Countdown zum Erstlauf: Einblicke in die Montage des GT50-Triebwerks und den Fortschritt des HX50

Die Gussphase für das GT50-Triebwerk ist abgeschlossen, wobei ausreichend hochwertige Superlegierungskomponenten für den Bau von drei kompletten Triebwerken gefertigt wurden. Dieser strategische Ansatz liefert nicht nur Reserveeinheiten, sondern ermöglicht auch eine experimentelle Feinabstimmung und Optimierung während der Erprobungsphase.

Zentrale Erfolge:

• Hochdruckturbinenschaufeln – Werden nun zuverlässig und in gleichbleibend exzellenter Qualität gegossen
• Niederdruckturbinenschaufeln – Vollständige Sätze stehen für die Montage der Leistungsturbine bereit
• Strukturelle Kernkomponenten – Alle wesentlichen Rahmenelemente erfolgreich gefertigt
• Exzellente Oberflächengüte – Die Bauteile zeichnen sich durch makellose Hinterkanten und präzise Strömungsquerschnitte aus
• Kontrolliertes Schwindungsverhalten – Die Fertigungsprozesse berücksichtigen das Materialverhalten während der Abkühlphase mit höchster Präzision

Die erreichten Qualitätsstandards markieren einen bedeutenden Meilenstein: Marks Gussteam fertigt kontinuierlich Komponenten, die den anspruchsvollen Spezifikationen für den Betrieb von Hochleistungsturbinen in jeder Hinsicht gerecht werden.

Hochdruck-Leitschaufeln

Für eine Komponente, die üblicherweise in nur einer Ausführung zum Einsatz kommt, wurden sieben Varianten gefertigt. Die strategische Begründung für mehrere Varianten:

• Ersatzkomponenten – Antizipation potenzieller Schäden während der ersten Testläufe und bei Versuchen im Grenzbereich
• Optimierung des Strömungsquerschnitts – Der Spalt zwischen den Turbinenschaufeln reguliert den Massenstrom vom Verdichter zur Turbine und erfordert eine empirische Validierung
• Nominale Geometrievariante – Entspricht der konstruktiven Auslegungsabsicht unter der Annahme optimaler Komponentenleistung
• Cut-back-Geometrievariante – Verfügt über reduzierte Schaufelprofile mit vergrößerten Strömungsquerschnitten für einen sichereren Erstbetrieb
• Progressive Teststrategie – Ermöglicht dem Team, mit konservativen Parametern zu beginnen und sich schrittweise an die vollständigen Leistungsspezifikationen heranzutasten

Dieser Ansatz hält den Verdichter sicher von seiner Pumpgrenze fern und gewährleistet niedrigere Betriebstemperaturen während der frühen Testläufe – wodurch das Risiko eines katastrophalen Ausfalls minimiert wird, während das Team wertvolle Betriebserfahrung sammelt.

Prozessablauf nach dem Guss:

1. Wärmebehandlung (derzeit laufend)
2. Präzisionsbearbeitung der Pass- und Dichtflächen
3. EDM-Bearbeitung (Electrical Discharge Machining) zur Einbringung der Kühlschlitze
4. Abschließende EDM-Bearbeitung zur Ausarbeitung der Detailgeometrien für metallische Dichtringe
5. Qualitätsprüfung und Vorbereitung zur Triebwerksmontage

Ringbrennkammer: Zwei Jahre Entwicklungsarbeit, bereit zur Montage

Die Ringbrennkammer stellt eine der anspruchsvollsten Herausforderungen des Wärmemanagements innerhalb des Triebwerks dar. Sämtliche Komponenten für drei vollständige Brennkammer-Baugruppen sind nun gefertigt und bereit für die Endmontage.

