Propeller erlebt ein Comeback, da der Flugverkehr eine grünere Zukunft sucht

Der Propeller – ein Relikt aus den Anfängen des Motorflugs vor mehr als einem Jahrhundert – erlebt ein Comeback als Sinnbild für die grünere Zukunft der Luftfahrt.

Rotoren vermehren sich in futuristischen Lufttaxis und Flugzeugprototypen, die mit Wasserstoff und Strom betrieben werden. Das Merkmal der alten Schule ist auch von zentraler Bedeutung für ein radikal neues Triebwerk, das eines Tages die Turbofans der heutigen Jetliner ersetzen könnte, da der Klimawandel die Industrie dazu drängt, sich durch Innovationen aus der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu befreien.

Dieses Design, das von General Electric Co. und der französischen Safran SA entwickelt wurde, könnte 20 bis 30 Prozent weniger Treibstoff bei ähnlichem oder weniger Lärm verbrauchen als ihr neuestes Angebot für Single-Aisle-Jets, sagen Führungskräfte. Sie wollen den Motor mit seinen riesigen wirbelnden Propellern bis Mitte der 2030er Jahre in Arbeitsflugzeuge einbauen.

Der Erfindungsschub sorgt für schwindelerregend teure und folgenreiche Wetten für einige der bekanntesten Unternehmen der Branche. Boeing Co., Airbus SE und Triebwerkshersteller wie Rolls-Royce Holdings müssen Milliarden von Dollar in die Herstellung umweltfreundlicherer Flugzeuge stecken, die weit über die 2040er hinaus fliegen werden.

Aber es ist noch nicht klar, welche Technologien den besten Weg nach vorne bieten werden oder wann die Fluggesellschaften bereit sein werden, sie anzunehmen.

Die finanzielle Belastung durch einen Fehltritt könnte Jahrzehnte andauern – oder sogar ein Unternehmen auslöschen – während technische Hürden und behördliche Prüfungen als potenzielle Hindernisse auftauchen.

„Ich möchte kein Präsident von Boeing oder Airbus sein“, sagte Steve Udvar-Hazy, der Pionier des Flugzeugleasings und seit Jahrzehnten einer der größten Käufer beider Unternehmen. Die Herausforderungen, denen sie gegenüberstehen, wenn sie versuchen, die richtige Entscheidung darüber zu treffen, was die heutige Technologie ersetzen wird, „sind wahrscheinlich die schwierigsten, denen sie in meiner Karriere begegnet sind“, sagte er letzten Monat auf einer Konferenz.

Das futuristische Konzept der Partnerschaft von GE und Safran, CFM International, weist säbelartige Schaufeln auf, die sich außerhalb der Turbine drehen. Es eliminiert das Gehäuse, das bei Turbofan-Triebwerken zu sehen ist, die derzeit die meisten Verkehrsflugzeuge antreiben.

Dieses sogenannte Open-Fan-Design bedeutet, dass Ingenieure viel größere Blätter installieren können, was die Kraftstoffeffizienz verbessert, indem mehr Luft durch den Lüfterabschnitt für Schub beschleunigt wird, anstatt durch das Kraftstoffverbrennungszentrum.

Und im Gegensatz zu kolbengetriebenen Propellerflugzeugen von früher werden diese riesigen Blätter von einer Hightech-Turbine angetrieben, die aus fortschrittlichen Materialien hergestellt ist und laut CFM mit Biokraftstoffen oder Wasserstoff betrieben werden kann.

Während sie das Konzept letztes Jahr enthüllten, boten Führungskräfte der Partnerschaft in Interviews neue Details darüber an, wie sie daran gearbeitet haben, wichtige technische Hürden zu überwinden, die frühere Open-Fan-Designs behinderten.

Unter Verwendung von Supercomputern, die in Forschungslabors des US-Energieministeriums untergebracht sind, sagt Mohamed Ali, Vice President of Engineering bei GE Aerospace, dass die Ingenieure des Unternehmens herausgefunden haben, wie man Kompromisse zwischen Reisegeschwindigkeit, Kraftstoffeffizienz und Lärm löst.

