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2013 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Gasturbinen und Flugantriebe

Grundlagen, Betriebsverhalten und Simulation

Author: Hans Rick

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : VDI-Buch

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Für praxisorientierte Ingenieure und Studenten entstand in Fortsetzung der Tradition an der TU München zu Fachbüchern über Gasturbinen und Flugantriebe (H.G. Münzberg und Mitautoren J. Kurzke und H. Rick) dieses einführende Buch zu Grundlagen, Auslegung und zur rechnergestützten Simulation stationärer und mobiler Gasturbinenanlagen der Energie- und Kraftwerkstechnik sowie der Fahrzeug- und Schiffstechnik. Besonders hervorgehoben werden die Turbo-, Staustrahl- und Kombinationstriebwerke für Hubschrauber und Flugzeuge des Unterschall- bis Hyperschallfluges. Ausgehend von den realen, thermodynamischen Arbeitsprozessen zu Gasturbinen werden die Hauptkomponenten wie Turboverdichter, Turbinen und Brennräume grundlegend erläutert. Darauf aufbauend wird über Leistungssyntheserechnungen das stationäre und instationäre Betriebsverhalten simuliert sowie die Anpassung an verschiedene Lastbereiche und Einsatzbedingungen behandelt. Strategien zur Auslegungsmethodik und -optimierung werden beispielhaft besonders an typischen Turbofan-Triebwerken demonstriert. Zusammengefasst folgen Entwicklungstendenzen mit fortschrittlichen, umweltfreundlichen und ökonomischen Technologien für Flugtriebwerke und für Gasturbinen in der allgemeinen Energie- und Verkehrstechnik.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Die technologischen Entwicklungen und großen Erfolge in den vergangenen fünf Jahrzehnten auf dem Gebiet der Energie- und Kraftwerkstechnik sowie besonders der Antriebe in der Luftfahrt und der Marine wurden von den mannigfaltigen Anwendungen der Gasturbinen GT geprägt.
Hans Rick
Kapitel 2. Arbeitsprozesse von Gasturbinen und Flugtriebwerken
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt wird die Strömung kompressibler Fluide mit und ohne Energiezufuhr auszugsweise behandelt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Beschreibung der sub- und supersonischen kompressiblen Gasströmung.
Hans Rick
Kapitel 3. Einläufe für verschiedene Flugbereiche
Zusammenfassung
Die kinetische Energie der einem luftatmenden Triebwerk mit der Fluggeschwindigkeit c0 zuströmenden Luft kann besonders bei höheren Flug-Mach-Zahlen M0 für den Arbeitsprozess des gesamten Antriebes einen beachtlichen Gewinn bedeuten. Hierzu wird die mit der Geschwindigkeit c0 anströmende Luft in einem Diffusor verzögert, woraus sich ein Anstieg des statischen Drucks p2 ergibt, wie bereits im Abschn. 3.3 in Abb. 2.​3-3 und 2.​3-4 zu sehen ist. Dies geschieht im Lufteinlauf, der außerdem in allen Flug- und Lastzuständen dem Basistriebwerk die erforderliche Luftmenge in stabiler, gleichmäßiger Strömung zuzuführen hat.
Hans Rick
Kapitel 4. Turbomaschinen-Komponenten
Zusammenfassung
Luftbeaufschlagte Turboverdichter und gasbeaufschlagte Turbinen stellen dynamisch arbeitende Fluidenergiemaschinen dar, bei denen im Wesentlichen durch die Änderung von Strömungsgeschwindigkeiten die Energie umgesetzt wird. Mit diesem Arbeitsprinzip bewirken sie eine Änderung des Druckniveaus im Fluid. Bei Energiezufuhr im Verdichter wird der statische Druck erhöht, bei Energieabgabe in der Turbine wird der statische Druck abgesenkt. Beide Maschinen Verdichter und Turbinen haben also geometrische und kinematische Gemeinsamkeiten (Abb  4.1-1 und 4.1-2).
