Der Eurofighter "Typhoon" (V)
Triebwerk, Cockpit, Avionik
Kompaktheit, Modularität, Übersichtlichkeit, weitgehende Automatisierung sowie die Verwendung modernster Materialien kennzeichnen die in diesem Beitragsteil beschriebenen Bereiche.
Triebwerk
Im Jahr 1982 begann das britische Verteidigungsministerium gemeinsam mit der Fa. Rolls-Royce die Entwicklung eines Triebwerkes mit der Bezeichnung XG-40 ACME (Advanced Core Military Engine). Mit der Gründung des Eurojet Konsortiums im Jahr 1986 startete man auch die Entwicklung des Triebwerkes EJ-200, wobei die Erfahrungen vom XG-40 hier einflossen. Der erste Probelauf mit dem EJ-200 uf dem Prüfstand erfolgte am 25. Oktober 1990, erstmalig geflogen wurde die Version EJ-200-01A am 4. Juni 1995 im "Typhoon" DA3 (italienischer Prototyp). Im April 1997 wurde die Freigabe zur Serienproduktion erteilt.
Das Eurojet-Konsortium besteht aus den vier Triebwerksherstellern der Partnernationen:
- Motoren- und Turbinen-Union München (MTU München, Deutschland);
- Rolls-Royce (Großbritannien);
- Fiat Avio (Italien);
- Industria de Turbo Propulsores (ITP, Spanien).
Design
Das sehr kompakte Triebwerk (Details siehe Grafik und Kasten umseitig) wird aus modernsten Materialien gefertigt und besteht aus folgenden Hauptbaugruppen (in Klammern die Zuordnung innerhalb des Eurojet-Konsortiums):
- - Hochdruckverdichter (Deutschland),
- Niederdruckverdichter (Deutschland),
- Niederdruckwelle (Italien),
- Hochdruckturbine (Großbritannien),
- Brennkammer (Großbritannien),
- Nachbrenner (Italien),
- Luftsystem (Italien),
- Ölsystem (Italien),
- digitale Triebwerksregelung (Digital Engine Control Unit - DECU, Deutschland),
- Schubdüse (Spanien),
- Nebenstromgehäuse (Spanien),
- Getriebe (Italien),
- Abgasdiffusor (Spanien) und
- Zwischengehäuse (Großbritannien).
Im Niederdruckverdichter wird die Luft in drei Stufen verdichtet, bevor sie in den Hochdruckverdichter geleitet wird, wo die Luft in weiteren fünf Stufen komprimiert wird. Trotz dieser wenigen Stufen wird eine Gesamtverdichtung von 26 : 1 erreicht. Die Schaufeln der Verdichterstufen werden in einer integralen Schaufel-/Scheibenbauweise hergestellt und bestehen aus einem einzigen Kristall (Einkristallturbinenschaufeln). Feinste Bohrungen in den Schaufeln erlauben eine Kühlung von innen her.
Nach der Verdichtung der Luft kommt es in der Brennkammer zur Vermischung mit dem Treibstoff sowie zur Verbrennung, die rauchlos erfolgt. Das so produzierte Gas strömt durch zwei Turbinenstufen, die auch den Hoch- bzw. Niederdruckverdichter antreiben. Die Masse des produzierten Gases wird für den Antrieb verwendet, wobei im Nachbrenner durch zusätzliche Einspritzung von Treibstoff der Schub um ca. 50 Prozent gesteigert werden kann.
Die digitale Triebwerksregelung DECU (Digital Engine Control Unit) hat die Aufgabe, dass die jeweils gewählte Leistung rasch und stabil zur Verfügung steht. Mit der DECU werden neben der Kontrolle von Grenzwerten, Drehzahl, Temperatur und Druck auch Fehlerdiagnosen an das Flugzeug weitergeleitet. Nach einem Triebwerkswechsel sorgt die DECU für eine weitgehende Selbsteinstellung des Triebwerks, so dass aufwändige und laute Bodenläufe nur mehr in seltenen Fällen notwendig werden.
