Militärtransporter A400M in der Erprobung – Tests bis ins kleinste Detail


A400M mit vier Triebwerken TP400-D6

Blauer Himmel über Sevilla. Vier TP400-D6-Triebwerke bringen Europas neuesten Militärtransporter A400M in die Luft. Das ist mittlerweile ein fast alltägliches Bild auf dem spanischen Flughafen. Seit dem Erstflug des neuen Airbus im Dezember 2009 läuft die Flugerprobung auf Hochtouren. „Bisher gab es keine wesentlichen Probleme beim Triebwerk“, berichtet Dr. Wolfgang Gärtner, Leiter Entwicklung Militärische Programme bei der MTU Aero Engines.

Deutschlands führender Triebwerkshersteller ist ein Partner im Triebwerkskonsortium EPI Europrop International und unter anderem für die extrem komplexe Software der Triebwerksregelung des TP400-D6 verantwortlich. Darüber hinaus steuert die MTU das Mitteldrucksystem bei und verantwortet die Endmontage. Rund 20 Antriebe einschließlich der Einheiten für die zweiten und dritten Prototypen des A400M sind bereits ausgeliefert. Im Laufe der Entwicklung mussten die Ingenieure eine Vielfalt technischer Lösungen austüfteln, um die sehr ehrgeizigen Leistungs- und Gewichtsvorgaben zu erfüllen.

Neue Antriebe gelten immer als eine Herausforderung, beim TP400-D6 für den AirbusA400M kamen gleich mehrere zusammen: Das Aggregat ist das stärkste Propellertriebwerk der westlichen Welt und als Dreiweller ausgelegt. „Wir
haben intensive Anstrengungen unternommen, um das Gewicht zu reduzieren“, erläutert Dr. Jörg Henne, Leiter Entwicklung und Technologie bei der MTU. So kommt der fünfstufige Mitteldruckverdichter komplett ohne Verstellgeometrie aus und alle Laufräder sind gewichtssparend als integrale Bauteile in Blisk-Technologie ausgeführt. Neben Einsparungen bei Fertigungskosten und Gewicht verschafft das auch Leistungsvorteile, da die durch Verstellgitter und Leckagen bedingten Strömungsverluste wegfallen. Henne: „Eine weitere Schwierigkeit lag im extrem asymmetrischen Einlauf, der hinter dem Propeller angeordnet ist und den Luftstrom entsprechend beeinflusst. Dies haben wir durch eine integrierte Simulation von Einlauf und Verdichter und die daraus abgeleiteten konstruktiven Maßnahmen in den Griff bekommen.“

Der anspruchsvolle Einsatzbereich eines Militärtransporters hat die Aufgabe nicht leichter gemacht: Im Unterschied zu zivilen Triebwerken wirken bei Manövern, wie engen Kurven oder Steilanflügen, erheblich höhere Lasten auf die militärischen Antriebe. Daher ist beispielsweise beim Gehäuse eine sehr hohe Steifigkeit gefordert; hinzukommen muss Robustheit gegenüber eindringenden Fremdkörpern bei Starts und Landungen auf unbefestigten Pisten. All das gilt es auf Herz und Nieren zu testen. Insgesamt sind dafür zwölf Erprobungstriebwerke länger als 3.500 Stunden auf verschiedenen Prüfständen gelaufen. „Bis auf spezielle Versuche, wie das Einsaugen von Sand, ist das allgemeine Vorgehen ähnlich wie im zivilen Bereich“, erklärt Henne. Hier konnte die MTU unter anderem von ihrem berührungslosen System zur
Schaufelschwingungsmessung (BSSM) profitieren.

Mittels dieses Verfahrens wird das Verhalten von Laufschaufeln im Verdichter auf optischem Weg per Laser erforscht. Vereinfacht ausgedrückt: Das System visiert einen auf der Schaufel angebrachten Punkt an, der laut Vorhersage zu einem gewissen Zeitpunkt an einer gewissen Stelle auftauchen muss. Erscheint er später als berechnet, hat sich die Schaufel aufgrund von Schwingungen verformt. Eine ausgeklügelte Software analysiert dann das Ausmaß. Henne: „Wir haben das Verfahren bei Verdichtern über viele Jahre angewendet. Es erweist sich als nicht so aufwendig wie die mechanische Methode mit Dehnmessstreifen und könnte bald auch in heißeren Bereichen der Triebwerke zum Einsatz kommen.“


Endmontage des TP400-D6 bei der MTU.

Ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zur Zulassung waren die Vogelschlagversuche, die ebenfalls unter der Verantwortung der MTU stattfanden; schließlich hatten die Münchner bei entsprechenden Experimenten mit dem
EUROFIGHTER-Antrieb EJ200 Erfahrung gesammelt. Zwei simulierte Vogelschläge führten die Spezialisten auf einem Prüfstand bei Techspace Aero in Belgien durch. Während die Versuche nur Sekunden dauerten, nahmen Vorbereitung und Umbau des Teststands mehrere Monate in Anspruch. Das Äquivalent eines fast zwei Kilogramm schweren Vogels musste eine vorher definierte Stelle im
Triebwerk mit einer bestimmten Geschwindigkeit treffen. Im zweiten Versuch waren es der Masse entsprechend zwei kleinere Vögel, mit der das TP400-D6 klarkommen musste, wie Gärtner erläutert: „Jegliche Fremdkörper – wie auch ein Vogel – können direkt in den Mitteldruckverdichter fliegen. Bei einem Turbofan dagegen fängt der Bläser den größten Teil ab und lenkt ihn in den Nebenstrom. Beide Tests liefen erfolgreich ab.“

Ausschlaggebend für die reibungslose Funktion des Triebwerks ist vor allem das Kontrollsystem. „Es hat eine extrem komplexe Aufgabe zu bewältigen“, erklärt Gärtner. „Allein die Anzahl der Schnittstellen zum Flugzeug ist im Vergleich zur Regelung des EUROFIGHTER- Antriebs um den Faktor zehn gewachsen.“ Obwohl die MTU auf die EJ200-Erkenntnisse zurückgreifen konnte, betraten die
Ingenieure beim TP400-D6 Neuland, da das EPI-Produkt nach zivilen Richtlinien zugelassen wird. „Dies bedeutete eine erheblich umfangreichere Nachweisführung über die Fähigkeit der Systeme sowie einen sehr hohen Aufwand an Dokumentation“, ergänzt Henne. „Ausgedruckt wäre der Papierstapel sicher mehr als einen Meter hoch. Die reine Programmierung macht nur einen kleinen Teil der Arbeit aus.

Die Software lässt sich nicht anfassen, sondern wir müssen sie daran messen, was sie tut. Dies offenbart nur ein lückenloses Netz an Tests.“
Entsprechend umfangreich sind die Versuche: Zunächst werden Unterprogramme auf einem Computer überprüft, indem gewisse Testprogramme einen Input simulieren. Den Output vergleichen die Techniker dann mit den Anforderungen.
Im nächsten Schritt verbinden sie Teile der Software mit dem Regler. Die höchste Stufe stellt der so genannte Iron Bird dar. Hier hat Airbus eine komplette Abbildung des Flugzeugs mit all seinen Systemen geschaffen, um das Zusammenspiel der verschiedenen Systeme zu untersuchen. Das Verhalten des
Triebwerks wird von einem separaten Computer simuliert. Der Testprozess ist keine Einbahnstraße: Treten während der letzten Stufe Probleme auf, werden die Lösungen in aktualisierte Versionen eingearbeitet, und die Erprobungsschleife
beginnt erneut.

Mit der Zulassung des TP400-D6 gehen Software-Entwicklung
und -Tests nicht zu Ende, da der Umfang der Funktionalität
weiter steigt und Erkenntnisse aus der Flugerprobung
einzuarbeiten sind. „Es handelt sich um einen laufenden
Prozess“, sagt Gärtner. Und weiter: „Wir haben schon jetzt
viele Erkenntnisse gewonnen, die wir bei künftigen Programmen
anwenden können.“

Autor: Patrick Hoeveler
Fotos: MTU Aero Engines