Produkt- und Technologie- Entwicklung bei MTU. Rainer Walther MTU Aero Engines GmbH München

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1 Produkt- und Technologie- Entwicklung bei MTU Rainer Walther MTU Aero Engines GmbH München

2 Technologischer Status 100 Jahre Motorflug Jahre Technologie-Entwicklung Erster Motorflug der Wright Brothers am 17. Dez., 1903 in inkitty Hawk, North Carolina: 50 50m in in10 10sec 4-Zylinder-Motor mit 12 12PS Leistung und Kettenantrieb GP7000: 4 x lbf Startschub für die A380 Hohe Wirtschaftlichkeit & Umweltverträglichkeit Brennstoffverbrauch < 3 l l / Passagier / 100 km Ein gewaltiger Fortschritt in inder Antriebstechnologie ermöglichte die rasche Entwicklung des modernen Luftverkehrs zum umweltfreundlichen, sicheren und erschwinglichen Transportmittel für Jedermann 2

3 Technologischer Status Maschinen mit überlegener Leistungsdichte Niederdruckverdichter EJ200 Antriebsleistung: 11 MW = 100 x Oberklassen-Limousine L = 0.65 m Ziviltriebwerk GP7000 Strahlleistung: 40 MW = 6 x L = 4.75 m Moderne Hochleistungslokomotive 3

4 Technologischer Status Gesteigerte Wirtschaftlichkeit durch fortschrittliche Antriebskonzepte 2nd Generation BPR=4-6, PW2037 (B757) % Reduzierung im spez. Brennstoffverbrauch Referenz % % % Neue Architekturen 3rd Generation BPR=7-8, PW4084, GE90 (B777) 4th Generation Conventional Turbofan BPR >8, GP7000, Trent 900 5th Generation BPR>10, Trent 1000, GEnX Geared Turbofan BPR % ACARE Ziel Jahr CRISP* BPR 20 * Counter-Rotating Integrated Shrouded Propfan 4

5 Konventionelle Triebwerksarchitekturen Fortschrittlicher, konventioneller Turbofan Erhöhtes Bypass Verhältnis, 8 + Fortschrittliche Komponenten Verbesserter Wirkungsgrad Minimale Stufen- & Schaufelzahlen Mehr Lebensdauerzyklen Minimale Lärmemissionen Fortschrittliche Materialien Verbesserter Kreisprozeß Höheres OPR, TET Höher belastetes Kern-TW Fortschrittliche Fan-Auslegung Swept fan Gewichtsparende Hybrid-Bauweise (CFK, Titan) Fortschrittliche Brennkammer-Technologie Low-NO X (RQL, LPP, staged) Technologische Vorteile: ~10% + Reduzierung im Brennstoffverbrauch db Reduzierung in den Lärmemissionen, rel. stage 4 50% Reduzierung in den NO X -Emissionen, rel. CAEP % Reduzierung in den Wartungskosten 5

6 Innovative Triebwerksarchitekturen PW 578-DX: PW & Allison Open Rotor Demonstrator Pusher -Konfiguration Unducted Fan PW578-DX: Gegenläufige Rotoren, angetrieben über Untersetzungsgetriebe zwischen NDT und Propfan-Beschaufelung Flugerprobung in inden 80 ern mit einer MD-80: Extrem starker Kabinenlärm Einstellung der Entwicklungen wegen stark fallender Brennstoffpreise Jedoch: Wiederaufnahme technologischer Untersuchungen im imrahmen des EU-Programmes DREAM 6

7 Innovative Triebwerksarchitekturen Besondere Herausforderungen des Open Rotor mit BPR > 40 Fortschrittliche Flugzeugkonzepte können Lärm- und Integrationsprobleme nur bedingt reduzieren Vorteile im Brennstoffverbrauch werden mit einer Reihe schwerwiegender Nachteile erkauft: 20% + Reduzierung im Brennstoffverbrauch Erhöhte Lärmemissionen, unangenehm hoher Kabinenlärmpegel Anregung starker Strukturschwingungen Schwierige Zellenintegration bei Rotordurchmesser > 4. m Erhöhte Wartungskosten (Verstellrotoren, gegenläufige Turbine, ) Vogelschlagproblem bei Pusher -Konfiguration Uncontainment des Fans (Nachweis der Vogelschlagverträglichkeit ) 7