Die modulare Bauweise des EJ-200-Triebwerkes erlaubt einen schnellen Austausch von Einzelteilen und somit eine einfache Wartung und Reparatur. Das Triebwerk ist im Kern für eine Lebensdauer von 6 000 Stunden ausgelegt. Durch seine kompakte Bauweise ist es klein und leicht, was durch das Schubgewichtsverhältnis von ca. 10 : 1 eindrucksvoll zum Ausdruck gebracht wird. Es ist für hohe Belastungen wie Geschwindigkeiten von Mach 2 und einem Lastvielfachen von 9 g ausgelegt. Zudem ist es unempfindlich gegenüber wechselnden Strömungsverhältnissen, Korrosion und Vogelschlag. Das EJ-200 besitzt ein hohes Wachstumspotenzial, wodurch die Leistungen in Zukunft weiter gesteigert werden können. In nur fünf Sekunden kann das Triebwerk von Leerlauf in vollen Trockenschub (Maximalleistung ohne Verwendung des Nachbrenners) gebracht werden, das Hochfahren benötigt weniger als eine Minute.
Leistungsdaten
Bezeichnung: Eurojet EJ-200-03A.
Typ: Zweiwellen Turbofan.
Anzahl: 2.
Max. Trockenschub pro Triebwerk: 60 kN (6120 kg).
Max. Nachbrennerschub pro Triebwerk: 90 kN (9180 kg).
Länge: 4,00 m.
Durchmesser: 0,737 m.
Masse: 1 040 kg.
Gesamtdruckverhältnis: 26 : 1.
Nebenstromverhältnis: 0,4 : 1.
Luftdurchsatz: 75 bis 77 kg/sec.
Max. Kerosinverbrauch ohne Nachbrenner: ca. 75 kg/min.
Cockpit
Das Cockpitlayout wurde gemäß der Philosophie eines Einsitzers konzipiert, daher stand eine weitgehende Automatisierung im Vordergrund. Nur dadurch kann der Pilot die vielschichtigen Aufgaben des heutigen Luftkrieges erfolgreich meistern und gleichzeitig die immer weiter steigende Komplexität moderner Systeme bewältigen.
Das Cockpit wird durch eine zweiteilige Kabinenhaube abgedeckt, einer starren Fronthaube sowie einem sich nach hinten öffnenden Kabinendach. Die gesamten Cockpiteinfassungen bestehen aus leichten Aluminium-Gussteilen, welche die Sicht nur unwesentlich einschränken und deshalb eine hervorragende Rundumsicht ermöglichen. Trotz der geringen Größe des "Typhoon" ist das Cockpit relativ geräumig und bietet dem Piloten auch bei längeren Flügen (z. B. mit Luftbetankung) zusammen mit der elektronisch gesteuerten Klimaanlage einen gewissen Komfort. Der Blendschutz und die allgemein übersichtliche Auslegung ermöglichen dem Piloten auch bei völliger Dunkelheit oder greller Sonneneinstrahlung effizient zu operieren. Die Kompatibilität der Cockpitanzeigen mit Nachtsichtbrillen ist gegeben.
Instrumentierung
Der Eurofighter Typhoon besitzt ein hochentwickeltes, übersichtliches Glascockpit, dominiert von drei so genannten MHDD (Multifunctional Head Down Displays) von Smiths Industries. Es handelt sich dabei um multifunktionale, farbige Flüssigkeitskristallanzeigen. Die MHDD sind unten im Cockpit untergebracht und von je 17 Eingabetasten umgeben. Die Eingabetasten sind programmierbar und besitzen integrierte LED-Anzeigen. Die MHDD können nicht nur farbige Darstellungen ausgeben, sondern bieten auch eine sehr hohe Auflösung, z. B. zur Darstellung einer digitalen Landkarte. Standardmäßig wird jedes der drei MHDD für bestimmte Anzeigen verwendet. Es ist jedoch möglich, auf allen drei MHDD dieselben Informationen darzustellen bzw. während eines Fluges auch unterschiedliche Anzeigeformate zu verwenden. Diese Formate werden teilweise automatisch - je nach gewähltem Hauptmodus oder Lage - angezeigt. Auf den MHDD können taktische-, Radar- und EloKa-Informationen ebenso dargestellt werden wie Triebwerks-, Waffen-, Treibstoff-, System- und Fluginformationen oder digitale Karten. Die Piloten können eigenständig Anzeigeformate zusammenstellen und sich diese anzeigen lassen. Die Helligkeit der Bildschirme ist zudem automatisch regelbar, das macht sie unter allen Lichtverhältnissen gut ablesbar.
