Wenn du schon einmal aus dem Flugzeugfenster geschaut hast, hast du sicher die riesigen Triebwerke unter den Flügeln gesehen. Die meisten modernen Passagierflugzeuge nutzen sogenannte Turbofan-Triebwerke, auch bekannt als Mantelstrom-Triebwerke. Sie gehören zu den effizientesten Triebwerksarten überhaupt und treiben fast alle Verkehrsflugzeuge an. Aber wie funktioniert so ein Triebwerk eigentlich?
Die Grundidee
Ein Turbofan ist eine Art Strahltriebwerk, das Schub erzeugt, indem es eine große Menge Luft nach hinten beschleunigt. Ein Teil dieser Luft strömt durch den heißen Kern des Triebwerks, wo Treibstoff verbrannt wird, während der andere Teil außen am Kern vorbeifließt – dieser äußere Luftstrom wird Mantelstrom genannt. Die Kombination aus Kernstrom und Mantelstrom gibt dem Triebwerk seinen Namen: „Turbo“ steht für die Turbine und „Fan“ für den großen Ventilator an der Front.
Die Hauptbestandteile eines Turbofan-Triebwerks
- Fan Fan - Der große Fan vorne saugt enorme Mengen Luft an. Ein Teil dieser Luft wird zum Mantelstrom, der um den Triebwerkskern herumgeleitet wird, während der andere Teil in das Innere gelangt, wo er verdichtet, mit Treibstoff vermischt und verbrannt wird.
- Verdichter - Der Verdichter erhöht den Druck der einströmenden Luft deutlich. Während sie durch mehrere rotierende Schaufelreihen strömt, wird sie immer dichter und heißer. Die verdichtete Luft gelangt anschließend in die Brennkammer.
- Brennkammer – Hier wird Treibstoff eingespritzt und mit der verdichteten Luft vermischt. Die Mischung entzündet sich und setzt eine große Menge thermischer Energie frei. Die heißen Gase dehnen sich aus und strömen mit hoher Geschwindigkeit weiter zur Turbine.
- Turbine – Die heißen Abgase treffen auf die Turbinenschaufeln und bringen sie zum Drehen. Die Turbine ist über eine Welle mit dem Verdichter und dem Fan verbunden, sodass sie deren Drehung antreibt. Auf diese Weise versorgt sich das Triebwerk im laufenden Betrieb selbst mit Energie.
- Schubdüse – Am Ende verlässt die Luft das Triebwerk mit hoher Geschwindigkeit durch die Schubdüse. Dabei entsteht der Schub, der das Flugzeug nach vorne bewegt.
Das Mantelstromverhältnis
Ein wichtiger Begriff beim Turbofan ist das sogenannte Bypass-Verhältnis, auf Deutsch Mantelstromverhältnis. Es beschreibt das Verhältnis zwischen der Luftmenge, die als Mantelstrom außen am Kern vorbeiströmt, und der Luftmenge, die als Kernstrom durch den Triebwerkskern fließt. Ein hohes Mantelstromverhältnis bedeutet, dass ein großer Teil der Luft außen vorbeiströmt – das macht das Triebwerk leiser und deutlich effizienter. Deshalb haben moderne Turbofan-Triebwerke so große Fans: Sie bewegen große Luftmassen bei relativ niedrigem Energieverbrauch.
Warum Turbofan-Triebwerke so effizient sind
Im Gegensatz zu älteren Turbojet-Triebwerken erzeugt ein Turbofan den Schub aus zwei Quellen: dem Mantelstrom und dem heißen Abgasstrahl aus dem Kern. Der Mantelstrom bewegt eine große Luftmenge langsam, während der Kernstrom eine kleinere Menge sehr schnell beschleunigt. Es ist grundsätzlich effizienter, eine große Luftmasse langsam zu beschleunigen, als eine kleine Luftmasse sehr schnell – genau das macht Turbofan-Triebwerke so sparsam und leise.
Wie alles zusammen funktioniert
Beim Start saugt der Fan die Luft an. Der Verdichter erhöht den Druck, in der Brennkammer wird die Luft erhitzt und verbrannt, und die Turbine nutzt die Energie, um den Fan und den Verdichter anzutreiben. Der Mantelstrom wird am Ende mit den heißen Abgasen aus dem Kern kombiniert und bildet einen gleichmäßigen, kraftvollen Luftstrom nach hinten.
Das Ganze folgt Newtons drittem Gesetz: Jede Aktion hat eine gleich große, entgegengesetzte Reaktion. Die nach hinten beschleunigte Luft erzeugt also eine Vorwärtskraft, die das Flugzeug antreibt.
Kurz gesagt
Ein Turbofan-Triebwerk – oder Mantelstrom-Triebwerk – ist ein technisches Meisterwerk. Es verwandelt Luft und Treibstoff in Geschwindigkeit, Schub und letztlich in Flug. Jedes Mal, wenn du das Aufheulen der Triebwerke vor dem Start hörst, läuft im Inneren ein perfekt abgestimmtes Zusammenspiel aus Verdichtung, Verbrennung, Turbinenarbeit und Mantelstrom ab – ein echtes Wunder der Ingenieurskunst.
