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Erschienen in:

2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

1. Einführung

verfasst von : Willy J.G. Bräunling

Erschienen in: Flugzeugtriebwerke

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Das Kap. 1 (Einführung) erklärt allgemeine Grundlagen und gibt einen kurzen geschichtlichen Abriss über die Entwicklung des Strahlantriebs und erörtert die zugehörigen technischen Methoden. Es wird eine Einteilung der Flugantriebe gegeben und erläutert, wann und warum der Strahlantrieb auf Gasturbinenbasis den Vorzug gegenüber Kolbenmotorantrieben bekommt und welche Antriebsform man bei welcher Fluggeschwindigkeit verwenden sollte. Dem schließt sich eine Erklärung des Aufbaus und der Wirkungsweise moderner 2- und 3-welliger Turbofantriebwerke an. Begriffe wie Fan und Nebenstromverhältnis werden erörterte, ebenso wie die Wellenanzahl und deren Drehrichtung und der Sinn und Zweck von Einlauf und Schubdüsen dargelegt. Alle Hauptkomponenten, wie Fan, Verdichter, Brennkammer, Turbine und Gasgenerator werden beschrieben und ihre Positionen im Triebwerk erklärt. Hinsichtlich angesaugter Luftmenge, Schub und Verbrauch werden die Grenzwerte heutiger Triebwerke aufgezeigt und die möglichen Positionierungen von Triebwerken an Flugzeugen begründet. Abschließend wird einiges dazu gesagt, was einem Betrachter von außen an einem Triebwerk zusätzlich auffallen könnte, wie z. B. Gondeln und Schubumkehrern und auch integrierte aerodynamische Hilfsmittel (Aerodynamic Strakes) die Einfluss auf die Gesamtleistung eines Flugzeuges haben.

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Nächstes Kapitel Klassifizierung der Flugzeugtriebwerke

Eine Kanone, deren Geschosse viel größer als die einer Pistole sind, hat bekanntlich auch einen viel stärkeren Rückstoß. Die Stärke des Rückstoßes ist vollkommen unabhängig davon, ob eine Pistole oder Kanone in der freien Atmosphäre, im Wasser oder im Vakuum abgefeuert werden würde. Das hierdurch beschriebene physikalische Phänomen des Rückstoßes ist somit nicht – wie häufig vollkommen fälschlich angenommen wird – das Resultat der Druckwirkung des Geschosses auf die umgebende Atmosphäre.

Heron von Alexandria, griechischer Mathematiker und Physiker, um 150 … 100 v. Chr. Vielseitiger Verfasser geometrischer und physikalischer – z. T. aber verstümmelt überlieferter – Schriften.

Es ist nicht bekannt, von wem die in Abb. 1.3 (links) dargestellte Skizze stammt. Man nimmt aber an, dass der tatsächliche Heronsche Ball etwas anders aussah als er hier dargestellt ist und eher die Form eines Zylinders hatte. Manchmal wird auch kolportiert, dass der Heronsche Ball dazu dienen sollte, die Tore ägyptischer Tempel ohne sichtbaren Arbeitseinsatz zu öffnen, um so die übernatürlichen Fähigkeiten ägyptischer Priester zu unterstreichen, Casamassa und Bent (1965).

Es gibt Literaturstellen, die behaupten, dass die pferdelose Kutsche ein Gedanke Isaac Newtons war (Newton’s Steam Carriage/Newton’s Horseless Carriage). Das ist aber wohl eher falsch, Smith (1950). Die Darstellung in Abb. 1.3 dient nur der Veranschaulichung des dritten Newtonschen Axioms und hat ansonsten nichts mit Sir Isaac Newton zu tun.

Als Düse war eine sog. konvergent-divergente Düse vorgesehen, die immer dann verwendet wird, wenn die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse größer als die Schallgeschwindigkeit sein soll. An dieser Stelle des Buches soll aber auf diese besondere Düseneigenschaft noch nicht tiefer eingegangen werden. Sie wird aber in späteren Kapiteln – zu geeigneten Zeitpunkten – noch mehrfach sehr eingehend behandelt und diskutiert werden.