Das Head-Up-Display (HUD) ist aus heutigen modernen Kampfflugzeugen nicht mehr wegzudenken. Auf eine Scheibe werden wichtige Informationen in Augenhöhe des Piloten projiziert, damit der Pilot nicht ständig nach unten ins Cockpit blicken muss, um wichtige Informationen abzulesen. Der Typhoon besitzt ein hochentwickeltes Weitwinkel-HUD, das von BAE Systems entwickelt wurde. Es bietet ein Sichtfeld von 35 x 25 Grad, wodurch viel Platz für eine übersichtliche Projektion von Informationen vorhanden ist. In verschiedenen Hauptmodi können auf dem HUD unterschiedliche Informationen angezeigt werden. Neben standardmäßigen Fluginformationen wie Geschwindigkeit, Flughöhe, Kurs, Wegpunktmarkierung, Neigungsleiter, g-Faktor (das durch Beschleunigungskräfte entstehende Lastvielfache, das auf Pilot und Flugzeug wirkt) usw. können auch zusätzliche Navigations-, Waffen- und Zielinformationen auf dem HUD dargestellt werden.
Auf der rechten Konsole sind primär die Bedienelemente für die Elektrik untergebracht. Hier befindet sich auch das so genannte Warndisplay. Es handelt sich um eine farbige Flüssigkristallanzeige, die Warnhinweise bei möglichen Systemausfällen ausgibt. Das Warndisplay kann auch als Back-Up-Display dienen, da hier notfalls Fluginformationen wie Geschwindigkeit, Flughöhe oder Kurs zum nächsten Flugplatz angezeigt werden können. Oben rechts im Cockpit sind einige digitale Anzeigen sowie analoge Back-Up-Instrumente angebracht. Zu diesen zählen u. a. ein Kompass, ein künstlicher Horizont und ein Anstellwinkelanzeiger. Auch die Hauptwarnlampe ist hier angebracht. Oben links im Cockpit befinden sich u. a. die Tasten zur Bedienung des Autopiloten und links die beiden Leistungshebel sowie diverse Dateneingabegeräte. Unten im Cockpit, zwischen den Beinen des Piloten, befinden sich die Hauptmoditasten, mit denen die Hauptmodi wie z. B. Luft-Luft-Einsatz, Luft-Boden-Einsatz, Navigation, Start, Landung, usw. angewählt werden. Der Steuerknüppel (gleichfalls zwischen den Beinen des Piloten) hat etwa 10 cm Bewegungsspielraum in alle Richtungen und ist nicht mechanisch mit den Steuerflächen verbunden.
Eine weitere Unterstützung erfährt der Pilot durch das so genannte Voice Message System (VMS), ein Informations- und Warnsystem mittels einer computergenerierten Stimme, wahlweise einer männlichen oder weiblichen. Das System ist bei Piloten als "Bitchin‘ Betty" bekannt. Das VMS meldet dem Piloten z. B. Systemausfälle oder warnt ihn vor Kollisionen mit Geländeerhebungen. Das VMS ist somit eine effektive akustische Unterstützung der sonst virtuellen Anzeigen, was zu einer Entlastung des Piloten führt.
Das fortschrittliche Steuerungskonzept des "Typhoon" wird als VTAS (Voice, Throttle and Stick) bezeichnet und ist eine Kombination aus HOTAS (Hands on Throttle and Stick) und DVI (Direct Voice Input). Das System entlastet den Piloten erheblich, da viele Funktionen über Hebel und Schalter an Steuerknüppel und Leistungshebeln bzw. per Spracheingabe aktiviert werden können.
