Wie sind Flugzeugtriebwerke aufgebaut?

Der Kolbenbenzinmotor war in den frühen Jahrzehnten der Luftfahrt die einzige verfügbare Option und treibt noch heute die überwiegende Mehrheit der Schul- und Reiseleichtflugzeuge an. Am häufigsten sind luftgekühlte Vierzylinder- oder Sechszylinder-Boxermotoren mit doppelter Zündung aus Sicherheitsgründen und Leistungen von 75 bis 300 kW (100 bis 400 PS). Sie treiben einen Propeller mit fester oder variabler Steigung an und verbrennen verbleites Flugbenzin, wobei sich der Wandel zu bleifreien Kraftstoffen und kerosinbetriebenen Dieselmotoren fortsetzt. Sie sind einfach und relativ günstig, verlieren aber mit der Höhe an Leistung, und ihre beweglichen Teile begrenzen ihre Zuverlässigkeit im Vergleich zu Turbinen.

Alle Luftfahrtturbinen teilen einen Kern: Ein Verdichter saugt Luft an und verdichtet sie, eine Brennkammer mischt sie mit Kerosin und verbrennt sie bei konstantem Druck, und eine Turbine entzieht den heißen Gasen Energie, um den Verdichter anzutreiben. Was sich unterscheidet, ist die Nutzung der übrigen Energie. Beim reinen Turbostrahltriebwerk tritt das gesamte Gas mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse aus: Es ist bei sehr hohen Geschwindigkeiten effizient und laut, und heute praktisch auf ältere militärische Anwendungen und Flugkörper beschränkt. Beim Turbofan treibt die Turbine zusätzlich einen großen vorderen Fan an, der eine viel größere Luftmasse um den Kern herum befördert; bei modernen Triebwerken stammt der Großteil des Schubs vom Fan, mit Nebenstromverhältnissen von 9:1 bis 12:1. Es ist das Triebwerk jedes aktuellen Verkehrsflugzeugs wegen seines moderaten Kraftstoffverbrauchs und begrenzten Lärms. Beim Turboprop treibt die Turbine über ein Untersetzungsgetriebe einen Propeller an: Es ist die effizienteste Lösung unterhalb von etwa 650 km/h und treibt Regional- und Frachtflugzeuge an. Das Turboshaft-Triebwerk ist die Variante, die Leistung über eine Welle abgibt, für Hubschrauber.

Ein aktuelles Turbofan-Triebwerk misst bis zu 3,4 m im Fan-Durchmesser, wie das GE9X der Boeing 777X, und erzeugt mehr als 450 kN Schub. Seine Turbinenschaufeln arbeiten in Gasen, die heißer sind als der Schmelzpunkt ihrer Legierung, dank interner Kühlkanäle und keramischer Beschichtungen. Verbundwerkstoffe im Fan, additive Fertigung und Getriebe zwischen Fan und Turbine, wie beim Pratt & Whitney PW1000G, haben den Kraftstoffverbrauch pro Sitzplatz im Vergleich zur vorherigen Generation um etwa 15 Prozent gesenkt. Am anderen Ende des Spektrums stehen Elektromotoren, die wegen der Energiedichte der Batterien noch auf kleine Flugzeuge und Demonstratoren beschränkt sind, sowie Hybridprojekte, die eine Turbine mit einem Generator kombinieren.