Das umfangreiche Komponentenportfolio beinhaltet:

• Innenringe – Rollgeformt, präzise dimensioniert und mit exakt positionierten Bohrungen versehen
• Außenringe – Mit Gleitverbindungen zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung während des Betriebs
• Verbindungsringe – Konstruiert, um der Brennkammer das „Atmen“ zu ermöglichen, wenn die Metalltemperaturen extreme Werte erreichen
• Komplexe Pressteile – Tiefgezogene Bauteile, entwickelt durch eine Kombination aus Simulationsverfahren und experimentellen Methoden
• Brennkammerkopf-Baugruppe – Vollständig ausgestattet mit Prallkühlungsbohrungen und Hitzeschildelementen
• Schwanenhals-Elemente – Tiefgezogene Komponenten, deren Wölbung präzise in den Einlass des Turbinenleitschaufelkranzes übergeht

Jeder Ring wurde mit engsten Toleranzen gefertigt und weist ein einzigartiges, präzise kontrolliertes Profil auf. Die Möglichkeit, Brennkammerkonfigurationen während der Testläufe schnell auszutauschen – insbesondere zur Anpassung der primären und sekundären Mischluftbohrungen sowie der Prallkühlungsmuster – bietet entscheidende Flexibilität, ohne dass komplette Neufertigungen erforderlich sind.

Leitschaufeldiffusor und kritische Triebwerkskomponenten kurz vor der Fertigstellung

Der Leitschaufeldiffusor – eine entscheidende Komponente zur präzisen Konditionierung des Verdichterluftstroms – durchläuft derzeit seinen finalen Fertigungsschritt: einen Hartlötprozess, der voraussichtlich in wenigen Tagen abgeschlossen sein wird.

Weitere Komponenten kurz vor Abschluss der Fertigung:

• Drei vollständige Sätze Hochdruck-Turbinenschaufeln – Gegossen, spanend bearbeitet, geschliffen und funkenerodiert (EDM), mit Elementen zur Drahtsicherung versehen und vollständig durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (NDT) validiert.
• Niederdruck-Turbinenschaufeln – Drei Triebwerkssätze, gegossen und wärmebehandelt, bereit für die finale spanende Bearbeitung und das Präzisionsschleifen der Tannenbaumprofile.
• Hochdrehzahllager – Maßgefertigte, geteilte Lager, ausgelegt für die höchsten Drehzahlen im Luftfahrzeug, ausgestattet mit Präzisionskäfigen und hochwertigen Wälzkörpern.

Fertigungserkenntnisse treiben Produktionsoptimierungen voran

Ein zentraler Aspekt der Prototypenfertigung besteht darin, Konstruktionsmerkmale zu identifizieren und zu eliminieren, die Fertigungsschwierigkeiten oder Kostennachteile verursachen.

Fallstudie: Neukonstruktion des Zwischenwellenzapfens

Das ursprüngliche Design sah Langlöcher in der Welle vor, um den Strömungsdrall im Sekundärluftsystem beim Übergang von stationären zu rotierenden Komponenten zu kontrollieren. Aufgrund von Beschränkungen der Werkzeuggröße erforderten diese Aussparungen stundenlange Bearbeitungszeiten und trieben die Fertigungskosten erheblich in die Höhe.

Die Lösung:

• Ersatz der Langlöcher durch eine größere Anzahl von Rundlöchern
• Rundlöcher lassen sich einfach bohren, was die Bearbeitungszeit drastisch reduziert
• Anpassung des Sekundärluftsystems an die Konstruktionsänderung
• Seriennahes Design übernommen und in die Komponenten des Testtriebwerks integriert
• Dieser iterative Verbesserungsprozess stellt sicher, dass Prototypenteile der Serienrealität so nah wie möglich kommen, und vermeidet so kostspielige Neukonstruktionen nach den ersten Testphasen.

Für die Instrumentierung vorbereitete Prototypengehäuse

Um eine lückenlose Überwachung während der ersten Testläufe zu gewährleisten, werden mehrere Triebwerksgehäuse mithilfe modernster 3D-Drucktechnologie gefertigt.

