Open-Rotor-Triebwerk

Sicht von hinten auf ein Mock-Up eines Open Rotor von Safran in Pusher-Konfiguration; 2017

Ein Open-Rotor-Triebwerk, Open-Fan-Triebwerk oder Unducted-Fan, verkürzt Propjet oder Propfan, ist ein Turbinen-Strahltriebwerk, das die Mantelstromtriebwerke mit Konzepten des Turboprop weiterentwickelt. Kennzeichnend ist, dass der Mantelstrom ohne Gehäuse durch einen koaxialen Fan erzeugt wird, daher auch als Offener Rotor (englisch 'Open-Rotor') beziehungsweise Bauweise mit offenem Axialgebläse (englisch 'Fan') bezeichnet – wobei auch weitere Aspekte in die Definition einfließen können.

Typischerweise sind diese Antriebe für einen Geschwindigkeitsbereich oberhalb von Turboprops ausgelegt, mit einer Mach-Zahl größer 0,7 mitunter bis zu 0,8. In diesem Geschwindigkeitsbereich können sie eine bessere Treibstoffeffizienz als umschlossene Strahltriebwerke erreichen, da sie einen größeren Mantelstrom und damit ein höheres Nebenstromverhältnis aufweisen, das bspw. 50:1 betragen kann.

Geschichte

Der Begriff Propfan taucht schon in den 1970ern bei Hamilton Standard, die heutige Verwendung ist allerdings ein Synonym zum Open-Rotor-Konzept von Rolls-Royce, das diese 1986 eingeführten, und die Triebwerke als openfan bezeichneten. GE hatte ein seriennahes Propfan-Triebwerk 1985 vorgestellt, der konstruktionsbedingt hohen Lärmpegel verhinderte aber den Durchbruch der Technologie – zeigte aber bereits einen deutlichen technischen Fortschritt gegenüber den schallschnellen Luftschrauben der 1950er Jahre, wie dem erfolglosen Experimentalflugzeug Republic XF-84H.

Weitere historische Entwicklungen können dem Open-Rotor je nach genauer Definition des Begriffes zuerkannt werden.

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  Kusnezow NK-12 an einer Tu-114, ab 1953 bzw. 1957
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  PW-Allison 578-DX an einer MD-81
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  GE36 an einer MD-81, 1988
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  Progress D-236 an einer Jak-42, 1991
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  Iwtschenko Progress D-27 an einer An-70, 1994

In den 2000ern setzte eine verstärkte Erforschung ein, insbesondere mit den CROR (contra rotating open rotor) mit zwei gegenläufigen offenen Rotoren. 2008 legte die EU dafür das Projekt 'Clean Sky' mit 1,6 Milliarden Euro auf. 2015 war die Entwicklung so weit fortgeschritten, dass die EASA eine Richtlinie zu „Open rotor engine and installation“ herausgab.

In der kommerziellen Entwicklungen befinden sich das RISE von CFM (Gemeinschaft von GE Aviation und Safran)

Die EU fördert die Entwicklung im Projekt 'TAKE OFF' mit einem Verbund von 25 Unternehmen, die die modernen Triebwerke ab 2029 in die Flugerprobung am MSN 001 (Airbus A380) bringen soll.

RISE

Die französische Safran hatte den Anstoß für das Clean Sky Programm ab 2008 gegeben, um moderne Triebwerk-Konzepte zu testen. Ein Open-Rotor-Demonstrator wurde 2015 hergestellt und ab 2017 am Boden erprobt.

CFM präsentierte das RISE Programm im Juni 2021 und strebte da eine Einsatzreife in den 2030ern an. Eine Flugerprobung war für 2026 vorgesehen. 2024 begann man, ein Modell im Maßstab 5:1 im Windkanal von Safran zu testen.

Im März 2026 gab Safran an, mit dem Bau eines Demonstrators in vollem Maßstab zu beginnen, der dann einen Bläserdurchmesser von etwa 4 Metern (13 Fuß) haben wird. Die Bodentests sollen 2027 beginnen, um das Triebwerk für die Flugerprobung ab 2029 bereit zu haben.

Alternativen

Moderner Turboprop-Antrieb des Transportflugzeugs A400M

Auch mit modernen Turboprop-Antrieben mit sichelförmigen Propellern, wie dem des Transportflugzeugs A400M lassen sich Reisegeschwindigkeiten von 0,68 Mach erreichen.

Unter der Bezeichnung UltraFan wurde von Rolls-Royce Anfang 2014 ein Getriebefan-Triebwerk präsentiert, was die früheren Propfan-Konzepte mit einem Reduktionsgetriebe verbindet. Sie besitzen zwar einen langsam rotierenden, großen Bläser, aber im Gegensatz zum Open-Rotor-Konzept allerdings wieder ein Gehäuse. Tests begannen im September 2016 auf dem Lageprüfstand. Vorgesehen waren da ein Nebenstromverhältnis von 15:1, Gesamtdruckverhältnis 70:1. Erwartet wurden 25 % Treibstoffeinsparung (zum Trent 700) und eine Einsatzreife ab 2025.

2020 begann der Bau eines 3,55 Meter großen Demonstrators. Ein Getriebetest erfolgte ein Jahr später. Das gesamte Triebwerk wurde ab Mai 2023 auf dem Prüfstand untersucht. Die Einsatzreife wurde nun für die 2030er Jahre erwartet. Der Demonstrator UF001 sollte 378 kN Schub erzeugen.

Im März 2026 stellte Rolls-Royce das UltraFan-30-Konzept vor, eine verkleinerte Version des bisherigen Demonstrators. Dieser soll 30.000 Pfund (133,45 kN Schub) liefern, und bis 2028 am Boden getestet werden. Angegeben werden ein Bläserdurchmesser von 2,29 Metern, ein Gesamtdruckverhältnis bei 50:1, und ein Nebenstromverhältnis zwischen 12 und 15.

In die gleiche Richtung geht neben früheren Getriebe-Turbinen kleinerer Leistung die seit dem Jahr 2016 eingesetzte Getriebe-Turbinen Familie Pratt & Whitney PW1000G, die ein Nebenstromverhältnis von 12 erreicht.

Sicherheit

Triebwerkschaden 1996 Delta-Air-Lines-Flug 1288

Das Gehäuse bei bisherigen Mantelstrahltriebwerken verringert, dass bei einem Triebwerkschaden sich ablösende Teile das restliche Flugzeug beschädigen. Sich mit hoher Geschwindigkeit ablösende Rotorblätter sind ein häufiges Problem bei den UERF (uncontained engine rotor failure). Bei Open-Rotor-Konzepten müssen entsprechend der Rumpf und andere Teile des Flugzeugmodells passend ausgelegt sein.

Weblinks

Commons: Open-Rotor-Triebwerk – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• How an Open Fan Differs from Turboprop & How it Beats Turbofans