Airbus A320NEO – Flugzeugtypen

Moderne Flugzeugtypen wie der Airbus A320NEO sind im Luftvekehr sehr erfolgreich. Der Airbus A320NEO ist eine Weiterentwicklung des A320. Der Airbus A320 und seine Derivate A318, A319 und A321 gelten als eines der erfolgreichsten Programme der zivilen Luftfahrt. Und für Airbus stellt dieses Programm den Durchbruch als einer der zwei großen Hersteller von zivilen Flugzeugen dar.

Im Duopol der Flugzeughersteller dominiert heute Airbus den Marktanteil bei sogenannten Narrow-Body-Flugzeugen oder auch Single-Aisle-Flugzeugen mit ungefähr 60 Prozent. (vgl., Flottau, 2016)

Angesichts der großen Nachfrage sah sich Airbus dazu gezwungen, nach rund zwanzigjähriger Bauzeit die A320-Reihe zu erneuern. Dieses neue Modell, genannt A320NEO, ist Gegenstand dieses Artikels. Hierbei soll ein besonderes Augenmerk auf die operative Einführung und damit verbundene Herausforderungen gelegt werden.

Geschichte der A320-Familie

Entwicklung der ersten Generation der A320-Familie

Bereits in den 1970er-Jahren begann sich in Europa ein Konsortium zu bilden, das mit ersten Entwürfen namens JET 2 den Grundstein für das A320-Programm legten. Dann, in 1981 verpflichtete sich Air France als Erstkunde zum Kauf von 50 Airbus A320. Darauf folgend begann im März 1984 der offizielle Programmstart. Und 1988 war die erste Auslieferung eines Airbus A320-100 an Air France zu beobachten (vgl. Morgenstern, Plath, 2000, S. 23f.). Schon in den Anfängen wurde auch über einen JET 1 und JET 3 nachgedacht (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 57f.). So entstanden nach dem Airbus A320 nun der Airbus A319 (erste Auslieferung im April 1996) und der Airbus A321 (erste Auslieferung am 27. Januar 1994 an die Deutsche Lufthansa). Später im Jahr 2003 folgte noch die erfolglose Version Airbus A318.

Grundsätzlich sind alle Varianten mit verschiedenen Triebwerken bestellbar. So sind dies für A319/A320/A321 Triebwerke der Hersteller CFM (CFM 56-5A/-5B) und IAE (IAE V2500). Dabei werden Flugzeuge mit diesen Triebwerken auch A320CEO-Familie genannt. Hierbei steht CEO für Current Engine Option (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 60).

Entscheidung zur Weiterentwicklung der Airbus A320-Familie ab

Nachdem seit 1987 die Airbus A320-Familie fast unverändert gebaut wurde, kamen die ersten Flugzeuge langsam am Ende ihres Lebenszyklus an. Folglich entschied sich Airbus im Jahr 2006, über eine Version namens „Enhanced“ nachzudenken (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 71f.). Die in dieser Version angedachten aerodynamischen Änderungen fanden dann nach und nach im A320CEO Anwendung. Unter anderem wurden als Sonderausstattung sogenannte Sharklets angeboten.

Erst im Jahr 2010 startete Airbus das A320NEO-Programm offiziell. Wie der Name „new engine option“ schon suggeriert, ist die bedeutendste Änderung die Installation neuer Triebwerke (vgl. Kingsley-Jones, 2010). Die treibende Kraft waren vor allem die Triebwerkshersteller. Denn diese konnten nun deutlich sparsamere Antriebe liefern. Beispielsweise waren dies das Pratt & Whitney PW1100G mit neuartiger Getriebefan-Technologie und das LEAP-1A-Triebwerk von CFM.

Entwicklung, Herstellung und Auslieferung des Airbus A320NEO

Entwicklung der neuen Triebwerke für A320NEO

Das Ziel der Entwicklung neuer Triebwerke ist, den Verbrauch zu senken und den Geräuschteppich, der bei Start und Landung entsteht, zu verringern.