Zentrale 3D-gedruckte Komponenten in der Fertigung:

• Überarbeitetes Brennkammergehäuse– Integriert das neueste Kraftstoffeinspritzsystem, das Flammrohr sowie umfangreiche Instrumentierungsanschlüsse zur Überwachung
• Zwischenkanalgehäuse– Leitet den Gasstrom vom Gasgenerator zur Leistungsturbine
• Aluminium-Frontgehäuse– Bilden den glatten, strömungsoptimierten Einlass und beherbergen das Hilfsgerätegetriebe (zum Antrieb von Ölpumpe, Kraftstoffpumpe und Nebenaggregaten)

Diese 3D-gedruckten Komponenten ermöglichen schnelle Iterationszyklen und bieten präzise Befestigungspunkte für die umfangreiche Instrumentierung, die erforderlich ist, um das Triebwerksverhalten in den entscheidenden frühen Testphasen exakt zu analysieren.

Schaffung einer sicheren, kontrollierten Testumgebung

Der erstmalige Betrieb eines Turbinentriebwerks – insbesondere in Teilmontagekonfigurationen – stellt erhebliche Herausforderungen dar, die weit über das eigentliche Triebwerk hinausgehen.

Aktuell umgesetzte Anforderungen an die Testanlage:

Akustikmanagement:

• Maßgefertigtes Akustikgehäuse
• Abgasbehandlungssystem zur Dämpfung des Abgasstrahlgeräuschs
• Der anfängliche Betrieb des Gasgenerators – im Wesentlichen ein Turbojet-Triebwerk ohne Leistungsturbine – wird eine extreme Geräuschentwicklung erzeugen.
• Die Geräuschentwicklung wird deutlich besser beherrschbar, sobald die Leistungsturbine installiert ist und Energie aufnimmt.

Betriebliche Flexibilität:

• Anpassbare Montagesysteme für verschiedene Triebwerkskonfigurationen
• Instrumentierungsinfrastruktur zur umfassenden Datenerfassung
• Variable Betriebsprotokolle für unterschiedliche Testphasen
• Ein 10.000-Liter-Kerosintank ist nun für ausgedehnte Dauerlauftests betriebsbereit.

Der Ausbau der Prüfzelle beginnt in der kommenden Woche in vollem Umfang, wobei die gesamte Infrastruktur parallel zu den finalen Vorbereitungen der Triebwerksmontage zusammengeführt wird.

Brennkammertests: Risikominimierung bei der Erstzündung des Triebwerks

Vor der Erstzündung des vollständigen GT50-Triebwerks werden umfangreiche Brennkammertests in einer eigens dafür eingerichteten, umfassend modernisierten Prüfanlage durchgeführt.

Aktueller Fokus der Brennkammerentwicklung:

• Validierung des Kraftstoffsystems – Tests mit Kraftstoffdüsen und Hochdruck-Kraftstoffsystemen nach exakter Serienspezifikation
• Kalibrierung der Verbrennungsparameter – Ermittlung der optimalen Einstellungen für eine zuverlässige Erstzündung und einen stabilen Bodenleerlauf
• Komponentenoptimierung – Feinabstimmung der Bohrungsmuster im Flammrohr, der Düsendimensionierung, der Kraftstoffeinspritzdrücke sowie der Drallerzeugergeometrie
• Risikominimierung – Nachweis der Verbrennungseigenschaften unter kontrollierten Bedingungen vor dem Einsatz des Prototyp-Triebwerks

Die auf diesem Prüfstand validierten Parameter werden in das Steuerungssystem des GT50 programmiert und reduzieren das Risiko von Beschädigungen während der entscheidenden ersten Momente der Erstzündung des Prototyp-Triebwerks erheblich.

Crashsichere Besatzungssitze erreichen Serienreife

Während die Triebwerksentwicklung im Mittelpunkt steht, schreitet die Entwicklung der HX50-Helikopterplattform parallel voran – insbesondere im Bereich der Sicherheit und des Komforts der Besatzungssitze.