8 Innovative Triebwerksarchitekturen Eine innovative Kompromisslösung: Der Getriebe-Fan von PW & MTU Hochbelastetes Kerntriebwerk Schnelllaufender ND- Verdichter geringer Stufenzahl Schnelllaufende ND- Turbine geringer Stufenzahl Untersetzungsgetriebe Hoch-Bypass-Verhältnis 12 + Niedergeschwindigkeits-Fan Technologische Vorteile: 15% Reduzierung im Brennstoffverbrauch db Reduzierung der Lärmemissionen, rel. Stufe 4 50% Reduzierung der NO X -Emissionen, rel. CAEP % Reduzierung der Wartungskosten durch geringe Stufenzahlen in inden ND-Komponenten 8

9 Innovative Triebwerksarchitekturen Umweltfreundlich durch starke Reduzierung der Lärmemissionen Internationaler Flughafen München (MUC) Heutiges Flugzeug Flugzeug nächster Generation mit Getriebefan Noise Simulation: Pratt & Whitney Als Folge reduzierter Fan- und Strahlgeschwindigkeiten: Wesentliche Reduzierung der Lärmbelastung in Flughafenumgebung Simulationsbeispiel: Verkleinerung des mit 75dB beaufschlagten Lärmabdruckes um 72 % 9

10 Innovative Triebwerksarchitekturen Vorteilhafter Antrieb für vielfältige Anwendungen Mitsubishi MRJ Sitze PW1217G: klbs Leadkunde: ANA Bombardier CSeries Sitze PW1524G: 24 klbs Leadkunde: DLH A320 / B737 Nachfolger 30 klbs Schub Erfolgreiche Flugerprobung des PurePower PW1000G mit B747 und A340 Erste Anwendungen in inmodernen single aisle Flugzeugen (EIS 2013) Große, wirtschaftliche Vorteile auch für wide bodies mit hohem, absoluten Brennstoffverbrauch (Langstreckeneinsatz) Keine Integrationseinschränkungen für Single Aisle Anwendungen 10

11 Innovative Triebwerksarchitekturen MTU s Technologie - Programm CLAIRE CLean AIR Engine Technology Program 100 Base CLAIRE 1 CLAIRE 2 CLAIRE 3 CO 2 % 90 bis zu 15% bis zu 20% bis zu 30% 80 ACARE-Zielwert Triebwerke 70 V2500 Geared Turbofan CRISP* IRA-Propfan** * Counter-Rotating Integrated Shrouded Propfan ** Intercooled recuperated ab ab 2035 MTU bereitet innovative Technologien zur weiteren Einsparung im Brennstoffverbrauch und zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit der Triebwerke vor 11

12 Technology Development - Turbine Recent Example for outstanding Turbine-Technology: The GP7000 Engine - Powering A380 LP-Turbine Test-Rig demonstrating outstanding performance 1st delivery to Emirates Airlines Hamburg, July 28, 2008 GP7000 Engine: MTU: Programme share 22.5 % Partner: General Electric Pratt & Whitney Snecma Engine certification January

13 Technology Development - Manufacturing Aero Engines: Strong Opportunities for adding extremly high Values GP7000 Turbine Turbine Blade: Blade: 66 K K Turbine Turbine Disk: Disk: K K Low Low pressure pressure Turbine: Turbine: K K 44 Engines Engines of of klbs klbs Thrust Thrust for Airbus 380: 24 Mill. for Airbus 380: 24 Mill. Extreme Extreme requirements requirements with with respect respect to to performance, performance, reliability reliability & & life life cycles cycles in in combination combination with with first first class class materials and topquality manufacturing & repair processes guarantee highest adding values materials and top- quality manufacturing & repair processes guarantee highest adding values 13

14 Technology Development - Manufacturing Economic and Excellent Quality Manufacturing Technology Example: Linear Friction Welding (LFW) + EJ200 All-BLISK Fan Stage 1 & 2 joint by LFW Linear Friction Welding Plant at MTU Linear Friction Welding: Welding energy generated by oscillating relative vibration motions: Pressure MPa, frequency Htz, amplitude +/ mm New parts production and repair Extremely cost-effective process for large blades Outstanding weld quality and excellent HCF- and LCF-strengths 14

15 Technology Development - Repair Economic and Materials Saving Repair Technology CoC Maintenance, Repair, Overhaul MRO, University Hannover Patching of compressor Blisks by Wolfram Plasma Arc Welding Adaptive Repair Milling to rebuild airfoil shape Final optical geometry inspection Build-up of TiAl LPT bladings by Laser Beam Welding Repair of HPT blading tip protection layers including Cubic-Boron-Nitride (CBN) particles as hard-facing Development of High-Tec Repair Processes: Innovative repair processes for high-value engine parts, i. i. e. Blisks, turbine bladings, w / o any compromise to quality and module performance Economical and considerate consumption of high priced materials Substantial reduction of engine life-cycle costs Strong growth & increasing market potential 15