Die neuartige Technologie des Pratt & Whitney PW1100G aus der PW1000G-Familie bezieht sich vornehmlich auf den Getriebefan. Dabei ist das Herzstück ein Planetengetriebe, welches den Fan von der Niederdruckturbine entkoppelt beziehungsweise im Verhältnis 3:1 ansteuert. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, dass sowohl Fan als auch Niederdruckturbine in ihrem optimalen Drehzahlband arbeiten können, obwohl sie auf einer Welle sitzen. Dies erhöht die Effizienz des Triebwerks und verringert damit den Treibstoffverbrauch. Dabei beträgt das Nebenstromverhältnis 12 zu 1 (vgl. Pratt &Whitney, u. A., 2018).

Allerdings stammen erste Versuche mit der Getriebefan-Technologie bereits aus den 1980er-Jahren. Jedoch waren sie nicht sehr erfolgreich. Und die ersten Triebwerke gingen nie in Serie. Erst ab 2009 entwickelte Pratt & Whitney zusammen mit MTU Aero Engines die PW1000G-Familie. Von Triebwerken der PW1000G-Serie, die auch an anderen Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen eingesetzt werden, wurden bis heute ungefähr 5000 Stück bestellt.

Im Vergleich zum PW1100G stellt die zweite Option für den A320NEO, das CFM LEAP-1A ein konventionelles Triebwerk ohne Getriebefan dar. Das Herstellerkonsortium CFM ist ein Joint Venture von General Electric (GE) und Safran Aircraft Engines. Die Kunden verlangten selbstverständlich ähnlich gute Verbrauchswerte, wie mit dem Konkurrenzprodukt. Dies konnte durch die Erhöhung des Nebenstromverhältnisses auf ein Verhältnis von 11:1 erreicht werden.  Die Entwicklung der LEAP-1-Familie basierte auf dem Verkaufsschlager CFM 56. Jedoch entschied man sich für eine komplette Neuentwicklung unter Zuhilfenahme der in der ersten Phase gewonnen Erkenntnisse. Von der LEAP-1-Familie wurden bis heute 6000 Triebwerke bestellt.

Weitere Verbesserungen des Airbus A320NEO

Neben den zwei neuen Triebwerksoptionen verbesserte Airbus auch andere Teile des Flugzeugs. So gibt es den Airbus A320NEO nur noch mit den sogenannten Sharklets, die aus dem oben genannten „Enhanced“-Programm stammen. Ältere Modelle der A320CEO-Serie hatten noch eine andere Art Winglets verbaut.

Des Weiteren musste die Flügelstruktur den schweren Triebwerken und der veränderten aerodynamischen Belastung durch die Sharklets angepasst werden. Damit verbunden waren auch neue Triebwerksaufhängungen, die ebenso dem gesteigerten Gewicht und dem vergrößerten Schub angepasst wurden.

Schließlich wurden selbstverständlich auch die sogenannten Flight Control Computer dem neuen Flugverhalten angepasst. Dies ließ sich durch neue Softwareversionen darstellen.   

Abbildung: Änderungen am Airbus A320NEO (Abbildungsbasis vgl. MTU Aero Engines, 2018)

Herstellungslinien in Toulouse, Hamburg, Tjanjin und Mobile

Über die Jahre vergrößerte sich die Anzahl der Endmontagelinien immer weiter. Heute wird der Airbus A320NEO in Toulouse, Hamburg und Tjanjin (erste Auslieferung des dort gebauten A320NEO am 25. Oktober 2017). Im US-Werk Mobile werden zurzeit noch vornehmlich A321CEO für den US-Markt gebaut. (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 150-155)

Erste Auslieferungen des Airbus A320NEO

Als Erstkunde war es Qatar Airways vorbehalten den ersten A320NEO zu übernehmen. Aufgrund der unten beschriebenen technischen Probleme die Triebwerke vom Typ PW1100G verweigerte Qatar Airways jedoch die Abnahme der ersten Airbus A320NEO (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 74). Somit wurde Lufthansa, sozusagen ungewollt, Erstbetreiber des Flugzeugtyps.

