dass wir exakt wissen, wie die Kraftstoffzufuhr abzustimmen ist, während die vom Verdichter geförderte Luftmenge immer weiter ansteigt."

„From Zero to Hero“: Testergebnisse über den Bodenleerlauf hinaus

Draußen vor dem Werk presste der Anlasser Druckluft in das Verdichter-Fördersystem. Das Team dosierte die Luftzufuhr präzise und durchlief mit der Brennkammer eine Reihe sukzessive höherer Luft-Kraftstoff-Verhältnisse.

Die Ergebnisse waren unmittelbar und eindeutig. Das Team erreichte einen stabilen blauen Kegel, brachte das System zu einer effizienten mageren Flamme und erreichte letztendlich die Magerverlöschungsgrenze.

„Ich kann nun sagen, dass das Verbrennungssystem bis zum und knapp über den Bodenleerlaufpunkt des Triebwerks hinaus – dem ersten Prüfpunkt des Testprogramms – absolut einwandfrei funktioniert.“

Das Verbrennungssystem hat sich als robust, effizient und pulsationsfrei erwiesen – eine wichtige Bestätigung für die Architektur der Kraftstoffförderung und -steuerung.

Gedanken zur technischen Effizienz

Die Geschwindigkeit und Eindeutigkeit des Ergebnisses veranlassten Hill dazu, darüber nachzudenken, wie weit das Team gekommen ist. "Vorbei sind die Zeiten, in denen wir übermäßig komplexe Prüfstände und Steuerungssysteme entwarfen und uns das Leben schwer machten, indem wir versuchten, zu früh perfekt zu sein. Was wir heute geleistet haben, ist ein perfektes Beispiel dafür, wie man mit minimalem Aufwand das Maximum erreicht."

Durch den Anschluss eines Gasturbinentriebwerks eines Drittanbieters an das Verbrennungssystem, die Integration eines einfachen Steuerungssystems und die Durchführung eines zielgerichteten Testprogramms hat das Team exakt die geforderten technischen Ergebnisse erzielt. "Wir sind in nur wenigen Stunden von null auf hundert durchgestartet. Es war ein absolut fantastischer Tag, und er gibt mir wirklich enorm viel Zuversicht für das Testprogramm, das nun vor uns liegt, um das GT50 durch all die verschiedenen Test- und Entwicklungsphasen zu führen, die es benötigt, um flugbereit zu sein."

Im mechanischen Montagelabor

Während die Verbrennungstests im Außenbereich voranschritten, wurden die Arbeiten im mechanischen Montagelabor fortgesetzt – in demselben Raum, der zuvor für die MGU und das Untersetzungsgetriebe genutzt wurde und der nun den Bau des GT50-Prototyps beherbergt.

Nose-Down-Montage und kritische Spaltmaße

Das Triebwerk wird mit der Nase nach unten montiert, beginnend mit dem Einlassgehäuse. Darauf montiert das Team den Federstab und den Quetschfilmdämpfer, gefolgt vom vorderen Gasgeneratorlager und der Welle. Anschließend wird die Einlassummantelung positioniert, um die Präzisionstoleranzen zwischen den Schaufelspitzen und dem stationären Rahmen zu kontrollieren.

„Dieses Schaufelspitzenspiel exakt einzustellen, macht den Unterschied aus, ob der Kompressor stabil und leistungsstark arbeitet oder nicht“, erklärt Hill. Jedes Teil wurde einer vollständigen geometrischen KMG-Vermessung unterzogen, doch damit die Komponenten korrekt zusammenspielen, sind wiederholte Montage und Demontage erforderlich. „Wir haben es immer wieder zusammen- und auseinandergebaut, zusammen- und auseinandergebaut, zusammen- und auseinandergebaut, nur um diese Einstellung absolut exakt hinzubekommen.“

In der Produktion wird dieser Prozess schneller ablaufen; vorerst zielt das Team auf Nenntoleranzen mit etwas Spielraum in beide Richtungen ab. Präzisionspassscheiben kontrollieren das Schaufelspitzenspiel des Impellers, den Auslassspalt und den Diffusorspalt.

Ausgewuchtete Rotoren und vollständige Instrumentierung

Die finale Rotorbaugruppe – bestehend aus Laufrad, Scheibe, Turbinenschaufeln und Federklemmen – wurde auf "wirklich, wirklich enge dynamische Toleranzen" dynamisch ausgewuchtet. Sie wurde anschließend wieder zerlegt und wird nun in das Triebwerk eingebaut.

Der Prototyp ist umfassend instrumentiert. Messleitungen für Drucksensoren, Thermoelemente, Beschleunigungssensoren und eine Vielzahl weiterer Sensoren sind durchgängig verlegt. "Wir müssen nachvollziehen können, was im Inneren des Triebwerks vor sich geht, während wir jeden noch so kleinen Winkel seines Betriebsbereichs testen."

Der Weg nach vorn: Automatisierung und erste Triebwerksläufe

Nachdem das Verbrennungssystem seine Praxistauglichkeit bewiesen hat, verlagert das Team seinen Fokus auf die Automatisierung. In den kommenden Tagen werden die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Prüfstand in Kraftstoffkennfelder innerhalb des Steuerungssystems übertragen, um automatische Hochlauf- und Auslaufvorgänge durch definierte Testpunkte zu ermöglichen. Programmierung und Tests beginnen unmittelbar, gefolgt von der Implementierung am Prototypentriebwerk selbst.

Die vollständige Triebwerksmontage wird spätestens bis Montag erwartet. Nach Abschluss wird das Triebwerk auf den Prüfstand überführt — und das nächste Kapitel des GT50-Programms beginnt.