Aktuelle Meilensteine in der Entwicklung der Besatzungssitze:

Weiterentwicklung der Fertigungsprozesse:

• Werkzeuge für die Carbon-Sitzschalen durch mehrere Iterationen optimiert
• Konstante Aushärtung und Qualitätskontrolle etabliert
• Repräsentatives Werkzeug für Carbon-Sitzschalen fertigt durchgehend gleichmäßige Rückschalen
• Vorbehandelte Schaumstoffkerne mit Klebefilm für die Carbon-Ummantelung vorbereitet
• Aushärteverfahren in geschlossenen Werkzeugen validiert

Erfolge im Komfort-Engineering:

• Umfangreiche Ergonomietests zur Optimierung von Sitzwinkel, Lehnenneigung und Lordosenstütze
• Anatomisch korrekte Verteilung der Schaumstoffdichte und Variation der Materialstärke
• Carbon-angereicherte Schaumstoffe in Luftfahrtqualität, die Anforderungen an Flammhemmung und Toxizität erfüllen
• Präzisionsgefertigte Schaumstoff-Prototypen durch Anwendertests validiert
• Konzept für die Serienpolsterung unter Verwendung von Bonded Leather entwickelt

Ergebnisse des ersten Prototyps:

• Erste vollständige Carbon-Sitzschale mit anatomisch geformtem Schaumstoff kürzlich fertiggestellt
• Befestigungsnuten für eine passgenaue Polstermontage integriert
• Leder-Farboptionen nach Serienspezifikation werden derzeit evaluiert
• Ästhetik der oberen Polsterung wird weiter verfeinert
• Aus einer Hochleistungs-Luftfahrtlegierung gefräste metallische Sitzbeine (in der Serienfertigung kommt Feinguss zum Einsatz)

Das Sitzfederungssystem, die Energieabsorber und die Bodenbefestigungsmechanismen durchlaufen derzeit die Entwicklungsphase; zur Validierung mittels Struktur- und Crashtests sind 12 Testeinheiten vorgesehen.

Composite-Hauptrotorblätter

Das Composite-Team hat bei der Fertigung der Hauptrotorblätter des HX50 signifikante Fortschritte erzielt und die Fertigung von Blatt Nummer sechs mit umfassenden Qualitätsprüfungen erfolgreich abgeschlossen.

Validierung des Fertigungsprozesses der Rotorblätter:

Abgeschlossene Fertigungsschritte an Blatt sechs:

• Vollständiger Laminierplan umgesetzt
• Aushärtungsprozess abgeschlossen
• Entformung und geometrische Prüfung
• Schnittprüfungen an kritischen Querschnitten
• Entnahme von Ein-Meter-Prüfabschnitten für Strukturprüfungen

Methoden zur Qualitätsprüfung:

• Längsschnitte des Rotorblatts zur Untersuchung der Integrität des Carbonlaminats
• Untersuchung der massiven Blattwurzelbereiche auf Konsolidierungsqualität
• Inspektion der Übergangszonen zu den schlankeren Blattprofilbereichen
• Validierung der Fertigungskonsistenz über mehrere Blätter hinweg

Nächste Entwicklungsphasen:

• Porositätserkennung und Fehlercharakterisierung
• Qualifizierung der Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung (NDT)
• Prüfprotokolle für die Serienfertigung
• Qualitätssicherungsverfahren für die Großserienfertigung

Die konstant erzielte hohe Qualität belegt, dass der Formgebungsprozess der Rotorblätter stabil ist und zuverlässig flugtaugliche Komponenten hervorbringt.

Klimasystem: Validierungstests im Originalmaßstab

Das Klimasystem des HX50 auf Automobilniveau – eine Seltenheit in der Klasse der Leichthubschrauber – wird mithilfe des vierten Rumpfprototyps als dedizierte Testplattform umfassend validiert.

Validierungsansatz für das Klimasystem:

• Einbau von Bodenstrukturen sowie kompletten Tür- und Kabinenverkleidungssystemen in den Testrumpf
• Montage der kompletten Verdampfer- und Kondensatorbaugruppen
• Integration der gesamten Luftführungstechnik mit umfassender Instrumentierung
• Erprobung in der MIRA-Klimakammer über den gesamten Betriebstemperaturbereich
• Validierung der Heiz-, Kühl- und Belüftungsleistung vor der Integration in den Gen2-Serienrumpf

Dieser systematische Ansatz gewährleistet die einwandfreie Funktion des Klimasystems unter sämtlichen Umgebungsbedingungen, denen der HX50 im Betrieb ausgesetzt sein wird, und vermeidet kostspielige Nachbesserungen nach der tiefgreifenden Integration in das Serienluftfahrzeug.