Triebwerk
Das Triebwerk eines Flugzeuges bilden alle Bauteile, die für den Antrieb verantwortlich sind. Alle Arten von Flugzeugtriebwerken sind Wärmekraftmaschinen.
Triebwerksarten
Flugzeugtriebwerke können nach der Art der Antriebsmaschine in Kolben- und Turbinentriebwerke und nach Art der Vortriebserzeugung in Luftschrauben- und Strahltriebwerke unterschieden werden. Im militärischen Bereich werden Raketentriebwerke genutzt.
Kolbentriebwerk
Kolbentriebwerke setzen einen Propeller (Luftschraube) in Bewegung. Anfangs wurden diese aus Holz gefertigt. Als Kolbenmotoren wurden meistens wasser- oder luftgekühlte Viertakt-Ottomotoren verwendet. Die Motoren waren allerdings wartungsaufwendig und mit den Propellern konnten die gewünschten Geschwindigkeiten nicht erreicht werden. Kolbentriebwerke findet man heute in den Bereichen der langsam fliegenden Transportflugzeugen und der Sport- und Ultraleichtflugzeuge.
Turbinentriebwerk
Die Turbinentriebwerke, oder auch Turboproptriebwerke, konnten den ersten Nachteil der Kolbentriebwerke überwinden. Sie werden daher für Transport- und Verkehrsflugzeuge für mittlere Reichweiten und Geschwindigkeiten bis 800km/h verwendet. Ein durch eine Turbine angetriebenes Propellertriebwerk wird auch Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerk , kurz PTL-Triebwerk, genannt. Diese arbeiten zuverlässiger als Ottomotoren, da sie eine geringere Zahl von beweglichen Teilen und demzufolge bei gleicher Leistung ein geringeres Gewicht besitzt. Die PTL-Triebwerke arbeiten leiser und ohne die typischen Kolbentriebwerksvibrationen, weil die Drehbewegung weitgehend gleichmäßiger ist, als die Auf- und Abbewegung der Kolben.
Strahltriebwerk
Strahltriebwerke, oder auch Düsentriebwerke, bringen bei einem geringen Kosten- und Wartungsaufwand eine spürbare Geschwindigkeits- und Reichweitensteigerung und werden deshalb sowohl in der Militärluftfahrt als auch in der Zivilluftfahrt verwendet. Strahltriebwerke nutzen das Rückstoßprinzip, bei dem ein schnelles Ausstoßen von Verbrennungsgasen in der einen Richtung einen Rückstoß in der entgegengesetzten Richtung bewirkt. Wird also der Abgasstrahl nach hinten ausgestoßen, dann wird das gesamte System nach vorn beschleunigt.
Raketentriebwerke
Raketentriebwerke gehören zu den Strahltriebwerken, unterscheiden sich jedoch darin, dass sie auch im luftleeren Raum funktionieren. Aus diesem Grund müssen beide Treibstoffkomponenten (der eigentliche Brennstoff und das Oxidationsmittel als Luftersatz) mitgeführt werden. Man unterscheidet zwischen Flüssigkeitsraketen und Feststoffraketen, je nachdem welchen Zustand die verwendeten Komponenten aufweisen. Raketentriebwerke werden ausschließlich in der Militärluftfahrt eingesetzt.
Funktionsweise und grundlegende Technik
Das Triebwerk erzeugt einen Schubstrahl, indem angesaugte Luft komprimiert und Treibstoff eingespritzt wird. Dabei kommt es zur Verbrennung des Treibstoffs und ein Abgasstrahl (Masse von verbranntem Treibstoff) tritt hinten aus dem Triebwerk aus. Die eigentliche Turbine, die wiederum den Kompressor am Triebwerkseingang antreibt, wird durch ein Rad mit Schaufeln angetrieben, welches sich im Abgasstrahl befindet. Somit arbeitet das Triebwerk effizient und treibt sich selbst fortwährend an. Der Kompressor des Triebwerks besteht aus mehreren Stufen, die jeweils für die Druckerhöhung der Luft verantwortlich sind. Jede dieser Stufen ist aus einem Rotor (Schaufelrad) und einem Statorrad (feststehender Kranz aus Schaufeln oder Leitblechen) aufgebaut. Der Turbinenteil ist genauso wie der Kompressor aufgebaut. Die Triebwerksschaufeln müssen aktiv gekühlt werden, da die Luft schon bei dem Eintritt in die Brennkammer eine Temperatur von über 600°C durch die vorherige Kompression erreicht. Beim Verbrennungsvorgang des Treibstoffs steigt sie auf über 2200°C. In dieser Temperaturspanne reichen selbst Superlegierungen alleine nicht mehr aus. Daher müssen die Triebwerksschaufel aktiv gekühlt werden, damit die Flamme die Brennkammerwand nicht berühren kann.
Szenario Triebwerkausfall
Die moderne Technik macht einen Triebwerkausfall mehr als unwahrscheinlich. Selbst wenn es dazu käme, befindet sich das Flugzeug nicht gleich im freien Fall. Die heutigen Luftfahrtzeuge sind so gebaut, dass sie für eine gewisse Zeit ohne die Kraft der Triebwerke weiterfliegen können. Zudem kommt es sehr selten vor, dass beide Triebwerke auf einmal ausfallen. Der Verlust eines Triebwerks kann problemlos vom Piloten ausgeglichen werden. Für den unwahrscheinlichen Fall eines kompletten Triebwerkausfalls werden die Piloten in der Ausbildung auf diesen Fall vorbereitet und trainiert im Gleitflug, also nur durch Segeln eine sichere Landung durchzuführen. Der Schwierigkeitsgrad der Gleitfluglandung hängt davon ab, wie hoch das Flugzeug fliegt (je höher, desto schwieriger). Dieses Manöver ist zwar schwierig, aber durchaus machbar.
Leerlauf des Triebwerks während des Fluges
Die Piloten schalten die Triebwerke des Flugzeugs während vielen Flügen absichtlich auf Leerlauf, da die modernen Passagierflugzeuge gleiten können. Im Leerlauf produziert das Triebwerk den minimalen Schub und somit entsprechend wenig Treibstoff. Auch zu Beginn des Sinkfluges werden die Triebwerke auf Leerlauf gestellt, wenn der Flugverkehr niedrig ist. Die ist ökonomisch und begünstigt die Reduzierung der Lärmbelästigung. Bei erhöhtem Flugverkehr blockieren oder kreuzen andere Flugzeuge den Flugweg.
Umweltbelastung
Aufgrund der höheren Temperaturen in den Brennkammern der modernen Flugzeugtriebwerke (im Vergleich zu den Kolbenmotoren) werden wesentlich größere Menschen Stickoxide produziert, womit erhebliche Umweltbelastungen auftreten. Die Emission findet in den obersten Schichten der Troposphäre (in ca. 10 - 12km Höhe) statt und somit können Stickoxide leicht in die Stratosphäre gelangen. Die Resultate können der Beitrag zur Vergrößerung des Ozonlochs, aber auch zur Erhöhung des Ozongehalts in tieferen Schichten der Troposphäre sein. Neben der Produktion der Stickoxide, werden bei der Verbrennung des Treibstoffs die Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf freigesetzt.
Lärmbelästigung
Die Lärmbelästigung ist vor allem für die Menschen am Erdboden nicht zu unterschätzen. Neben den Triebwerkgeräuschen kommt bei Überschallmaschinen noch der Überschallknall jenseits der Schallmauer hinzu. Der Fluglärm wird durch Nachtflugverbote in dicht besiedelte Regionen und steile Start- und Landeflugbahnen versucht einzudämmen.