Turbomaschinen

Die Sicherheit stellt sich gerade bei Flugtriebwerken als Daueraufgabe. Die Schadensverhütung wird deshalb zur besonderen Herausforderung. Bewusst wird von mehreren Ursachen und nicht von einer einzelnen ausgegangen. Eine gezielte Schadensverhütung setzt die Kenntnis der schadensursächlichen Einflüsse und deren Zusammenwirken voraus. Eine Voraussetzung um Schäden und Unfälle zu vermeiden ist die Analyse der Ursachen. Die so gewonnen Erfahrungen und Lehrern werden von Konstrukteuren umgesetzt, fließen in die Auslegung ein, werden in der Fertigung realisiert, mit der Qualitätskontrolle abgesichert, durch Versuche nachgewiesen und bei Wartung und Reparatur erhalten.

Um die Vielfalt möglicher Ursachen zu erkennen und ausreichend sicher zu bewerten, ist ein hohes Maß an Fachkunde auf den verschiedensten technischen Gebieten notwendig. Dies beginnt bei der Kenntnis von Fachbegriffen und den Untersuchungsmethoden und hört beim Wissen über das Betriebsverhalten der Triebwerke und ihrer Komponenten sowie den technischen Zusammenhängen nicht auf. Was häufig unterschätzt wird, ist die notwendige Erfahrung für die Aufklärung bzw. Untersuchung von Problemen und Schäden als Voraussetzung für deren Vermeidung. Erfahrung wird am intensivsten durch bewusst erlebtes und verstandenes Geschehen gesammelt. Das nachvollzogene Beispiel und besonders der visuelle Eindruck sind prägend. Deshalb wird in den hier vorliegenden Bänden die bildliche Darstellung der Schäden, Probleme und Abläufe intensiv genutzt und echte Beispiele aus der zugänglichen Literatur im Original zitiert.

Selbst wenn ausreichende Kenntnisse über die allgemeinen Funktionen und das Betriebsverhalten vorliegen, so ist es für die Bearbeitung und Lösung von Triebwerksproblemen von großem Vorteil, wenn man sich bereits intensiv mit dem betroffenen Triebwerkstyp beschäftigt hat. Man darf davon ausgehen, daß jede Maschine ihre besonderen Schwachstellen hat, die nicht selten mit herstellertypischen Konstruktionsprinzipien in Zusammenhang stehen.

Andererseits ist es nicht unbedingt von Vorteil, wenn die für eine Triebwerksentwicklung direkt Verantwortlichen, wie z.B. Konstrukteure oder Versuchsingenieure, die Analysen leitend vornehmen. Nicht auszuschließen ist dann, dass sie sich von lieb gewordenen Vorstellungen nicht lösen können. Dann besteht die Gefahr des „Kurierens von Symptomen“, anstatt das Problem selbst zu eliminieren. So können mehr Iterationsschritte bis zu einer Lösung des Problems notwendig werden. Damit wird wertvolle Zeit, Geld und Prestige riskiert. Es sollten jedoch auf keinen Fall Änderungen vorgenommen werden, ohne dass eine ausreichende Schadensanalyse vorliegt.

Da die Sicherheit der Triebwerke, wie auch diejenige vieler anderer komplexer Maschinen, eine evolutionäre Vorgehensweise erfordert und so immer auf Erfahrungen mit der angewandten Technologie oder der Komponente zurückgreift, werden die Änderungen in scheinbar kleinen Schritten erfolgen. Jede nicht evolutionäre Änderung oder eine die den Erfahrungshorizont zu weit überschreitet, birgt die Gefahr neuer Schäden und Unsicherheiten.

Aeronautical Engineering

Es wird eine Vielzahl von Ausbildungsmöglichkeiten, insbesondere auch Studiengänge an Hochschulen angeboten. Dabei fällt auf, dass im Bereich der Antriebe, d.h. Turbotriebwerke die 'maschinenbauliche' Fachliteratur recht begrenzt ist. Das gilt besonders für erfahrungsbasierte Beschreibungen sicherheitsrelevanter Einflüsse. Hierzu gehören Konstruktionsmerkmale, Fertigung, Qualitätssicherung, Betriebsbedingungen, Schäden, Probleme, Wartung, Reparatur und Überholung. Die Buchreihe "Die Sicherheit von Turbo Flugtriebwerken" behandelt erstmalig (?) in einem derart umfangreichen Werk diese Themen. Das lässt sie sich sowohl in der Ausbildung als Fachliteratur für Vorlesungen als auch in der Praxis hervorragend nutzen. Hierfür kann der umfangreiche Inhalt auf ca. 4 500 Seiten in Form eines Wissensmanagements bereits auf Laptops mit einer standardmäßig mitgelieferten Software (z.B. Suchmaschine im Acrobat Reader) nutzen. Die nötigen Pdf-Files können dazu mit einer Nutzungslizenz erhalten werden (Informationen unterE-mail).