Hans Rick
Kapitel 5. Brennkammern von Gasturbinen und Flugtriebwerken
Zusammenfassung
An die Brennkammern von Gasturbinen und besonders von Luftstrahltriebwerken werden technologisch vielfältige Forderungen gestellt, die vom jeweiligen Verwendungszweck der Anlagen abhängen. So werden an die Brennkammer eines Triebwerks von Verkehrsflugzeugen oder an den Nachbrenner eines Überschall-Hochleistungsflugzeuges andere Maßstäbe anzulegen sein als an eine Gasturbinen-Brennkammer in einem stationären Spitzenlast-Kraftwerk. Die nachfolgenden Darstellungen in diesem Kapitel orientieren sich im Wesentlichen an [Mün72K, Hag82B, Lef98B, Gri04B, Lec03B, Hup06, Joo06B, Kok07, GasTurb]. Im Abschn. 2.1.3 wurde bei den gasdynamischen Grundlagen bereits die Wärmezufuhr in Strömungskanälen erläutert und in Abb. 5.1 sinngemäß auf einen Brennraum übertragen.
Hans Rick
Kapitel 6. Schubdüsen
Zusammenfassung
Durch die Wandlung von Enthalpie eines Heißgasmassenstroms in kinetische Energie wird bei Flugantrieben über eine Düse der Strahlschub erzeugt.
Hans Rick
Kapitel 7. Betriebsverhalten und Simulation von Turbojet und Turboshaft-Gasturbinen der Flug-, Energie- und Fahrzeugtechnik
Zusammenfassung
Das Betriebsverhalten einer Gasturbine oder eines Turboluftstrahltriebwerks wird im Wesentlichen durch das Zusammenspiel (matching) der einzelnen Komponenten bestimmt. Ausgehend von der Modellierung der Triebwerkskomponenten beschreibt die Leistungssyntheserechnung, kurz Syntheserechnung genannt, die Verknüpfung des Betriebsverhaltens der Komponenten eines gesamten Antriebssystems.
Hans Rick
Chapter 8. Betriebsverhalten und Simulation von Turbofan und Kombinationstriebwerken für sub-, super- bis hypersonische Flüge
Zusammenfassung
Gasturbinen und ihre wichtigsten Anwendungsbereiche in der Energietechnik und bei der Schifffahrt als Wellenleistung abgebende Gasturbinen sowie in der Luftfahrt als Flugantriebe für Hubschrauber und Rotor-Flugzeuge und besonders als Triebwerke von Unterschall-, Überschall- bis zu Hyperschall-Flugzeugen wurden in Kap. 1 und 2 mit ihren wichtigsten Bauweisen vorgestellt und in ihren Anwendungsbereichen erläutert. Die Luftfahrtantriebe vom Turbofan und Turbojet bis zu den Ramjet-Triebwerken für Flugzeugtypen sind in Ergänzung zu Abb. 1.1 hier in Abb. 8.1 im Zusammenhang mit ihren Flugbereichen im Flugkorridor schematisch zu sehen.
Hans Rick
Chapter 9. Instationäres Betriebsverhalten von Gasturbinen und Flugantrieben
Zusammenfassung
Beim Entwurf und der Auslegung von Gasturbinen-Luftstrahltriebwerken stehen in den ersten Auslegungsphasen das stationäre Betriebs- und Leistungsverhalten der Antriebe im Mittelpunkt. Mit den fortschreitenden Entwicklungsstufen hinsichtlich der Flugerprobung und der Serienreifmachung von Antriebssystemen treten das Regelungs- und das Übertragungsverhalten und damit die instationären Betriebszustände in den Vordergrund, die letztlich nicht selten für den Erfolg oder Mißerfolg einer Triebwerksentwicklung entscheidend sein können [Sel75, Ric82, Fio93, Hol97, Bau99B, Wal00B, RTO07B, GasTurb].
Hans Rick
Backmatter
Metadata
Title
Gasturbinen und Flugantriebe
Author
Hans Rick
Copyright Year
2013
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-540-79446-2
Print ISBN
978-3-540-79445-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-540-79446-2

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