GT50-Triebwerkserprobung: Fortschritte auf dem Weg zur Vollleistung

Neben der detaillierten Schmierstoffkartierung haben wir das Verbrennungssystem verfeinert und die automatische Startsequenz für unser FADEC getestet. Jeder Schritt vermittelt uns ein klareres Bild davon, wie sich das Triebwerk verhält, bevor wir es weiter belasten.

Die Kartierung des Triebwerks – Betriebspunkt für Betriebspunkt

Wir haben eine Reihe umfassender Tests abgeschlossen, bei denen wir wichtige Funktionen und kritische Parameter für alle bisher untersuchten Betriebspunkte geprüft haben. Mehrere mehrstündige Läufe haben es den Triebwerkssystemen ermöglicht, sich in stationäre Betriebszustände einzupendeln und das thermische Gleichgewicht zu erreichen.

Ein Großteil unserer jüngsten Arbeit hat sich auf die detaillierten Schmieranforderungen der Lager, Zahnräder und anderer kritischer Bereiche konzentriert. Diese Messungen ermöglichen es uns, die Installation unserer eigenen Ölpumpe an der Vorderseite des Triebwerks zu optimieren. Bevor wir die Anforderungen an das GT50 erhöhen, müssen wir verstehen, was in seinen inneren Hohlräumen und Schmiersystemen vorgeht, und sicherstellen, dass jeder Bereich die erforderliche Versorgung erhält.

Es stehen noch einige wenige Testläufe des Schmiersystems aus, um diese Phase abzuschließen – danach werden wir in der Lage sein, das GT50 auf 100 % Leistung hochzufahren.

Die Ergebnisse sind ermutigend. Der Betrieb verläuft reibungslos, und die Kern- sowie Hohlraumtemperaturen liegen weitgehend dort, wo wir sie erwartet haben. Wir haben die letzten kleinen Öllecks behoben, die während der ersten Läufe festgestellt wurden, und die internen Öldichtungen arbeiten zuverlässig. Bei jeder Laststeigerung verhalten sich Verdichter, Diffusor und Turbinenschaufeln genau wie vorgesehen.

Die Aufgabe besteht nun darin, auf diesen Grundlagen methodisch aufzubauen, anstatt Schritte zu überspringen.

Ein breiterer, stabilerer Verbrennungsbereich

Parallel zu den Kerntriebwerkstests haben wir sowohl die Luft- als auch die Kraftstoffseite des Verbrennungssystems kontinuierlich verfeinert. An unserem Rufus-3-Prüfstand haben wir verschiedene Drallerzeuger getestet und die Lochbilder des Flammrohrs optimiert, wobei wir das Feedback des GT50 als Leitfaden für diese Arbeit genutzt haben.

Die jüngste Phase dieser Tests lieferte eine optimierte Drallerzeugergeometrie. Unser Ziel war es, eine stabile Verbrennung über den größtmöglichen Bereich von Kraftstoff-Luft-Verhältnissen an jedem Betriebspunkt zu erreichen. Das ermöglicht die Zündung mit weniger Kraftstoff und eine gleichmäßige Beschleunigung über den gesamten Leistungsbereich – ohne dass die Flamme erlischt, weil das Gemisch zu fett oder zu mager ist.

Wir haben einen aktualisierten Satz Drallerzeuger und größere Kraftstoffdüsen in das Triebwerk eingebaut. Die Erkenntnisse aus Rufus 3 ließen sich direkt auf die GT50-Tests übertragen und lieferten drei wichtige Ergebnisse:

• Nahezu 100 % Verbrennungseffizienz am unteren Ende des Betriebsbereichs. Unter diesen anspruchsvollen Betriebsbedingungen wandeln wir den Kraftstoff praktisch vollständig in Wärme um.
• Der bislang größte am GT50 erreichte Betriebsbereich. Das Verbrennungssystem unterstützt einen breiteren Bereich stabilen Betriebs.
• Kühlere, einfachere und besser kontrollierte Zünd- und Startvorgänge. Dies hilft uns, das Triebwerk sanfter in den stationären Betrieb zu überführen.