Erste Flugtests sind für Mitte des Jahrzehnts geplant, bevor CFM und Airbus das Triebwerk für zusätzliche Demonstrationsflüge vor 2030 in einen A380-Superjumbo-Jet rüsten.

Wenn diese Versuche erfolgreich sind, sagen Analysten, dass das Open-Fan-Design von CFM ein ernsthafter Anwärter auf den Antrieb des Flugzeugs sein wird, das schließlich die Jetliner 737 Max und Airbus A320neo von Boeing ersetzen wird – die wichtigsten Cash Cows des Duopols.

„Bis jetzt war jede neue Triebwerksfamilie evolutionär“, sagte Analyst Robert Spingarn von Melius Research. „Das ist revolutionär.“

Aus Sicht von Ali lässt der Klimawandel kaum eine andere Wahl, als eine solch dramatische Neuerfindung anzustreben.

“Können wir es uns wirklich leisten, diesen Kraftstoffverbrauchsvorteil auf dem Tisch zu lassen?” er sagte.

Natürlich sind Propellerflugzeuge nie ganz vom Markt verschwunden, auch nachdem der moderne Jet vor Jahrzehnten für schnelleres Reisen gesorgt hat. Solche Flugzeuge waren eine Hauptstütze für kurze, regionale Sprünge, obwohl sie nie annähernd an den Absatz und die Geschwindigkeit der Jets mit Turbofan-Antrieb herankamen, die routinemäßig Hunderte von Menschen über Kontinente und Ozeane fliegen.

In der Zwischenzeit spielen Propeller eine herausragende Rolle bei anderen Bemühungen, den Luftverkehr umweltfreundlicher zu machen. Pratt & Whitney und Collins Aerospace planen, im Jahr 2024 ein hybrid-elektrisches Antriebssystem in einem regionalen Propellerflugzeug zu testen.

Während die Autoindustrie entschieden auf Elektrofahrzeuge umschwenkt, unternehmen Boeing und Airbus vorsichtigere Schritte zur Dekarbonisierung, indem sie beispielsweise aus Erdöl gewonnenes Kerosin durch Biokraftstoffe ersetzen, die von heutigen Düsentriebwerken verbrannt werden können.

Wasserstoffbetriebene Flugzeuge werden wahrscheinlich noch Jahrzehnte lang nicht bereit sein, und in der Zwischenzeit ist es riskant, sich auf Konstruktionen zu konzentrieren, die auf Open-Fan-Triebwerken basieren – nicht zuletzt, weil herkömmliche Turbofans auch Raum für leistungsstarke Verbesserungen bieten.

„Der moderne Turbofan ist einer der effizientesten Stromgeneratoren, die Menschen je geschaffen haben“, sagte Brian Yutko, Vizepräsident und Chefingenieur für Nachhaltigkeit und zukünftige Mobilität bei Boeing.

„Wenn Sie den Kanal wegnehmen“, sagte er und bezog sich auf die Schutzhülle eines Strahltriebwerks, „entbinden Sie sich nicht von Integrationsproblemen – Sie haben andere.“

Es gibt auch andere Hindernisse, wie zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit, dass die Aufsichtsbehörden neuen Flugzeugen besondere Aufmerksamkeit schenken würden.

Airbus zum Beispiel war skeptisch gegenüber Open-Fan-Designs, die CFM vor etwa 15 Jahren vorgeschlagen hatte, als es Triebwerke für den A320neo in Betracht zog, sagten mit der Angelegenheit vertraute Personen.

Die Entwicklung eines neuen Flugzeugs kann 15 Milliarden US-Dollar kosten – oder weit mehr, wenn eine bahnbrechende Technologie schief geht. Das Potenzial des CFM-Motors mit offenem Lüfter wird wahrscheinlich in die hochgesteckten Pläne der Flugzeughersteller einfließen.

Boeing und Airbus planen bereits ihre Strategien für das nächste Jahrzehnt, wenn sie ihre profitabelsten Jets ersetzen müssen, deren Designs aus den 1960er und 1980er Jahren stammen.

Aktualisiert: 22. Oktober 2022, 5:00 Uhr