Was war nochmal...der Hot RESLAM?

In unserer Reihe „Was war nochmal?“ beleuchten wir heute ein Spezialmanöver aus dem Betrieb moderner Flugzeugtriebwerke: den sogenannten Hot Reslam – oder auch „Bodie“. Dieses Phänomen ist zwar im zivilen Flugbetrieb eher selten, hat aber für Flugversuche und das Triebwerksverständnis im Grenzbereich große Bedeutung. Es handelt sich um eine extreme Form der Schubmanipulation im heißen Betriebszustand des Triebwerks.

Was ist ein „Hot Reslam“?

Der Begriff „Hot Reslam“ beschreibt ein schnelles und abruptes Leistungsmanöver eines Strahltriebwerks: Das Aggregat wird zunächst mehrere Minuten bei hoher Leistung betrieben und ist damit thermisch vollständig aufgeheizt („hot soaked“). Anschließend erfolgt ein plötzlicher Schubabbau auf nahezu Leerlauf innerhalb einer Sekunde, gefolgt von einer sofortigen Wiederbeschleunigung auf Volllast.
Diese extreme Manöverfolge wurde ursprünglich von einem US-Piloten namens Bodie im Rahmen von Flugerprobungen angewendet – daher die alternative Bezeichnung „Bodie-Manöver“.

Warum ist das so besonders?

Anders als bei konventionellen Beschleunigungsphasen ist der „Hot Reslam“ durch die thermische Trägheit der Triebwerkskomponenten geprägt:
• Nach dem plötzlichen Schubabbau kühlt die Luft im Triebwerk sehr schnell ab.
• Die metallischen Komponenten (Schaufeln, Brennkammerwände etc.) bleiben aber noch heiß.
• Beim sofortigen Wiederhochfahren geben diese heißen Bauteile Wärme an die kältere Luft ab – die Luft „erwärmt sich“ also zusätzlich zur normalen Verbrennung.
Diese indirekte Zusatzheizung wirkt wie ein virtueller Kraftstoffimpuls – die Strömung erhält mehr Energie, als die Regelung vorgesehen hat.

Technische Effekte des Manövers

Für ein Verständnis der technischen Effekte ist es wichtig, die grundsätzliche Struktur und Interpretation eines Kompressorkennfelds zu verstehen:

Abbildung 1: Vereinfachtes Kompressorkennfeld (eigene Darstellung Autor)

Grundsätzlich stellt das Kompressorkennfeld die betriebliche Abhängigkeit des (Luft-)Volumenstroms durch das Triebwerk zum Verdichtungsdruckverhältnis dar. Je höher die Verdichtung bei gleichem Volumenstrom, desto instabiler wird die Luftströmung durch den Verdichter.

Pumpgrenze

Die Pumpgrenze (engl. Surge Line) ist jene Linie, die den Bereich stabiler Verdichtung vom Bereich instabiler Verdichtung trennt. Im instabilen Bereich (oberhalb der Pumpgrenze) kann es zum sog. „Pumpen“ kommen, einem Phänomen, bei dem das komprimierte Medium (Luft) periodisch zurückströmt und zu Vibrationen und Schäden führen kann.

Drehzahlkurven

Die Drehzahlkurven sind Linien konstanter Kompressordrehzahl, die den dabei gegebenen Zusammenhang zwischen Druckverhältnis, Volumenstrom und der jeweiligen Drehzahl darstellen.

Betriebslinien

Je nach Auslegung des Kompressors und den jeweiligen Umgebungsbedingungen ergibt sich eine stationäre Betriebslinie, aus der bei „Leistungsgleichgewicht“ zwischen Turbine und Kompressor (also einem stationären, oder unbeschleunigten Triebwerkszustand) das Werte-Triple Druckverhältnis, Volumenstrom und Drehzahl ablesbar ist.
Im Falle einer Beschleunigung des Triebwerks ergeben sich Abweichungen von der stationären Kennlinie, die den Abstand der Pumpgrenze verringern oder vergrößern können und je nach Betriebsbedingungen auch zu einem Erreichen der Pumpgrenze und einem gefährlichen „Engine Surge“, also der Umkehrung des Luftstroms im Triebwerk führen können.