Herausforderungen aufgrund technischer Defizite des PW1100G-Triebwerks

Technische Besonderheiten und nicht erreichte Anforderungen des PW1100G-Triebwerks

Die neue Technologie des Getriebefans und damit einhergehend ein leicht schwereres Triebwerk im Vergleich zur A320CEO-Baureihe erforderte ebenso eine neu konstruierte, verstärkte Triebwerksaufhängung.

Diese neue Aufhängung und die enormen Temperaturen in der Brennkammer von ungefähr 1000 Grad Celsius (bei CFM 56 nur 550 Grad Celsius) führen im Vergleich zu älteren Triebwerksmodellen zu einer Abkühlungs- und Werkstoffproblematik.

Das PW1100G zeigt Besonderheiten in der Wärmeausdehnung (vgl. Figgen, Plath, 2017, S. 74). Nach dem Abschalten des Motors entweicht die Hitze nicht gleichmäßig aus dem Triebwerk. Dies führt während der Abkühlungsphase zu unterschiedlichem Werkstoffverhalten. Das heißt, dass sich der obere Teil des Triebwerks langsamer abkühlt als der untere Teil. Damit verbiegt sich das Triebwerk leicht, was beim Anlassen und Betrieb des Triebwerks in diesem Zeitraum zu Kontaktschäden der Rotoren an den Verkleidungen führen würde.  Dieses Phänomen war im Triebwerksbau nicht neu, jedoch das Ausmaß durch die großen Temperaturunterschiede sehr groß. Es nennt sich „Bowed Rotor“. (vgl. Norris, 2016)

Da dieses technische Defizit vor allem bei Drehzahlen ab 25% N2 zum Tragen kommt und das ungleichmäßige Ausdehnungsverhalten besonders zwischen zwei und drei Stunden nach abstellen des Triebwerks auftritt, musste Pratt & Whitney hier schnell Abhilfe schaffen.

Technische Eingriffe zur Reduktion der Ausdehnungsproblematik

Um eine schnellere Abkühlung des Triebwerks vor Erreichen der kritischen Drehzahlen ab 25% N2 zu erreichen, musste das Triebwerk zum Auslieferungsbeginn des A320NEO länger im Leerlauf verbleiben beziehungsweise vor dem eigentlichen Triebwerksstart durch den Startermotor gekühlt werden. Somit dauerte anfänglich ein Triebwerksstart, je nach Temperatursituation im Triebwerk, bis zu sechs Minuten. Ein A320CEO benötigt mit seinem konventionellen CFM56-5B-Triebwerk dagegen nur ungefähr 100 bis 120 Sekunden.

Dieser unbefriedigend langen Dauer eines Triebwerkstarts konnte mit kleineren, konstruktiven Veränderungen und vor allem mit Software-Updates begegnet werden. Diese Software-Veränderungen finden in der FADEC, auch EEC genannt, statt. So wurde der Anlassvorgang nicht mehr digital programmiert, sondern es finden nun deutlich mehr Parameter Eingang, wie Außentemperatur (OAT), Abgastemperatur (EGT), Öltemperatur und auch der Zeitpunkt des letzten Abstellens. Dadurch kann die benötigte Zeit zur Kühlung genauer festgelegt werden.

Des Weiteren kühlen sich nun beide Triebwerke parallel, so dass nicht mehr nacheinander auf das Anlassen gewartet werden muss. Airbus nennt diesen Vorgang „Dual Cooling“ und implementierte hier eigene Verfahren für den A320NEO mit PW1000G-Triebwerken. Somit ist die Startdauer bis heute auf zwei bis drei Minuten pro Triebwerk zurückgegangen. (vgl. Norris, 2016)

Durch technische Defizite verursachte operationelle Probleme

So gering diese Unterschiede in der benötigten Startzeit im Vergleich zum A320CEO sind, so handelt es sich hier um wertvolle Minuten. Insgesamt addiert, brauchte der A320NEO besonders ohne die erfolgten Änderungen ca. acht Minuten länger als der A320CEO zum Anlasen der Triebwerke. Dies führte zu zwei operationellen Problemfeldern.

