Turbomaschinen zählen zu den leistungsfähigsten, von Menschenhand entworfenen Energiewandlern. Im Gegensatz zu Wasserturbinen nutzen thermische Turbomaschinen die Energie, die durch einen Verbrennungsprozess entsteht. Ob in Kraftwerken zur Stromerzeugung, in Turboladern für Otto- und Dieselmotoren oder in Strahltriebwerken für moderne Flugzeuge: Die Entwickler von Turbomaschinen stehen immer vor der Herausforderung, die Energie aus dem Verbrennungsvorgang möglichst effizient zu nutzen und damit den Wirkungsgrad weiter zu steigern.

»Ich halte es für einen Vorteil, dass ganz unterschiedliche Strömungsmaschinen, vom kleinen Abgasturbolader über Flugturbinen bis hin zu großen stationären Gasturbinen, in einer Planungsgruppe verbunden sind. Strömungsmechanik oder Grundlagen der Werkstofftechnik sind schließlich nicht von der Größe einer Maschine abhängig.« | Dr. Dirk Hilberg (Rolls-Royce Deutschland)

Schon heute ist der Wirkungsgrad von Gas- und Dampf-Kombikraftwerken mit mehr als 60 Prozent sehr hoch. Bis 2050 wollen die Entwickler den Wirkungsgrad auf 70 Prozent steigern. Ein Ansatzpunkt ist dabei, die Verbrennungstemperatur weiter zu erhöhen. Allerdings gehen mit höheren Temperaturen stärkere Schwingungen der Turbinenschaufeln einher. Die FVV-Forscher arbeiten deswegen an effektiven Maßnahmen zur Dämpfung, um Schäden an Turbinen und Anlagen zu vermeiden. Außerdem stellen die höheren Verbrennungstemperaturen neue Anforderungen an die Nachbehandlung der Abgase. Ferner haben sie Auswirkungen auf die eingesetzten Werkstoffe, die den Temperaturen dauerhaft standhalten müssen. Materialforscher untersuchen in zahlreichen FVV-Projekten deswegen das Bruch-, Kriech- und Ermüdungsverhalten der Metallwerkstoffe, die in den Turbinen verwendet werden.

Die FVV-Planungsgruppe Turbomaschinen arbeitet darüber hinaus an der weiteren Optimierung von Gasturbinen für Flugtriebwerke. Dabei geht es nicht nur um ein höheres Druckverhältnis von Verdichtern und Turbinen und damit auch hier um höhere Temperaturen, sondern auch um eine verbesserte Aerodynamik und die Verwendung von Leichtbau-Werkstoffen. Die vorwettbewerbliche Forschung in der FVV ist zur Erreichung den ambitionierten Ziele unerlässlich: So haben sich Flugzeug- und Turbinenhersteller dazu verpflichtet, bis 2050 die Kohlendioxid-Emissionen um 75 Prozent, den Stickoxidausstoß um 90 Prozent und die Lärmbelastung um 65 Prozent zu senken.

Die Planungsgruppe T »Turbomaschinen« widmet sich folgenden Themen:

• Wirkungsgrad und Effizienz von Turbinen, Kompressoren und Verdichtern
• Alternative Kraftstoffe, Wasserstoffverbrennung
• Innovative Werkstoffe und Beschichtungen

Und bearbeitet folgende Forschungslinien/-schwerpunkte:

• Aerodynamik von Turbomaschinen
• Gesamtsystem Turbine, Radial- und Axialverdichter
• Schaufelkühlung, Sekundärluftsysteme
• Bauteilbeanspruchung, Schädigungs- und Versagensmechanismen
• Hochtemperaturwerkstoffe und Beschichtung
• Additive Fertigung