HOTAS und DVI: Bei allen modernen westlichen Kampfjets basiert die Steuerungsphilosophie auf dem HOTAS-Konzept (Hands on Throttle and Stick - Hände an Leistungsregler und Steuerknüppel). An diesen primären Steuerkontrollorganen sind mehrere Hebel und Schalter angebracht, mit denen alle für das Gefecht relevanten Funktionen bedient werden können. Das entlastet den Piloten erheblich, da er Steuerknüppel und Leistungshebel nicht loslassen muss, um bestimmte Einstellungen im Cockpit während des Fluges vorzunehmen. Insgesamt befinden sich am Steuerknüppel und den Leistungshebeln des "Typhoon" 24 Hebel und Schalter, mit denen rund 50 Funktionen ausgelöst bzw. gesteuert werden können. Die Bedienung des Radars erfolgt fast ausschließlich per HOTAS, ebenso der Waffeneinsatz usw. Auch ein Knopf für die automatische Abfangfunktion sowie ein kleiner Joystick zum Bewegen des Cursors in den MHDD sind am HOTAS angebracht. Ergänzend zum HOTAS kommt beim "Typhoon" auch das DVI (Sprachsteuerungssystem - Direct Voice Input) zur Anwendung. Dieses ist ein Teil der Kommunikations- und Audio Management-Einheit und verwendet verschiedene Algorithmen wie z. B. der Markov Muster- und Vorbildanpassung. Dadurch soll garantiert werden, dass das System auch unter starken Belastungen des Piloten, welche die Stimme beeinflussen sowie bei Nebengeräuschen funktioniert. Das Stimmprofil des Piloten wird mittels eines Mission Data Loaders über das GSS (Ground Support System) in den Bordcomputer eingespeichert. Das System erkennt ca. 200 Wörter, benötigt eine Antwortzeit von 200 ms und soll in 95 Prozent der Fälle die Befehle verstehen und ausführen. Mittels des Sprachsteuerungssystems können 26 nicht flugsicherheitsrelevante bzw. nicht kritische Systeme bedient werden. So können Funkfrequenzen, Navigationsmodi, Displaymodi der MHDD oder auch Radarmodi per Sprachbefehl kontrolliert werden. Auch das Zuweisen von Zielen für Raketen oder das Abfragen des Treibstoffstatus sind möglich, wobei sowohl akustische als auch optische Antwortmöglichkeiten des Systems möglich sind.
HEA (Helmet Equipment Assembly)
Das HEA, das sich derzeit in Erprobung befindet, wurde speziell für den Eurofighter entwickelt. Der Helm besteht aus Kevlar und wiegt trotz Ausrüstung nur ca. 1,9 kg. Diese umfasst unter anderem Kopfhörer für Funk und Meldungen des Voice Message Systems, zwei Mikrofone für Funk und DVI (Direct Voice Input) und eine Atemmaske mit Druckbeatmung für höhere g-Toleranz. Ein Sonnenschutzvisier und ein Display mit einem Sichtfeld von 40 Grad sind ebenfalls vorhanden. Das Display (HMD - Helmet Mounted Display) soll auch Schutz vor Laserwaffen bieten. Auf ihm können zudem dieselben Informationen wie auf dem HUD angezeigt werden.
Bewegt der Pilot seinen Blick vom HUD weg, wird das HMD aktiviert. Dadurch hat der Pilot, egal wohin er blickt, alle wichtigen Flug-, Zielerfassungs- und Waffeninformationen im Auge. Das Zielerfassungskästchen wird permanent auf das HMD projiziert. Für Nachteinsätze steht eine nur ca. 400 g schwere Nachtsichtausrüstung (NVE - Night Vision Equipment) zur Verfügung. Diese kann optional an den Helmen angebracht werden. Die Nachtsichtkameras bestehen aus zwei restlichtverstärkenden Kameras, welche die kleinste Lichtquelle ausnutzen, um bei Nacht Bilder zu erzeugen.
Der große Vorteil der Nachtsichtausrüstung liegt in der 360 Grad Rundumsicht, die Bildqualität eines FLIR (Forward Looking Infra Red) ist damit aber nicht erreichbar.
Avionik
Wie beim Cockpit wurde auch bei der Avionik des "Typhoon" großer Wert auf eine weitgehende Automatisierung und Integration gelegt. Ziel war es, dass ein Pilot all die komplexen Systeme auch im Gefecht ohne allzu große Mühe handhaben und sich somit auf die Mission konzentrieren kann. Die hochentwickelte Avionik ist modular aufgebaut, was ein einfaches Erweitern und Austauschen der Teilsysteme ermöglicht. Die Vernetzung erfolgt unter anderem über Glasfaserleitungen, wobei insgesamt sieben standardisierte Datenbusse (fünf digitale und zwei optische Datenbusse) zur Verfügung stehen. Folgende Systeme und Fähigkeiten kennzeichnen die Avionik des "Typhoon":
Utility Control System (UCS)
Das UCS, das als Hauptsystem die Grundsysteme kontrolliert und überwacht, besteht u. a. aus dem Front Computer, dem Treibstoffcomputer, dem Wartungsdatenpaneel, zwei SPS-Computern (speicherprogrammierte Steuerungen) und dem Fahrwerkscomputer. Des weiteren umfasst das UCS Datenanzeigen und Fehlerdiagnosesysteme.
