Der Artikel beschreibt die Entwicklung von Stator-Leitschaufeln aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen für Flugzeugtriebwerke, die herkömmliche metallische Leitschaufeln im Luftströmungspfad ersetzen. Leitschaufeln sind stationäre aerodynamische Bauteile, die den Luftstrom durch die Verdichter- und Turbinenstufen eines Strahltriebwerks führen.
In konventionellen Ausführungen werden diese Bauteile aufgrund ihrer Festigkeit und Dauerhaltbarkeit typischerweise aus metallischen Legierungen gefertigt. Der steigende Druck zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und zur Reduzierung des Flugzeuggewichts führt jedoch dazu, dass Ingenieure zunehmend fortschrittliche Verbundwerkstofflösungen untersuchen.
Die neu entwickelten thermoplastischen Leitschaufeln zielen insbesondere auf statische, nicht rotierende Schaufeln in kleineren Business-Jet-Triebwerken ab. Der Ersatz metallischer Komponenten durch Verbundstrukturen kann hierbei die Gesamteffizienz des Triebwerks signifikant verbessern.
Quelle: Greene Tweed – Xycomp DLF Leitschaufeln
Die Technologie
Die von Greene Tweed entwickelte Lösung basiert auf einem thermoplastischen Verbundwerkstoff namens Xycomp DLF (Discontinuous Long Fiber). Dieser besteht aus geschnittenen, luftfahrttauglichen Carbonfaser-Prepreg-Tapes, die in Hochleistungsthermoplaste wie PEEK, PEKK oder PEI eingebettet sind.
Diese Materialien werden mittels eines proprietären Verfahrens im Pressverfahren in aerodynamische Schaufelgeometrien nahe der Endkontur („near-net-shape“) gebracht.
Eine wesentliche technologische Innovation ist die Integration einer ko-geformten metallischen Vorderkante, die mechanisch mit der Verbundstruktur verzahnt ist. Diese verbessert die Widerstandsfähigkeit gegenüber Fremdkörpereinflüssen wie Hagel oder Partikeln erheblich.
Der thermoplastische Fertigungsprozess ermöglicht zudem ein einstufiges Formgebungsverfahren mit kurzen Zykluszeiten. Dadurch wird eine effiziente Serienproduktion bei gleichzeitig hohen Anforderungen an die Luftfahrtperformance ermöglicht.
Der Leichtbau-Aspekt
Der Ersatz konventioneller metallischer Stator-Leitschaufeln durch thermoplastische Verbundbauteile führt zu einer signifikanten Gewichtsreduktion bei gleichzeitig erfüllten mechanischen und aerodynamischen Anforderungen.
Die entwickelte Lösung ermöglicht eine Gewichtsersparnis von etwa 4 kg pro Triebwerk, bei rund 60 Leitschaufeln pro Triebwerksbaugruppe – ein deutlicher Beitrag zur Systemgewichtsreduzierung.
Neben der Gewichtsreduktion bieten thermoplastische Verbundwerkstoffe weitere Vorteile, wie eine hohe Schlagzähigkeit, kurze Fertigungszyklen sowie eine verbesserte Skalierbarkeit in der Produktion – entscheidende Faktoren für Anwendungen in der Luftfahrt.
Diese Eigenschaften machen thermoplastische Verbundwerkstoffe zu einer attraktiven Lösung für zukünftige Triebwerkskomponenten und unterstreichen ihr Potenzial, leichtere und effizientere Antriebssysteme in der Luftfahrt zu ermöglichen.
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