Umgangssprachlich sprechen viele Menschen gerne von Jets oder Düsenflugzeugen. Es gibt jedoch zwei unterschiedliche Antriebsmöglichkeiten, die sich technisch gesehen deutlich voneinander unterscheiden. Während Turbojets mittlerweile eher im militärischen Bereich eingesetzt werden, haben sich bei zivilen Strahlflugzeugen schon länger Turbofans durchgesetzt. Doch wo genau liegen die Unterschiede? Und wie war das noch mit der Wassereinspritzung?

Beide Turbojet- und Turbofan-Triebwerke sind Arten von Flugzeugtriebwerken, die durch die Verbrennung von Kraftstoff und Luft angetrieben werden. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt jedoch in der Art und Weise, wie sie Luft ansaugen und wie sie Schub erzeugen.

Ein Turbojet-Triebwerk saugt Luft direkt in das Triebwerk ein und verdichtet sie stark. Der verdichtete Luftstrom wird dann mit dem eingespritzten Kraftstoff in einer Brennkammer verbrannt, und der resultierende Schub erzeugt den Vortrieb des Flugzeugs. Turbojets sind aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und hohen Leistung am besten für militärische Jets und Hochgeschwindigkeitsflugzeuge geeignet.

Das erste Flugzeug mit Turbojet-Triebwerken war die deutsche Messerschmitt Me 262, die erstmals im Jahr 1941 flog. Die Me 262 war ein Kampfflugzeug, das während des Zweiten Weltkriegs von der deutschen Luftwaffe eingesetzt wurde. Sie wurde von Hans von Ohain und Max Hahn in Deutschland entwickelt und mit zwei Junkers Jumo 004 Turbojet-Triebwerken ausgestattet. Die Me 262 war in der Lage, eine Geschwindigkeit von etwa 840 km/h zu erreichen, was ihr einen entscheidenden Vorteil gegenüber den propellergetriebenen Alliierten-Flugzeugen verschaffte. Die Me 262 gilt als bahnbrechendes Flugzeug in der Luftfahrtgeschichte und ebnete den Weg für den Einsatz von Turbojet-Triebwerken in Flugzeugen auf der ganzen Welt.

In der zivilen Luftfahrt sind Turbojet-Triebwerke heutzutage eher selten, da sie aufgrund ihrer hohen Lärmbelästigung und ihres hohen Kraftstoffverbrauchs nicht mehr so wirtschaftlich sind wie modernere Triebwerkstechnologien. Einige ältere Passagierflugzeuge wurden jedoch mit Turbojet-Triebwerken ausgestattet. Hier sind einige Beispiele:

Concorde: Das supersonische Passagierflugzeug Concorde, das von 1976 bis 2003 in Betrieb war, wurde von Rolls-Royce mit Turbojet-Triebwerken ausgestattet.

Tupolew Tu-134: Der sowjetische Passagierjet Tupolew Tu-134 wurde mit Solowjow D-30 Turbojet-Triebwerken betrieben und flog von 1967 bis 2019.

Sud Aviation Caravelle: Die französische Passagiermaschine Sud Aviation Caravelle wurde mit Rolls-Royce Avon Turbojet-Triebwerken ausgestattet und flog von 1959 bis 2005.

Boeing 707: Die Boeing 707, ein Passagierflugzeug der ersten Generation, wurde von Pratt & Whitney mit Turbojet-Triebwerken ausgestattet und flog von 1958 bis 1994.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Flugzeuge heutzutage nicht mehr in Produktion sind und durch modernere Flugzeuge mit effizienteren Triebwerkstechnologien wie Turbofans und Turboprops ersetzt wurden.

Erstes zivile Turbofan-Maschine stammt aus der UdSSR

Turbofan-Triebwerke, auch als Gebläse-Turbojet-Triebwerke bezeichnet, saugen Luft nicht nur durch das Triebwerk, sondern auch durch ein zusätzliches Fan-System an der Vorderseite des Triebwerks ein. Das Fan-System, das normalerweise größere Durchmesser als das Triebwerk hat, beschleunigt die Luft, wodurch ein Teil des Schubs erzeugt wird. Der Rest der Luft geht durch das Triebwerk und wird in der Brennkammer verbrannt, um zusätzlichen Schub zu erzeugen. Der Vorteil von Turbofan-Triebwerken liegt in ihrer höheren Effizienz und ihrem leiseren Betrieb, weshalb sie in der zivilen Luftfahrt häufig eingesetzt werden.

