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Langlebigkeit für Flugzeugantriebe

Sparsam, leise und schadstoffarm – so müssen Flugzeugantriebe sein. Da sie extremen Belastungen durch Schwingungen, hohe Temperaturen und Kräfte ausgesetzt sind, kommen spezielle Werkstoffe aus teuren Superlegierungen zum Einsatz. Es ist deshalb wirtschaftlich wie auch ökologisch von großer Bedeutung, Flugzeugtriebwerke so auszulegen, dass sie eine hohe Betriebsfestigkeit aufweisen, also langlebig und möglichst wenig fehleranfällig sind. Diesen Fragen widmet sich die neue Stiftungsprofessur „Strukturmechanik der Flugzeugtriebwerke“ am Institut für Luftfahrtantriebe (ILA) der Universität Stuttgart, die durch die MTU Aero Engines über einen Zeitraum von maximal 20 Jahren mit bis zu 2.885.000 Euro gefördert wird. Einen entsprechenden Vertrag unterzeichneten heute der Vorstand Technik (COO) Dr. Rainer Martens von der  MTU sowie der Rektor der Universität Stuttgart, Prof. Wolfram Ressel.

„Die im Bereich der Triebwerkturbinenforschung bundesweit einzigartige Professur ist ein erneuter Beweis, dass Industrie und Universität in engem Schulterschluss gemeinsam Zukunftstechnologien entwickeln“, würdigte Uni-Rektor Prof. Wolfram Ressel das Engagement von Deutschlands führendem Triebwerkhersteller. „Dass die Wahl auf Stuttgart fiel, freut uns sehr, bestätigt dies doch die führende Stellung unserer Universität im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Darüber hinaus verknüpft die Professur Kompetenzen aus den Forschungsfeldern Mobilität, nachhaltige Energieversorgung, neue Materialien sowie den Simulationstechnologien und passt damit hervorragend in das Forschungsprofil der Universität Stuttgart.“

Dr. Rainer Martens erklärte: „Die neu gegründete Stiftungsprofessur wird im Rahmen vielfältiger und umfassender Forschungsaufgaben fundierte Antworten auf die aktuellen mechanischen und werkstofftechnischen Fragestellungen für zukünftige Luftfahrtantriebe erarbeiten. Dabei wird sie Studenten und Nachwuchswissenschaftler in die herausfordernden Themenstellungen zur Mechanik der Antriebe einführen und optimal auf spätere berufliche Herausforderungen vorbereiten.“

„Mit ihrem interdisziplinären Ansatz verfügt die Stiftungsprofessur sowohl in der Forschung, als auch in der Lehre über ein Alleinstellungsmerkmal“, ergänzt der Leiter des ILA, Prof. Stephan Staudacher. „Darüber hinaus wird durch die Stiftungsprofessur das bereits im Jahr 2006 gemeinsam mit der MTU eingerichtete Kompetenzzentrum ‚Turbinen für Flugtriebwerke’ weiter gestärkt.“ Dieses Zentrum hat sich die Erforschung von Turbinen für leisere, effizientere und umweltschonendere Flugzeugtriebwerke zum Ziel gesetzt und konnte bereits Projekte mit einem Volumen von acht Millionen Euro einwerben.

Im Bereich der Auslegung von Flugtriebwerken hinsichtlich Betriebsfestigkeit und Fehlerfällen, dem Kernbereich der neuen Professur, sollen unter anderem Fragen der Ermüdung, des so genannten Kriechens (einer zeitabhängigen, bleibenden Verformung), der Wechselwirkungen zwischen Kriechen und Ermüdung sowie des Schwingungsverschleißes (fretting) untersucht werden. Darauf aufbauend lassen sich moderne und praxisnahe Konzepte für die Wartung und Instandhaltung entwickeln. Insbesondere ist der Fokus auf moderne Werkstoffe wie Titan- und Nickellegierungen oder Einkristalle gerichtet. Zudem werden auf wahrscheinlichkeitstheoretischen Methoden basierende Verfahren für die Vorhersage der Zuverlässigkeit erarbeitet.

Ein weiteres Forschungsthema sind spezielle triebwerksrelevante Versagensmechanismen, was geeignete Simulationsverfahren für diese Vorgänge erfordert. Über alle diese Themenbereiche erstrecken sich Fragen der Werkstoffmodellierung sowie der Wärmetechnik. Darüber hinaus bildet die Schwingungsmechanik von Rotoren und Schaufeln (Rotordynamik und Schaufeldynamik) einen Schwerpunkt. In diesem Bereich ist insbesondere auch die aeromechanische Kopplung und somit die starke Anbindung zur Disziplin der Aerodynamik von Interesse.

In der Lehre wird das derzeitige Studienprogramm am Institut für Luftfahrtantriebe um ein in Deutschland einzigartiges Lehrkonzept für das Fachgebiet Flugtriebwerke bereichert und ergänzt. Damit wird eine fundierte Ausbildung in Auslegung, Konstruktion, Lebensdauerberechnung, Sicherheit und Zuverlässigkeit und Zulassung von Flugzeugtriebwerken möglich.