Einmal konnten die Zeiten der Flugpläne nicht mehr eingehalten werden. Dies führte unausweichlich zu Verspätungen, die im Laufe des Tages sich zusätzlich aufaddierten. Somit war der Airbus A320NEO nicht mit der maximalen Zahl an Flügen einsetzbar und verlor dadurch gegenüber anderen Mustern, aber auch dem A320CEO, an Effizienz.

Das zweite Problemfeld war die längere Standzeit auf Rollwegen, die für den Triebwerksstart benötigt wurde. Denn somit wurde länger als üblich ein Rollweg in seiner Kapazität beschränkt. An historisch gewachsenen Flughäfen wie London Heathrow (LHR) oder Frankfurt am Main (FRA), wo man durchaus Sackgassen vorfinden kann, führte dies u.a. zu längeren Blockierungen anderer Flugzeuge, die nicht ihre Parkposition erreichen oder das Ablegen vom Gate nicht beginnen konnten. In Frankfurt wurde mit der Problematik umsichtig umgegangen und der Airbus A320NEO nicht mehr auf diese Parkpositionen geplant. In London sah man sich gezwungen ein komplettes Abfertigungsverbot und damit Anflugsverbot für den Airbus A320NEO zu erlassen, so dass anfänglich der Airbus A320NEO nicht nach LHR fliegen durfte.

Beide aufgeführten Problematiken konnten durch die Verkürzung der Startzeiten aufgehoben werden. 

Weitere Folgen für Betreiber des Airbus A320NEO

Zusätzlich zu den operationellen Problemen mussten die Crews zusätzlich trainiert werden, um den Umgang mit dem anspruchsvollen Triebwerk zu erlernen. Hier forderte u.a. das Luftfahrtbundesamt einen zusätzlichen Schulungstag.

Die mehrfachen Updates der FADEC früh ausgelieferter Maschinen führten zu Liegezeiten in den Werften. Diese nicht vorhergesehenen Fehlzeiten der Flugzeuge mussten durch anderes Gerät, u.a. Fremdgerät im Wet-Leasing, ausgeglichen werden.

Zuletzt verweigerten einige Flughäfen, die bereits am Rande ihrer Kapazität arbeiteten, die Abfertigung und somit den Anflug des Airbus A320NEO. Die Begründung lag in den deutlichen verlängerten Zeiten zum Triebwerksstart, die die Auslastung des Vorfelds der Flughäfen erhöhten. Dies war zum Beispiel in London Heathrow der Fall.

Folgen für den Hersteller des Airbus A320NEO

An Airbus gingen die Probleme mit dem PW1100G natürlich ebenso nicht spurlos vorbei. Denn, wie bereits erwähnt, weigerte sich der Erstkunde Qatar Airways beharrlich den A320NEO mit den vorhandenen Problemen zu übernehmen, so dass Lufthansa als Erstbetreiber einsprang. Die unterschiedlichen Ansichten zum A320NEO sind bis heute mit Qatar Airways nicht gelöst. So stehen bis heute, fast zwei Jahre nach der geplanten Erstauslieferung, immer noch ungefähr zwölf Maschinen ohne Triebwerke in Toulouse und warten auf ihren Einsatz für Qatar Airways. Jedoch entschied sich Qatar gänzlich gegen den Airbus A320NEO und wandelte die Bestellungen in A321NEO um. Was mit den bereits gefertigten Maschinen pasiiert, ist bis heute unbekannt. (vgl. Bryan, 2017)

Ebenso orientierten sich einige Kunden um und wandelten ihre Bestellungen in A320NEO mit LEAP-1A-Triebwerke. Da diese jedoch erst später verfügbar waren als das PW1100G konnte Airbus im Jahr 2016 das gesteckte Ziel an Auslieferungen nicht erfüllen. Ebenso dazu bei trug und trägt, dass bis heute Pratt & Whitney nicht die nötige Anzahl an Triebwerken für die große Anzahl an Bestellungen liefern kann.