Insgesamt sind Turbofan-Triebwerke aufgrund ihrer höheren Effizienz und ihres leiseren Betriebs in der zivilen Luftfahrt die bevorzugte Wahl, während Turbojet-Triebwerke aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und Leistung in militärischen Anwendungen eingesetzt werden.

Das erste Flugzeug mit Turbofan-Triebwerken war die sowjetische Tupolew Tu-104, die erstmals im Jahr 1955 flog. Die Tu-104 war ein Passagierflugzeug und wurde von Arkhip Lyulka und seinem Team entwickelt, die auch für das Lyulka AL-7-Triebwerk verantwortlich waren, das als Vorläufer des modernen Turbofans gilt. Die Tu-104 war mit zwei Solowjow D-20P-Turbofan-Triebwerken ausgestattet und konnte eine Geschwindigkeit von etwa 950 km/h erreichen. Mit ihrem leiseren Betrieb, dem höheren Schub und der höheren Kraftstoffeffizienz im Vergleich zu Turbojet-Triebwerken setzte die Tu-104 neue Maßstäbe in der Luftfahrt und legte den Grundstein für die Entwicklung moderner Turbofan-Triebwerke, die heute in den meisten zivilen Flugzeugen eingesetzt werden.

Triebwerke mit Wassereinspritzung? Ja, das gab und gibt es!

Die Wassereinspritzung bei Turbojets ist eine Technik, die in der Luftfahrt eingesetzt wird, um die Leistung von Turbojet-Triebwerken in bestimmten Situationen zu erhöhen. Es wird typischerweise bei militärischen Flugzeugen eingesetzt, insbesondere bei älteren Flugzeugen, um ihnen zusätzliche Leistung bei hohen Temperaturen und geringer Luftdichte zu verleihen.

Die Technik besteht darin, Wasser in den Luftstrom einzuspritzen, der in das Turbojet-Triebwerk eindringt. Das Wasser wird entweder aus einem Behälter im Flugzeug oder aus einer Quelle auf der Start- und Landebahn entnommen. Sobald das Wasser in den Luftstrom eingespritzt wird, verdampft es aufgrund der hohen Temperaturen und geringen Luftdichte im Triebwerk schnell und kühlt den Luftstrom ab. Dadurch wird der Luftstrom verdichtet und der Brennstoff im Triebwerk effizienter verbrannt, was zu einer höheren Leistung und Schubkraft führt.

Die Wassereinspritzung ist jedoch nicht ohne Nachteile. Da das zusätzliche Gewicht des Wassers den Kraftstoffverbrauch erhöht, ist die Technik im normalen Flugbetrieb nicht sinnvoll. Außerdem kann sie die Lebensdauer der Triebwerke reduzieren, da die erhöhte Leistung zu höheren Temperaturen und Belastungen führen kann.

Es gibt auch Wassereinspritzung bei einigen Turbofan-Triebwerken, insbesondere bei älteren oder spezialisierten Modellen. Das Konzept der Wassereinspritzung ist ähnlich wie bei Turbojets und Turboprops: Durch das Einspritzen von Wasser in den Verbrennungsprozess kann die Leistung des Triebwerks gesteigert werden, insbesondere bei hohen Temperaturen oder bei hohen Leistungsanforderungen wie beim Start oder bei der Durchführung von Steigflügen.

Ein Beispiel für ein modernes Turbofan-Triebwerk mit Wassereinspritzung ist das General Electric CF6-80E1, das in einigen Versionen des Airbus A330 eingesetzt wird. Das CF6-80E1 verfügt über ein Wasserinjektionssystem, das als “Water Methanol Injection” oder “WMi” bezeichnet wird. Dabei wird ein Gemisch aus Wasser und Methanol in den Kompressor eingespritzt, um die Leistung des Triebwerks zu steigern und die Abgastemperatur zu senken. Dadurch können höhere Schubwerte und bessere Leistung erzielt werden, insbesondere bei hohen Temperaturen oder hohen Flughöhen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Wassereinspritzung sowohl bei Turbojet- also auch bei Turbofan-Triebwerken aufgrund der verbesserten Leistungsfähigkeit moderner Triebwerkskonstruktionen und Materialien nicht mehr so weit verbreitet ist wie in der Vergangenheit.