Risiko der Triebwerksentwicklung

Warum scheitert offenbar der Versuch eines Neueinstiegs in die Triebwerksentwicklung engagierter nationaler Projekte auch nach langjährigen Entwicklungsbemühungen?

Das entscheidende Problem scheint eine nicht ausreichende praktische Hardware Erfahrung. Sie kann nicht am Markt gekauft werden da damit die Existenzfrage der erfolgreichen Triebwerkshersteller berührt ist. So kommt es zur Überschätzung des Einsatzes von Berechnungen mit Computern im Rahmerm der Auslegung und Konstruktion. Geeignete Computerprogramme sind meist am Markt frei erhältlich. Diese erste Phase ist ein großer Fortschrift und heutzutage unersetzlich. Trotzdem ist die Sicherheit und Konkurrenzfähigkeit (Zuverlässigkeit, Mindestlebensdauer, Überholintervalle) unter realen Betriebsbedingungen nicht garantiert. Der eigentliche zeit- und kostenintensive Schritt kommt nach der ‘Papierphase’ als Hardwareentwicklung, Erprobung bis zur Zulassung. Dies kann Jahrzehnte ohne Garantieerfolg benötigen.

Was ist der Grund:

Entscheidend sind die bauteilspezifischen konstruktions- und herstellungsbedingten oft langzeitabhängigen Betriebseinflüsse. Sie wirken gegenseitig, was erfahrungsgemäß nicht mit der Berechnung befriedigend abgedeckt werden kann. Es ist also eine evolutionäre Entwicklung notwendig. Werden beispielsweise bei Ziviltriebwerken heute 20 000 Studen bis zur ersten Überholung mit entsprechenden Nachweisen verlangt wird die Problematik einer Eigenentwicklung ohne langjährige Erfahrungen mit eigenen Triebwerkskonzepten deutlich. Wenn also (falls dies überhaupt möglich ist) Erfahrungen und Know How eingekauft werden müssen ist mit sehr hohen Kosten (deutlich über der Auslegungsphase) zu rechnen. Diese orientieren sich eher nicht an Stundensätzen sondern an dem einzuschätzenden Wert der Erfahrung (ähnlich einer juristischen Beratung).

Empfohlenes Vorgehen:

Das Projekt einer Triebwerkseigenentwicklung muss in erster Linie den hohen Aufwand (Kosten und Zeit) der Hardwareentwicklung mit den erprobungsbasierten Nachweisen im Budget berücksichtigen. Die Kosten der Phase rechnerbasierter Auslegung sind dagegen eher gering.

Es müssen Erfahrungen mit Langzeitverhalten erarbeitet werden die auf eigenen Entwicklungen der Komponenten beruhen. Dieses anwendungsbasierte Wissen ist unerlässlich. Es ermöglicht sowohl die Abschätzung des Einflusses der Schadensmechanismen als auch die Ermittlung der bauteilspezifischen Schwachstellen und deren frühzeitige Identifikation.

Verglichen mit Berechnungsexperten (oft von Universitäten) ist die Verpflichtung von Hardware Spezialisten mit der notwendigen Erfahrung deutlich schwieriger um auf die angebotene Expertise rückzuschließen.

Was nicht erfolgversprechend ist:

Ein Nachbau erfolgreicher Konstruktionen von Mitbewerbern ist keine Alternative. Das gilt auch wenn z.B. eine langzeitige Lizenzfertigung und Betriebserfahrung vorliegt! Dies liegt z.B. daran, dass der Lizenzgeber sein Know How warum was wie gemacht wird aus Selbsterhaltung nicht preis giebt. Die bösen Überraschungen zeigen sich oft erst in Kombinatin mit Eigenentwicklungen bei Langzeiteinsatz unter realen Betriebsbedingungen.

Merke: Es gibt keinen billigen Weg zum OEM mit der Entwicklung von Flugtriebwerken!