Auf Grund der verspäteten Auslieferungen und der operationellen Einschränkungen dürfte die Airbus Group auch finanziell den Fluggesellschaften entgegengekommen sein. Denn normalerweise sehen Kaufverträge Strafzahlungen bei nicht erreichten Eigenschaften oder größeren Verzögerungen vor.

Fazit nach der Einführung des Airbus A320NEO

Es kommt immer wieder bei der Einführung neuer Muster zu deutlichen Einschränkungen oder sogenannten „Kinderkrankheiten“, die sich kaum in geringer Zeitspanne abstellen lassen.

Besonders müssen die großen Hersteller hier lernen, dass sich die Abhängigkeit von Zulieferern negativ auswirkt. Diese Erfahrung mussten schon beide großen Hersteller schmerzlich erfahren, z.B. bei zu kurzen Kabelbäumen beim Airbus A380 oder falsch belüfteten Batterien bei der Boeing 787 und eben beim Airbus A320NEO durch die fehlerhaft konstruierten Triebwerke.

In Zukunft werden sich solche Probleme nur durch eine deutlichere Kontrolle der Zulieferer, eine gestreckte, zeitliche Planung der Entwicklung und eine Reintegration von Kernaufgaben in den Herstellerkonzern lösen lassen.

Den gesamten Erfolg des Airbus-A320NEO-Programms konnten die Probleme um das PW1100G-Triebwerk jedoch nicht gefährden. Mit über 5000 Bestellungen bis zum heutigen Tag ist das Programm schon jetzt ein enormer Erfolg für die Airbus Group. (vgl. Airbus Group, u. A., 2017)

Literaturverzeichnis zum Airbus A320NEO

Airbus Group, u.A. (2018): Orders and Deliveries Commercial Aircrafts, http://www.airbus.com/aircraft/market/orders-deliveries.html

Bryan, Victoria (2017): Qatar Airways chief says will not take any Airbus A320neos in 2017, https://www.reuters.com/article/us-europe-tourism-qatarairways/qatar-airways-chief-says-will-not-take-any-airbus-a320neos-in-2017-idUSKBN16F1DZ

Figgen, Achim & Plath, Dietmar (2017): Das große Airbus Typenbuch, München: GeraMond Verlag, Neuauflage 2017

Flottau, Jens (2016): Milliarden gegen Airbus, Süddeutsche (Online), http://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/boeing-milliarden-gegen-airbus-1.2864012

Kingsley-Jones, Max (2010): SINGAPORE 2010: Airbus targets early A320 re-engining decision, 2015 debut, Flight Global (Online), https://www.flightglobal.com/news/articles/singapore-2010-airbus-targets-early-a320-re-engining-decision-2015-338026/

Morgenstern, Karl & Plath, Dietmar (2000): Airbus A318/319/320/321, Ottenstedt: Otterstedter Verlag

MTU Aero Engines, u.A. (2018): PW1000G Produktblatt, http://www.mtu.de/de/engines/zivile-triebwerke/narrowbody-and-regional-jets/pw1000g/

Norris, Guy (2016): New P&W President Has ‘Nothing To Hide’ On GTF Starting Issue, http://aviationweek.com/commercial-aviation/new-pw-president-has-nothing-hide-gtf-starting-issue

Pratt & Whitney, u. A. (2018): PurePower Engine Family Specs Charts, http://www.pratt-whitney.com/Content/PurePowerPW1000G_Engine/pdf/B-1-1_PurePowerEngineFamily_SpecsChart.pdf

Autorenhinweis zum Airbus A320NEO

Dieser Text entstand auf Basis einer Studienarbeit von Philipp Gasser, Studierender im Studiengang Aviation Business an der htw saar.