Integrated Monitoring and Recording System (IMRS)
Das IMRS ist ein eingebautes Diagnosesystem. Es registriert sämtliche Systemausfälle und zeigt sie dem Piloten nach Priorität an, wobei das System dem Piloten auch Problemlösungsvarianten vorschlägt. Ein Flugaufzeichnungsrekorder komplettiert das IMRS.
Health Monitoring
Ingesamt 20 Sensoren messen die Belastungen der Flugzeugstruktur und können so die einsatzbedingte Verminderung der "Lebensdauer" der Struktur ermitteln. Im Sechzehntelsekundentakt senden diese Sensoren Daten an die zentrale Rechnereinheit des Systems. Hinzu kommen weitere Sensoren in den Triebwerken.
Die Sensoren überwachen gleichsam die "Gesundheit" (Health) des Flugzeuges. So können Probleme frühzeitig erkannt und die Wartung vereinfacht werden. Das erhöht die Zuverlässigkeit und minimiert das Risiko von Ausfällen.
Fluginformationssysteme
Diverse Sensoren, zusammengefasst im Fluginformationssystem, messen den Flugzustand sowie den Zustand des Flugzeuges. Der Pilot ist jederzeit über Fluglage, Geschwindigkeit, Flughöhe, G-Belastung, Anstellwinkel, Flugrichtung und Treibstoffvorrat informiert.
Ein Lagereferenzsystem beinhaltet hochempfindliche Kreiselsysteme und Beschleunigungsmesser, wobei im "Typhoon" alle Sensoren in einem einzigen Gerät untergebracht sind. Zur Kommunikation ist der "Typhoon" mit UHF/VHF-Funkgeräten ausgestattet, wobei im UHF-Bereich, der in der allgemeinen, zivilen Luftfahrt nicht verwendet wird, eine gesicherte Kommunikation mittels verschlüsselter Kanäle möglich ist.
Navigation
Im "Typhoon" finden sich u. a. ein Radarhöhenmesser zur exakten Feststellung der Höhe des Flugzeuges über Grund, weiters ein Laser-Trägheitsnavigationsgerät (LINS - Laser Inertial Navigation System) sowie ein Satellitennavigationssystem (Differential Global Positioning System - DGPS). In Kombination mit den anderen Fluginformationssystemen ermöglichen diese eine präzise Navigation und ein genaues Timing. Das befähigt den "Typhoon", nach dem Aera Navigation Prinzip (RNAV) zu navigieren, ohne auf bodengebundene Navigationshilfen angewiesen zu sein. Ein Instrumentenlandesystem (ILS) ermöglicht bordgesteuerte Präzisionsendanflüge. Ergänzt wird die Navigationsfähigkeit des Typhoon durch ein Ground Proximity Warning System (GPWS), das den Piloten vor Kollisionen mit Geländehindernissen warnt und somit auch Tiefflüge bei Nacht und schlechter Sicht zulässt.
Eine digitale Karte (MMD - Moving Map Display) zur Darstellung von Geländedaten in grafischer Form ist gleichfalls vorhanden, sie wird standardmäßig auf dem mittleren MHDD angezeigt. Über das MMD können Flugpläne, aber auch Positionen anderer Flugzeuge bzw. für den Piloten wichtige Informationen gelegt werden. Ein Autopilot mit verschiedensten Betriebsarten, inklusive einer Abfangfunktion für Notfälle, welche die Maschine in einen leichten Steigflug bringt, ist Teil der Navigationsanlage des "Typhoon".
(wird fortgesetzt)
Autor: Oberstleutnant dG Mag. Reinhard Zmug, Jahrgang 1968. Eingerückt 1986 zum Fliegerabwehrbataillon 2 in Zeltweg. 1987 bis 1990 Offiziersausbildung an der Theresianischen Militärakademie in Wiener Neustadt, ausgemustert als Flugsicherungsoffizier ins Military Control Center nach Wien. Von 1997 bis 2000 Generalstabslehrgang an der Landesverteidigungsakademie in Wien, danach Verwendung als G4 im Kommando Fliegerdivision bzw. Kommando Luftstreitkräfte. Anfang 2004 Verwendung im BMLV, Abteilung Ausbildung A; seit Mai 2004 Verwendung im Rüstungsstab/Luftzeugabteilung als Leiter der Stabsstelle in der Projektgruppe Luftraumüberwachungsflugzeug. Ab 1. April 2008 Truppenverwendung als Leiter der Fliegerwerft 2 in Zeltweg.