„Without going into any quantitative analysis of this ingenious suggestion, it may safely be predicted that no such method of jet production would have an appreciably higher thermal efficiency than the one we have considered in detail; the fundamental disadvantage of high jet speed and poor ratio of conversion of heat into thrust work would remain as an insuperable obstacle to the use of such jets. The only hope of success lies in the thrust augmenters, and if any experimental work is to be done, it should be on them. For it would be most unwise to undertake the difficult work of developing apparatus for producing the jet until it had at least been made probable that the jet could be helped out enough to bring its economy within the range of what is tolerable in practice.“

*1. Juni 1907 Coventry, UK, †9. August 1996, Baltimore, USA.

The life of Frank Whittle „… is the story of a genius throttled by British government bureaucracy, for even when in 1943 Rolls-Royce became involved with the successful design and manufacture of engines based on Whittle’s concepts, his company (Power Jets Ltd.) was nationalized and banned from engine production!“, Golley (1997).

Alteingesessene britische Firma zu Fertigung von Industrieturbinen.

Das Vorwort der Literaturstelle (Mattingly 1996) enthält eine 40-seitige geschichtliche Darstellung der Dinge von Prof. Dr. Hans-Joachim Pabst von Ohain persönlich, der 86-jährig am 13. März 1998 in den USA (Melbourne, Florida) verstarb. H.-J. Pabst von Ohain wurde am 14.12.1911 in der „Fliegerstadt“ Dessau in Sachsen-Anhalt geboren und war seit 1951 US-Bürger. Er wirkte in den USA seit 1946/1947 bei den Aerospace Research Laboratories der Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio.

*1904, †1997.

*18. Oktober 1906, Hattingen a. d. Ruhr, †12. Juli 1983, Lugano, Schweiz.

von 1957 bis 1964 Professor für Luftfahrtriebwerke an der TU-Berlin (parallel dazu weiterhin in Frankreich tätig, 1961 Direktor für Forschung und Entwicklung bei SNECMA) und von 1964 bis 1982 Professor für Flugantriebe an der TU-München.

von 1954 bis 1974 Professor für Luftfahrt später für Luft- und Raumfahrt an der RWTH-Aachen.

von 1964 bis 1970 Professor für Luftfahrtantriebe an der TU-Berlin und von 1971 bis 1982 Professor für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen an der RWTH-Aachen.

ATAR 101 D3 (Kampfflugzeug Dassault Super Mystère), ATAR 8 (Jagdflugzeug Dassault Étendard IV), ATAR 9 (Jagdflugzeuge Dassault Mirage III, 5, IV, F1 und 50).

* 21. Januar 1900, Schladming, Österreich, † 18. November 1994 Bridgeport, Connecticut, USA.

Die Messerschmitt AG war ein in Augsburg ansässiger deutscher Flugzeughersteller. Er fusionierte 1968 zu Messerschmitt-Bölkow-Blohm.

Die Arado Flugzeugwerke GmbH waren ein deutscher Flugzeughersteller aus Warnemünde.

Im Sommer 1945 stimmte US-Präsident Truman der Operation „Paperclip“ zu, die führende Rüstungsfachleute des ehemaligen NS-Regimes in die USA holen sollte, um dort ihre Arbeiten fortzusetzen zu können. Das Unternehmen stand unter der Prämisse, dass unter keinen Umständen „führende deutsche Gehirne“ der Sowjetunion überlassen werden dürfen.

Der aktuelle Geared Turbofan Pratt & Whitney PW1000G hat seine technologischen Vorläufer im Turbofan Garrett TFE731 aus dem Jahr 1972 und den beiden Turbofanantrieben Lycoming ALF 502 und Honeywell LF 507. Die Firma Textron hat Lycoming 1986 gekauft und 1994 den Gasturbinenbereich an das Unternehmen AlliedSignal weiterverkauft, das ihn schließlich mit ihrem Anteil an Garrett Engines zu AlliedSignal Aerospace verschmolzen hat. Im Jahr 1999 wurde daraus ein Firmenteil des heutigen Unternehmens Honeywell Aerospace.

Der italienische Ingenieur Secondo Campini entwickelte zwischen 1930 und 1941 eine besondere Art von Strahltriebwerk, bei dem ein 3-stufiger Axialverdichter durch einen 12-Zylinder Asso-Kolbenmotor (670 kW) von Isotto-Fraschine angetrieben wurde. Der mit verstellbarer Beschaufelung ausgestattete Verdichter förderte die von ihm angesaugte Luft zu einer zentralen Düse zwecks Schuberzeugung. In einem vor der Schubdüse gelegenen Strahlrohr konnte in der austretenden Luft zur Schubverstärkung zusätzlicher Kraftstoff verbrannt werden. Der italienische Flugzeugkonstrukteur Caproni baute passend zu diesem Antriebskonzept ein Flugzeug, das erstmals am 27. August 1940 flog, dessen Leistung aber schlechter als das eines propellergetriebenen Flugzeuges war.