Zurück zum „Hot Reslam“

Da die Strömung beim Hot Reslam durch die Wärmewirkung der Bauteile mehr Energie erhält als die Regelung des Triebwerks über die Treibstoffzufuhr vorgesehen, ist dieses Manöver kein klassisches Beschleunigungsmanöver (bei dem ja auch schon eine instationäre Betriebslinie auftritt), sondern produziert durch die zusätzliche Energiezufuhr eine Reihe von kritischen aerodynamisch-thermischen Phänomenen, insbesondere im Bereich des Hochdruckverdichters:

Verschiebung der Betriebskennlinie nach oben:
Die Verdichter arbeitet plötzlich in einem anderen Punkt auf der Kennlinie – näher an der Surge-Grenze und sogar noch näher als bei einem „normalen“ Beschleunigungsmanöver des Triebwerks.
Veränderte Strömungsbedingungen zwischen den Verdichterstufen:
Die Wärmezufuhr beeinflusst die Dichte und Geschwindigkeit der Luft – das verändert die Strömungsanpassung im mehrstufigen Verdichter.
Erhöhte Gefahr von Verdichterschwingungen und Strömungsabriss:
Die Surge-Marge (Abstand zur Instabilitätsgrenze oder Pumpgrenze) wird kleiner, d.h. das Triebwerk ist anfälliger für Instabilitäten und kann durchaus in den instabilen Betriebszustand „durchbrechen“ – das Ergebnis ist ein Verdichterpumpen oder „Engine Surge“, welches durch eine periodische Luftumkehr charakterisiert ist, bei der oft auch die Flammen aus den Brennkammern des Triebwerks auf spektakuläre Weise nach vorne aus dem Aggregat austreten. Dieses instationäre Verhalten ist in der Regel begleitet von starken Vibrationen durch die periodischen Richtungswechsel des Luftstroms.

Warum wird das getestet?

Das Bodie-Manöver ist keine typische Flugbedingung im Alltagsbetrieb, hat allerdings hohe Relevanz für die Flugerprobung von Triebwerken, die Validierung von elektronischen Steuer- und Regelalgorithmen (insb. im Zusammenhang mit dem weit verbreiteten FADEC - Full Authority Digital Engine Control – Prinzip), der sog. „Thermomechanischen Grenzlastanalyse“ sowie der Designoptimierung für Hochdynamik-Szenarien des Triebwerks.
Besonders bei militärischen Einsätzen (z. B. plötzlicher Schubwechsel bei Kampfjets) oder im Zertifizierungskontext für Triebwerke bei extremen Randbedingungen ist das Verständnis solcher Übergangsprozesse entscheidend.

Was bedeutet das für die Technik?

Das „Hot Reslam“-Manöver zeigt, wie komplex und gekoppelt die physikalischen Prozesse im Triebwerk sind. Drei wesentliche Dynamiken sind beteiligt:
Trägheitsverhalten der Rotoren (Rotordynamik)
Druck- und Massespeicherung in Luftkammern (Kapazitive Volumina)
Wärmetransport zwischen heißen Metallbauteilen und kalter Luft (Temperaturdynamik)
Alle drei Prozesse haben unterschiedliche Zeitkonstanten – was zu nichtlinearen Effekten, Hysterese (unterschiedlichen Hin-/Rück-Prozessen) und instabilen Übergängen führt. Nur durch gezielte Simulation, Modellbildung und Tests lassen sich diese Zustände zuverlässig beherrschen und dann beispielsweise im Rahmen einer elektronischen Triebwerksteuerung regulieren.

Fazit

Der „Hot Reslam“ oder „Bodie“ beschreibt ein extremes Transitionsmanöver im Betrieb von Turbofantriebwerken, bei dem thermische, aerodynamische und steuerungstechnische Effekte aufeinanderprallen.
Er verdeutlicht, wie sensibel moderne Triebwerke auf abrupte Lastwechsel reagieren und warum es essenziell ist, auch scheinbar exotische Betriebsszenarien wissenschaftlich und praktisch zu beherrschen.
Für die Technik wie auch für die Flugsicherheit gilt: Wer das Verhalten von Triebwerken in Grenzbereichen versteht, trägt aktiv zur Robustheit und Zuverlässigkeit im Flugbetrieb bei.

Abbildung 2: Ein „Engine Surge“ (Symboldarstellung). Copyright: JohanAero

Quellen:
www.johanpercherin.info/airline-pilot-training/boeing-737-memory-items-engine-limit-or-surge-or-stall/
Gao Feilong, Zhang Zhibo, Li Jingyang: ANALYSIS OF THE AERODYNAMIC CHARACTERISTICS AND ITS INFLUENCE OF TURBOMACHINERY IN TRANSITION STATE, ICAS 2022 Research Paper: www.icas.org/icas_archive/ICAS2022/data/papers/ICAS2022_0603_paper.pdf
www.turbomachinerymag.com/view/compressor-maps
www.dlr.de/en/ae/latest/technical-articles/surge-when-the-air-flows-backwards-through-the-engine
www.acsce.edu.in/acsce/wp-content/uploads/2020/03/GTT-MODULE-III.pdf

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