So funktioniert ein Turbofan-Triebwerk

Wenn du schon einmal aus einem Flugzeugfenster geschaut hast, hast du bestimmt die riesigen Triebwerke unter den Flügeln gesehen. Die meisten modernen Verkehrsflugzeuge nutzen ein sogenanntes Turbofan-Triebwerk (Mantelstromtriebwerk). Es gehört zu den effizientesten Strahltriebwerken und treibt heute fast jeden Passagierjet an. Aber wie funktioniert es eigentlich?

Die Grundidee

Ein Turbofan ist ein Strahltriebwerk, das Schub erzeugt, indem es eine große Menge Luft nach hinten bewegt. Ein Teil dieser Luft strömt durch das Kerntriebwerk, wo Treibstoff verbrannt wird, der Rest strömt außen am Kern vorbei. Aus diesen beiden Luftströmen ergibt sich der Name: „Turbo“ für die Turbine und „Fan“ für den großen Bläser vorne.

Die Hauptbestandteile eines Turbofans

1. Fan – Der große Bläser vorne fällt als Erstes auf. Er saugt riesige Mengen Luft an. Ein Teil davon (die Nebenstromluft) strömt um den Kern herum, der Rest gelangt ins Innere, wird verdichtet, mit Treibstoff vermischt und verbrannt.
2. Verdichter – Dieser Abschnitt presst die einströmende Luft auf einen deutlich höheren Druck. Beim Durchströmen mehrerer rotierender Schaufelreihen wird die Luft heißer und dichter.
3. Brennkammer – Hier wird Treibstoff eingespritzt und mit der verdichteten Luft vermischt. Beim Verbrennen dehnen sich die Gase schlagartig aus und setzen viel Energie frei.
4. Turbine – Die heißen Gase strömen durch die Turbinenschaufeln und versetzen sie in Drehung. Die Turbine ist über eine lange Welle mit Verdichter und Fan verbunden und liefert so die Energie, um sie anzutreiben.
5. Schubdüse – Zum Schluss verlassen die übrigen Gase das Triebwerk mit hoher Geschwindigkeit und erzeugen Schub. Dieser Schub treibt das Flugzeug nach vorne.

Das Nebenstromverhältnis

Ein zentraler Begriff bei Turbofans ist das Nebenstromverhältnis (Bypass Ratio). Es beschreibt, wie viel Luft um den Kern herumströmt im Vergleich zu der Luft, die hindurchströmt. Ein hohes Nebenstromverhältnis bedeutet, dass deutlich mehr Luft am Kern vorbeiströmt. Das macht das Triebwerk leiser und sparsamer. Deshalb haben moderne Verkehrsflugzeuge so große Fans – sie bewegen mehr Luft mit weniger Treibstoff.

Warum Turbofans so effizient sind

Anders als ältere Turbojets kombinieren Turbofans zwei Schubquellen: den Fan und den Abgasstrahl. Der Fan bewegt ein großes Luftvolumen mit geringerer Geschwindigkeit, der Abgasstrahl eine kleinere Luftmenge mit sehr hoher Geschwindigkeit. Eine große Luftmasse langsam zu beschleunigen ist in der Regel effizienter, als eine kleine Masse sehr schnell zu beschleunigen. Das ist einer der Hauptgründe, warum Turbofans die zivile Luftfahrt dominieren.

Wie alles zusammenspielt

Wenn das Flugzeug zum Start rollt, strömt Luft in den Fan. Der Verdichter erhöht ihren Druck, die Brennkammer führt durch die Verbrennung von Treibstoff Energie zu, und die Turbine entzieht diese Energie, um das System am Laufen zu halten. Die Nebenstromluft vermischt sich hinten mit den Abgasen und bildet einen gleichmäßigen, kräftigen Schubstrahl.

Der ganze Vorgang folgt dem Grundprinzip von Newtons drittem Gesetz: Auf jede Aktion folgt eine gleich große, entgegengesetzte Reaktion. Die nach hinten gedrückte Luft erzeugt eine Kraft nach vorne, die das Flugzeug antreibt.

Kurz gesagt

Ein Turbofan-Triebwerk ist ein beeindruckendes Stück Ingenieurskunst, das Treibstoff und Luft in Geschwindigkeit und Auftrieb verwandelt. Es ist kraftvoll, effizient und in seiner Funktionsweise erstaunlich elegant. Wenn du vor dem Start hörst, wie die Triebwerke hochlaufen, denk daran: In ihnen wird gerade Luft verdichtet, entzündet und beschleunigt, um Hunderte Menschen über den Himmel zu tragen.