Optimal temperiert

Maßgeschneiderter Überholungsumfang von Triebwerken

Flugzeugtriebwerke sind nicht nur für den Vortrieb verantwortlich, sie sind auch die Energielieferanten für alle wichtigen Flugzeugfunktionen – von der Steuerung bis zur Versorgung der Kabine. Trotz der immensen Beanspruchung sollen sie so zuverlässig arbeiten wie das sprichwörtliche Schweizer Uhrwerk. Als hochkomplexe und ausgesprochen kostenintensive Aggregate werden Triebwerke im Betrieb laufend überwacht und regelmäßig gewartet. Und wenn ein Triebwerk einmal vom Flügel abgebaut wird und zur Überholung in die Werkstätten kommt, hat es normalerweise viele Tausend Stunden in der Luft verbracht und Millionen von Kilometern zurückgelegt. Die Triebwerksüberholung selbst ist ein aufwändiger Vorgang, je nach Motormuster müssen bis zu 40.000 Teile geprüft und instandgesetzt werden. 

Um die Effizienz in der Überholung von Flugzeugtriebwerken nachhaltig verbessern zu können, sind sehr detaillierte Kenntnisse der internen Zusammenhänge im Motor unabdingbar. Bereits heute arbeitet Lufthansa Technik auf der Basis eines Instandhaltungskonzeptes, das auf einer stetigen Überwachung wichtiger Bauteile beruht. So können Teile „on condition", also zustandsabhängig ausgetauscht werden. Eine weitere Effizienzsteigerung lässt sich dadurch erreichen, dass nicht nur der Zustand einzelner Bauteile bekannt ist, sondern auch deren Auswirkung auf das Verhalten des gesamten Triebwerks exakt angegeben werden kann. Durch diese Verknüpfung des Bauteilzustandes mit dem Betriebsverhalten des Triebwerks ist es möglich, kritische Bauteile zu identifizieren und dann gezielt zu bearbeiten. Darüber hinaus lässt sich der tatsächliche Zustand eines Triebwerks und der individuellen Module durch einen geeigneten Testlauf genauer ermitteln.

Der Fokus der Triebwerkshersteller liegt jedoch primär auf der Entwicklung von Technologien für neue Triebwerksmuster und weniger auf innovativen Verfahren, die zusätzliche Effizienzpotentiale für die Instandhaltung schaffen könnten. Das gilt insbesondere für nicht mehr in Produktion befindliche Triebwerksmuster wie das CFM56-5A oder -5C, die an älteren Flugzeugen der Airbus A320-Familie beziehungsweise den A340-300 im Einsatz sind.

Mit dem dreijährigen Innovationsprojekt „Engine Performance Analysis" hat sich Lufthansa Technik daher der Optimierung der Triebwerksinstandhaltung für das CFM56-5C verschrieben. Ziel war es, durch gezielte Untersuchungen eigene Erkenntnisse über den Einfluss bestimmter Bauteile auf die Leistung des Triebwerks zu gewinnen und sich damit von den Daten und Angaben des Triebwerksherstellers unabhängig zu machen. Die so gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es, die thermodynamische Güte und damit den Wirkungsgrad überholter Motoren zu steigern. Ein verbesserter Wirkungsgrad führt wiederum zu reduzierten Abgastemperaturen, geringerem Kraftstoffverbrauch, einer verringerten Schadenshäufigkeit und somit dank größerer Überholungsintervalle zu einer kostengünstigeren Instandhaltung. Die Ergebnisse des Projekts sollen über das CFM56-5C hinaus zukünftig auch für andere Triebwerkstypen genutzt werden.

Im Rahmen des Innovationsprojekts wurde ein mehrschichtiges thermodynamisches Modell des Motors entwickelt, dass sowohl die detaillierte Analyse des Ist-Zustands als auch die gewünschte Verknüpfung des Bauteilzustands mit dem Betriebsverhalten des Motors ermöglicht. Dieses thermodynamische Modell besteht aus drei Ebenen: Erstens aus der Gesamtmotorebene, in der allgemeine Größen des Motors wie Schub, Kraftstoffverbrauch und Abgastemperatur (EGT = Exhaust Gas Temperature) ermittelt werden. Die zweite Ebene ist die modulare Ebene, für die eine vereinfachte Strömungssimulation verwendet wird. Die dritte Ebene besteht aus detaillierten CFD-Strömungsmodellen (CFD/Computational Fluid Dynamics = numerische Strömungsmechanik) einzelner Bauteilgruppen. Um die Genauigkeit der Analyse während der Prüfläufe zu verbessern, wurde außerdem eine verbesserte Instrumentierung für den Prüfstand entwickelt.

Die bei den bisher durchgeführten Arbeiten gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es zum einen, bei der Überholung gezielt die wichtigen Bauteile des Motors zu bearbeiten oder verbesserte Reparaturen zu entwickeln. Zum anderen besteht nun die Möglichkeit, basierend auf einem Eingangskontrolllauf in enger Abstimmung mit dem Kunden, einen individuellen Überholungsumfang festzulegen, um noch funktionssichere Bauteile wie beispielsweise teure Turbinenschaufeln länger nutzen oder den Einsatz von verfügbaren LLPs (Life Limited Parts = Teile mit begrenzter Lebensdauer) optimal verlängern zu können.

Die Ergebnisse der „Engine Performance Analysis" geben den Kunden die Möglichkeit, für jedes Triebwerk eine individuelle Überholung zu beauftragen. Viele Triebwerksteile müssen nun nicht mehr – ohne Berücksichtigung ihres technischen Zustands – zu festgelegten Zeitpunkten ausgetauscht werden. Darüber hinaus leistet das Innovationsprojekt auch einen großen Beitrag, um bessere Wirkungsgrade, geringeren Treibstoffverbrauch und damit geringere Abgasemissionen zu erreichen.