(8) Antriebe Flashcards
Aufgaben von Triebwerken
- Erzeugung von Vortriebskraft
- Energiewandler
- Umlenkung des Schubstrahls
- STOL, VTOL
- Schubvektorsteuerung
Leistungsdefinitionen
Innerer Wirkungsgrad
Äußerer Wirkungsgrad
Gesamtwirkungsgrad
Gesamtwirkungsgrad: Unterschied Jet und Propeller
Kolbenmotor früher
- bis Ende des zweiten Weltkriegs vorherrschender Antrieb
- meist Sternförmig
- Nachteil:mechanisch aufwendiges System mit vielen beweglichen Teilen
- Translation der Kolben muss in eine Rotation der Antriebswelle umgewandelt werden
Kolbenmotoren heute
- Standard bei Sportflugzeugen
- meist Boxermotoren
- sehr häufige Nutzung unterhalb von 300KW
- Bei nach FAR 23 zugelassenen Motoren kommt meist veraltete Technik zum Einsatz
- Entwicklungsstand der 60er Jahre
- hoher Verbrauch
- hohe Zulassungskosten verhindern ständige Neuerungen
- in den letzten Jahren Entwicklung von Dieselflugmotoren
- In Ul teilweise Einbau von Standard-PKW oder Motorad Motoren
Geschichte des Strahltriebwerke
- Entwicklung ab 1930
- Rückstoßprinzip: Luft wird durch einen thermodynamischen Prozess im Triebwerk beschleunigt. Vortriebskraft wird durch die so entstandene Impulsdifferenz erzeugt
- 1939 erstes Flugzeug mit Strahlantrieb
- erst Antrieb mit Wasserstoff, dann mit Benzin
- damalige Leistung: 4,5 kN (heute über 400kN)
Aufbau eines einfachen Strahltriebwerkes
Zweistrom-Strahltriebwerk
- Ab Ende der 50er Jahre eingesetzt
- erst geringes Bypass-Verhältnis lambda
- heute üblich: 5…9 (A320neo: 12.5)
Vor- und Nachteile von ZTL
Vorteile:
- Lärmreduzierung des Abgasstrahls
- Kraftstoffersparnis (ca. 80% des Vortriebs wird durch den Bypassstrom erzeugt)
Nachteile:
- höheres Triebwerksgewicht
- Größere Baumaße —> Installationsproblem z.B. Bzgl. Der Ground Clearance
Wie wird der lambda-Wert berechnet?
lambda=äußerer Massenstrom/innerer Massenstrom
Aufbau eines Turbofan (ZTL = Zweistrom-Turbo-Luftstrahl-Triebwerk)
Vor- und Nachteile eines Turboprop (PTL)
Transport-, Kurz-, Mittelstreckenflugzeuge und Hubschrauber Schubanteile: Propeller ca. 90%, Jetdüse ca. 10%
Vorteile:
- guter Vortriebswirkungsgrad
- niedriger Verbrauch
Nachteile:
- im Vergleich zum Turbofan limitiert durch niedrigere Reisegeschwindigkeit —> Blattspitzen erreichen durch hohe Umfangsgeschwindigkeit Überschall (Widerstand und Vibration)
- mit steigender Geschwindigkeit stark sinkender Wirkungsgrad
Aufbau eines PTL
Geared Turbofan
Im A320neo im Einsatz , Probleme bei Triebwerken mit immer höherem Bypassverhältnis
- entweder Blattspitzen im Überschallbereich —> Stöße und Strömungsablösung
- oder die Niederdruckturbine muss langsamer drehen —> Es werden mehr Stufen zur Verdichtung benötigt —> höhere Verluste und damit höherer Verbrauch
Abhilfe:
- Einbau eines Getriebes zwischen Verdichter und Fan —>Verdichter kann mit optimaler Drehzahl arbeiten —>Fan dreht nicht zu schnell
- Verbrauchssenkung um 10%-15% im Vergleich zu konventionellen Triebwerken
Drei-Wellen-Triebwerke
Aktuelle Trends beim Turbofan
Optimieren des Triebwerkkerns:
- 15% höher belastete Einstufungen Hochdruckturbine (heute teilweise 2-stufig)
- Achtstufiger Hochdruckkompressor statt heute 9-14 Stufen
- Druckverhältnis im Kern von 15:1 bis 20:1 statt 11:1 -Bypass-Verhältnis von 9:1 statt 5:1
Aktuelle Trends beim Turboprop
Prinzip: Verknüpfung der Leistungen eines Turbofans mit dem niedrigen Verbrauch eines Turboprop —> Turbofan mit außenliegendem Fan —> sehr hohes Bypass-Verhältnis
Vorteile:
- hohe Kraftstoffersparnis möglich
Nachteile:
- sehr hohe Lärmentwicklung
- starke Schwingungen an der Struktur -> Verstärkung-> höheres Gewicht
- Platzbedarf (benötigter Fan-Durchmesser für Single-Aisle Flugzeuge: 3,5-4,5 m)
- Zuverlässigkeitsproblem durch variable Blattverstellung
Wirkungsgrad UDF - CROR
UDF: Unducted Fan CROR: Counter Rotating Open Rotor
Funktionsweise von Pulsstrahltriebwerken
Vor- und Nachteile von Pulsstrahltriebwerken
Vorteile:
- Einfache Bauweise, d.h. Kostengünstig
- Betrieb bei kleinen Geschwindigkeitn und sogar im Stand möglich
Nachteile:
- große Lärmentwicklung
- hohe Hitzeentwicklung an der gesamten Struktur —> hohe Anforderungen an das Material
- Lebensdauer insb. Von Flatterventilen sehr gering
Pulse Detonation Engine (PDE)
Triebwerk-Ratings
- Unter Triebwerkleistungsstufen (Thrust ratings) versteht man den Schub, den ein Triebwerk bei bestimmten Betriebsbedingungen entwickeln darf
- Ratings werden festgelegt, um das Triebwerk vor zu hohen Lasten zu schützen und somit die Lebensdauer zu verlängern
Maximum Take-off Thrust
- der maximale Startschub ist der höchste zur Verfügung stehende Schub
- bedingt durch die hohe Belastung existiert hierfür eine zeitliche Einschränkung
- für Normalstart nicht länger als 5 min
- bei Triebwerksausfall kann dieses Setting auch für 10 min genutzt werden
Go-around Thrust
- grundsätzlich im Betrag identisch mit dem Maximum Take-off Thrust
- Beim Durchstarten hat das Flugzeug bereits eine gewisse Geschwindigkeit —> anderes Druckverhältnis um TW
- zeitlimitierung identisch zum Maximum Take-off Thrust
Maximum Continuous Thrust (MCT)
- für den Fall des Triebwerksausfalls vorgesehen
- Notfall-Setting und liefert maximalen, zeitlich unlinmitierten Schub
- auf einen einzigen Flug beschränkt. Danach auf jeden Fall Wartung
Maximum Climb Thrust (MCLT)/ Maximum Cruise Thrust (MCRT)
- Schubniveau für den „normalen Steig-bzw. Reiseflug
- liefern jeweils den maximalen Schub für jeweilige Flugphase
- unterliegen keinem Zeitlimit
- diese Settings nicht zertifiziert, sondern werden vom Hersteller angegeben
- für Piloten dennoch bindend
Schubkurven für den Reiseflug
Ramjet
Anwendung des Impulssatzes auf den Auftrieb