Unsere jüngsten Testläufe haben sich auf die Abstimmung dieses Übergangs konzentriert: mit dem geringstmöglichen praktikablen Kraftstoffeinsatz, sanften Temperaturänderungen und einer gleichmäßigen Beschleunigung. Es gibt noch Details zu verfeinern, aber das Verbrennungssystem verhält sich nun im Großen und Ganzen so, wie wir es beabsichtigt hatten.

Kraftstoffdüsen mit einem Regelbereich von ca. 25:1

Ein kleines Triebwerk stellt besondere Anforderungen an seine Kraftstoffdüsen: Sie müssen zwei sehr unterschiedliche Betriebszustände beherrschen – einen niedrigen Kraftstoffdurchfluss für einen schonenden Kaltstart und einen deutlich höheren Durchfluss beim Annähern an die Vollleistung. Über diesen gesamten Bereich sind eine gute Zerstäubung und günstige Emissionseigenschaften erforderlich. Dies ist in der Baugröße des GT50 besonders anspruchsvoll – vor allem in Kombination mit einem modernen Ringbrennkammerkonzept, das für eine kompakte Triebwerkskonfiguration gewählt wurde.

Im vergangenen Jahr haben wir zahlreiche Fertigungsverfahren für die Düsen untersucht. Die neueste Düse am Prüfstand erreicht einen Regelbereich von ca. 25:1: Sie kann den Kraftstoffdurchfluss von etwa 4 % bis 100 % des Maximalwerts liefern.

Dies gelingt bei moderaten Kraftstoffdrücken. Das ist über die Düse selbst hinaus von Bedeutung, da es die Auslegung der Kraftstoffpumpe und des Kraftstoffzumessventils vereinfacht.

Am Prüfstand können wir den erforderlichen Kraftstoffdurchflussbereich demonstrieren und messen – vom Kaltstart bis zum höheren Durchfluss, der zur Erzeugung der vollen 500 PS benötigt wird.

Test der für unser FADEC vorgesehenen Startsequenz

Bis zu diesem Meilenstein wurden unsere Triebwerksläufe manuell gesteuert. Der Startergenerator sowie die Schmier- und Rückfördersysteme waren vollständig instrumentiert, doch unser Team behielt die manuelle Kontrolle, damit jeder Parameter einzeln abgestimmt werden konnte. Der Startvorgang erforderte außerdem die manuelle Koordination von Starter, Zündung und Kraftstoffzufuhr.

Bei unseren jüngsten Tests haben wir die für das FADEC entwickelte automatisierte Startsequenz implementiert. Zum ersten Mal startete das GT50 im Wesentlichen selbstständig – auf Knopfdruck.

Die Sequenz verlief gut koordiniert und erzeugte den bisher kühlsten Start, der am Triebwerk gemessen wurde. Es sind noch einige Abstimmungsarbeiten sowie Arbeiten an den Kraftstoffleitungen erforderlich, und mit der Erweiterung des Betriebsbereichs werden weitere Verfeinerungen notwendig sein. Dies ist ein ermutigender erster Schritt bei der Einführung vorläufiger FADEC-Funktionen und nicht der Abschluss des Triebwerksregelungsprogramms.

Vorbereitung der Prüfzelle für höhere Anforderungen

Mit zunehmender Triebwerksdrehzahl und Leistung muss sich auch der Prüfaufbau weiterentwickeln. Mehrere Änderungen sind im Gange, um den Prüfstand für den Betrieb bei höheren Drehzahlen und längere Testläufe vorzubereiten:

• Starre Verrohrung: Flexible Schläuche an heißeren Leitungen, einschließlich der Rückförderleitungen, wurden durch starre Rohrleitungen ersetzt, die an die externen Wärmetauscher angeschlossen sind.
• Änderungen am Kraftstoffsystem: Die Modifikationen tragen den größeren Einspritzdüsen und deren Steuerung Rechnung.
• Dosierter Lufteinlass: Die Einlassbaugruppe und ihre Instrumentierung sind fertiggestellt; die Montage steht noch aus.
• Abgasbehandlung: Ein Abgasschalldämpfersystem und eine entsprechende Kanalführung werden gebaut, um die Abgase am Container entlangzuleiten und sicher über das Dach abzuführen.