Bei Compound- oder Verbundtriebwerken wird bis zu 20 % der Energie des Abgases des Kolbenmotors sowohl zum Antrieb eines Turboladers als auch zur zusätzlichen Strahlschuberzeugung genutzt, indem es nicht durch einen Auspuff sondern durch eine Schubdüse geleitet wird. Bei manchen dieser Lösungen wird zusätzlich im Abgas Kraftstoff zur Leistungssteigerung der Turboladerturbine verbrannt. Solche Maschinen stellten in der Vergangenheit hinsichtlich einer maximierten Leistung den höchsten technologischen Stand beim Bau von Kolbenflugmotoren dar.

ATSB (2010) Australian Government, Australian Transport Safety Bureau: In-flight uncontained engine failure overhead Batam Island, Indonesia, 4th November 2010, VH-OQA,Airbus A380-842. ATSB Transport Safety Report, Aviation Occurrence Investigation - AO-2010-089 (Preliminary)

Buckingham E (1922) Jet propulsion for airplanes. NACA-Report 159, 23 March

Casamassa JV, Bent RD (1965) Jet aircraft power systems, 3. Aufl. McGraw-Hill, New York

Gersdorff von K, Grasmann K, Schubert H (1995) Flugmotoren und Strahltriebwerke. Entwicklungsgeschichte der deutschen Luftfahrtantriebe von den Anfängen bis zu den internationalen Gemeinschaftsentwicklungen, 3. Aufl. Bernard & Graefe, Bonn

Golley J (1997) Genesis of the jet, Frank Whittle and the invention of the jet engine. Airlife Publishing Ltd, Shrewsbury

Gundermann W (1981) Zur Geschichte des Strahltriebwerkes – die Entwicklung bei Heinkel von 1936–1939. Jahrestagung der DGLR, DGLR-Vortrag Nr. 81-074, Aachen, 11–14. Mai 1981

Gunston B (1997) The development of jet and turbine aero engines, 2. Aufl. Patrick Stephens Ltd., U.S.A. (Imprint of Haynes Publishing)

Lorin, R (1909) La propulsion à grande vitesse des véhicules aériens. Étude d’un propulseur à réaction directe, L’Aérophile, 15. Octobre 1909, S 463-465

Lorin, R (1913) Une expérience simple relative au propulseur à réaction directe, L’Aérophile, 15. Novembre 1913, S 514

Mattingly JD (1996) Elements of gas turbine propulsion. McGraw-Hill, New York (1st printing)

Mewes K-H (1997) Pirna 014. Flugtriebwerke der DDR. Aviatic Verlag GmbH, Oberhaching

Müller R (2006) Junkers Flugtriebwerke. Benzinmotoren, Flugdiesel, Strahltriebwerke. Aviatic Verlag GmbH, Oberhaching

Schubert H (1999) Deutsche Triebwerke, Flugmotoren und Strahltriebwerke von den Anfängen bis 1999, 3. erweiterte Aufl. Aviatic, Oberhaching (Auch erschienen unter dem Titel „Erinnerungen, 1934–1999, Flugtriebwerkbau in München“)

Shevell RS (1986) Aerodynamic bugs: can CFD spray them away? AIAA-Paper 85-4067, Oct. 1985. (Published in the Journal of Aircraft, Vol. 23, No. 8, August 1986, as „Aerodynamic anomalies: can CFD prevent or correct them?“ S 641–649)

Smith GG (1950) Gas turbines and jet propulsion, 5. Aufl. Iliffe & Sons Ltd., London

Timnat YM (1996) Advanced airbreathing propulsion. Krieger Publishing, Malabar

Titel: Einführung
verfasst von: Willy J.G. Bräunling
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Flugzeugtriebwerke
Print ISBN: 978-3-642-34538-8

Electronic ISBN: 978-3-642-34539-5

Copyright-Jahr: 2015
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-34539-5_1

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