Wie das größte Triebwerk der Welt im Flug getestet wird

Bei der 777X hat Boeing vergangene Woche einen Rückschlag erlitten. Bei einem Statiktest wurde eine Frachttür aus dem Rumpf gerissen. Zuvor hatten die GE9X-Triebwerke gezickt und für eine Verschiebung des Erstfluges gesorgt. Hersteller General Electric entdeckte einen Konstruktionsfehler und flog alle ausgelieferten Exemplare zurück ins Werk, um dort Bauteile austauschen zu lassen.

Für die Monstertriebwerke ist es aber nicht der erste Flug. Das größte je gebaute Triebwerk der Welt ist bereits seit vergangenem Jahr in der Luft. Mit einer speziell umgerüsteten Boeing 747-400 testet General Electric ihr GE9X. Samt Außenverkleidung übertrifft das 777X-Triebwerk im Durchmesser den Rumpf von Kurz- und Mittelstreckenfliegern wie der Boeing 737 oder der Airbus A320.

Kerosin nicht nur Treibstoff

Am Versuchs-Jumbo-Jet wirken die übrigen drei Triebwerke geradezu winzig.  Welche Herausforderungen diese Testflüge mit dem übergroßen GE9X mitbringen, verriet nun General Electrics Cheftestpilot Jon Ohman. Die drei kleineren CF6-Motoren der Boeing 747-400 sind nicht nur kleiner, sondern auch leichter als das GE9X. Im Flug sorgt das für ein Ungleichgewicht.

Dass Balance äußerst wichtig für einen stabilen Flug sind, lernen angehende Piloten oder Luftfahrtingenieure bereits früh in ihrer Ausbildung. Die Testflugabteilung von General Electric löst das Problem mit den Gewichtsunterschieden der Triebwerke, indem sie die Boeing 747 während des Flugs mithilfe ihres Treibstoffes ausbalanciert, erklärt Ohman. Auch in normalen Passagierflieger gibt es Pumpsysteme, mit denen Piloten Kerosin zwischen den Treibstofftanks verteilen können. Die Test-747 musste für ihre Zwecke aber mit einem speziellen Pumpsystem ausgerüstet werden, so der Testpilot.

Nebentriebwerk muss gedrosselt werden

An den Tragflächen des Jumbo-Jets befindet sich das GE9X auf der inneren linken Seite. Während des Fluges kann die Besatzung mithilfe des Systems einen Treibstoff-Tank auf dem gegenüberliegenden Flügel als Gegengewicht gefüllt lassen. Das linke Pendant bleibt hingegen leer, wodurch der Effekt verstärkt wird.

Auch der Größenunterschied sorgt für ein Missverhältnis. Denn der größere Durchmesser des GE9X erzeugt auch einen höheren Luftwiderstand und bremst den Testflieger auf der linken Seite mehr. Die Piloten können die Nase der Boeing 747 mit mehr Schub auf der Gegenseite oder mit dem Seitenruder wieder gerade richten. Das geht allerdings nicht ohne Mehrverbrauch an Treibstoff.

Deutlicher Leistungsunterschied

Doch das für die Boeing 747 eigentlich nicht gedachte GE9X bringt auch Vorteile. «Unsere Start- und Steigleistung ist exzellent», berichtet Ohman, der zuvor beim US Marine Corps den Kampfjet F/A-18 Hornet flog und dort auch sein Handwerk als Testpilot erlernte. Läuft das einzelne GE9X auf voller Leistung, müsse an derselben Tragfläche die Kraft des anderen Triebwerks gedrosselt werden. Sollte das äußere Triebwerk der gegenüberliegenden Tragfläche ausfallen, könne wegen des asymmetrischen Gesamtschubs nur noch so eine sichere Kontrolle geboten werden.

Wie sehr das GE9X ihren drei Gegenstücken an der Boeing 747 in Sachen Schub überlegen ist, zeigte ein Probeflug. Dabei mussten der Chefpilot und seine Besatzung testen, wie sich der 777X-Motor bei einer gewissen Fluggeschwindigkeit und Schubleistung verhält. Sie stellten die drei CF6-Motoren in den Leerlauf, fuhren die Bremsklappen der Tragflächen vollständig aus und mussten zur Balance das Seitenruder relativ stark betätigen. Das GE9X hielt die Boeing 747 trotz der Schikanen ohne Probleme alleine in der Luft.

Vierstrahler idealer Testflieger

Eine Boeing 747 einfach mit zwei GE9X anstelle der vier üblichen Triebwerke auszustatten, ist laut Ohman aber unmöglich. In der Summe haben zwei GE9X noch immer weniger Schub als vier Triebwerke des Typs GEnx-9B, die den Jumbo in der neuen Version 747-8 antreiben. «Zudem ist die 747-8 als Vierstrahler so ausgelegt, dass Elektrik, Hydraulik und Zapfluftsysteme von vier Triebwerken versorgt werden müssen», erklärt Ohman.

Die Auslegung als Vierstrahler macht die Boeing 747 aber zum guten Versuchslabor für das riesige GE9X, lobt Ohman: Die vielen Triebwerke sorgen im Gegensatz zu zwei- oder dreistrahligen Flugzeugen für mehr Redundanz. Deren zahlreiche Kraftstoff- und Hydraulikpumpen sowie Stromgeneratoren sichern sich bei Ausfällen gegenseitig ab und machen den Testbetrieb sicherer.

Gute Kontrolle beim Drehen

Mit vier Triebwerken lassen sich zudem ungleiche Schubverhältnisse besser ausbalancieren. Mit komplexeren Konstellationen lassen sich zudem Versuchstriebwerke, die schwächer als auch stärker als die CF6-Motoren sind, gut erproben. Das liegt auch daran, dass die äußeren zwei Triebwerke relativ weit weg vom Schwerpunkt des Flugzeuges hängen. Durch die höhere Hebelwirkung können sie die Nase besser nach links oder rechts drücken, als die, die weiter innen liegen.

Diese Hebelwirkung bietet auch der lange Rumpf der Boeing 747, berichtet der Testpilot. Zusammen mit dem relativ langen Heck des Jumbos bietet das Seitenruder des Leitwerks ebenfalls eine gute Kontrolle beim Drehen der Nase.

Vorsicht bei Landungen

Trotz der Größe der Boeing 747: Unter den Tragflächen wird es für das GE9X trotzdem eng. Damit der Antrieb der Boeing 777X überhaupt noch unter den Versuchsflieger passte, musste Boeing eine spezielle Aufhängung für das im 4,4 Meter breite Gehäuse bauen. Sie neigt das Triebwerk weiter nach vorne und sieben Grad nach oben.

Zusammen mit einem leicht verlängerten Fahrwerksbein hängt das Gehäuse des GE9X nur noch etwas mehr als 45 Zentimeter über dem Boden. Der Einsatz am eigentlich fremden Flieger wurde dadurch zwar möglich, Ohman und seine Besatzung muss aber aufpassen: «Angesichts der relativ geringen Bodenfreiheit sind wir bei Landungen, insbesondere bei Seitenwind, sehr vorsichtig».

Definitely not your normal 747-400 throttle set, but standard for @GEAviation GE9X testing. To hold the test point airspeed with the #GE9X at power we need three production engines at idle, full speedbrake…and a lot of left rudder! #avgeek #777X pic.twitter.com/3V6G8kgwBW

— Jon Ohman (@JonROhman) December 15, 2018