Wir rechnen mit etwa ein bis zwei weiteren Wochen Testbetrieb in dieser Konfiguration, bevor wir eine Betriebspause einplanen, um die Modifikationen zu installieren und die Prüfzelle für die bevorstehenden Hochdrehzahl- und Dauerläufe vorzubereiten.

Warum Triebwerksstunden derzeit noch nicht das wichtigste Fortschrittsmaß sind

An jedem Auslegungspunkt müssen Hunderte von Parametern überprüft werden. Kurze, gezielte Läufe ermöglichen es uns, das Triebwerk zu stabilisieren und Kavitätstemperaturen und -drücke, Vibrationspegel sowie Temperaturen und Drücke im Schmierölzulauf und -rücklauf zu messen.

Ein fünfminütiger Test kann eine Stunde, zwei Stunden oder einen halben Tag an Vorbereitung, Umkonfiguration und Analyse erfordern, bevor der nächste Lauf beginnt. Die Betriebsstunden steigen in dieser Phase langsam, während unser Verständnis des Triebwerks rasch zunimmt.

Diese Arbeit gibt uns die Zuversicht, Drehzahl und Leistung zu steigern. Wir nehmen weitere Triebwerkssysteme in Betrieb, testen und kalibrieren sie und überprüfen, ob die Komponenten ihre vorgesehenen Funktionen unter den jeweiligen Betriebsbedingungen erfüllen.

Wir rechnen mit ungefähr zwei bis vier weiteren Wochen der Systemcharakterisierung bis hin zu 100 % Leistung, gefolgt von einer Demontage und Inspektion vor den Dauerlauftests. In dieser Phase planen wir einen Betrieb von mindestens 10 Stunden pro Tag, sodass die akkumulierten Stunden schnell ansteigen sollten.

Triebwerk zwei in Produktion, Triebwerk drei geplant

Da das erste Triebwerk so hervorragend funktioniert und für die rotierenden Kernbaugruppen keine wesentlichen Konstruktionsänderungen erforderlich sind, ist die Produktion von Triebwerk zwei in der Fertigungshalle bereits in vollem Gange. Wir erwarten, dass Triebwerk zwei gegen Jahresende oder Anfang Januar fertiggestellt sein wird, während der Produktionsbeginn von Triebwerk drei für kurz darauf geplant ist.

Zusätzliche Triebwerke erfüllen zwei Zwecke. Sie dienen als Reserve für den Fall, dass härtere Tests zu Schäden führen, denn manche Fragen lassen sich nur beantworten, indem das Triebwerk höheren Belastungen ausgesetzt wird. Außerdem ermöglichen sie es uns, die Langzeittests durch die Aufteilung verschiedener Aufgaben zu beschleunigen.

Wenn zwei Triebwerke zur Verfügung stehen, kann das eine zum Sammeln von Betriebsstunden und für bestimmte Betriebszyklen eingesetzt werden, während das andere wiederholte Start-Stopp-Zyklen durchläuft. Das gibt uns mehr Spielraum, um Dauerbelastung und wiederholte Startvorgänge parallel zu testen.

Ein Update zur HX50

Während die Triebwerkstests derzeit im Mittelpunkt stehen, ist die Entwicklung der HX50-Zelle ebenso schnell vorangeschritten.

In unserem nächsten Update richten wir den Fokus wieder auf das Luftfahrzeug selbst und berichten detailliert über die Fortschritte bei der Herstellung von Verbundwerkstoff-Rotorblättern, bei den aufprallsicheren Sitzen, bei den integrierten Servoaktuatoren und der Flugsteuerung, bei den Strukturtests des Fahrwerks sowie über die Einführung der produktionsreifen Rumpfstruktur der Generation 2.