Skip to main content
Fachgebiete
Automobil + Motoren Bauwesen + Immobilien Business IT + Informatik Elektrotechnik + Elektronik Energie + Nachhaltigkeit Finance + Banking Management + Führung Marketing + Vertrieb Maschinenbau + Werkstoffe Versicherung + Risiko
DE
EN
Bücher
Zeitschriften
Themenseiten
Organisationspsychologie Projektmanagement Marketing Smart Manufacturing
Weitere Formate
Podcasts Webinare Technik Webinare Wirtschaft Kongresse Veranstaltungskalender Awards
Jetzt Einzelzugang starten
Zugang für Unternehmen
Referenzkunden
SLX-Digitalkonferenz: Zukunftswerkstatt 2024

Mehr Umsatz mit Top-Kontakten

Am 7. Mai erfahren Sie, wie Vertriebsteams Leadgenerierung, Leadnurturing und Leadstrategien effizient steuern können.
Erweiterte Suche
Anmelden
nach oben

2001 | Buch

Einführung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Flugzeugtriebwerke

Grundlagen, Aero-Thermodynamik, Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen, Komponenten- und Auslegungsberechnungen

verfasst von: Prof. Dr.-Ing. Willy J. G. Bräunling

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : VDI-Buch

Enthalten in: Professional Book Archive

Einloggen, um Zugang zu erhalten
insite
SUCHEN

Über dieses Buch

Das Buch ist eine zusammengefaßte und z.T. erweiterte Ausarbeitung der Vorlesungen über Flugzeugtriebwerke und Gasturbinenantriebe für Studenten des Flugzeugbaus. Ein allgemein verständlicher Überblick über die verschiedenen Typen von Triebwerken und die Funktionsweise ihrer Hauptkomponenten ermöglicht einen vereinfachten Einstieg in die Theorie der Flugzeugtriebwerke und schafft so eine breite Grundlage, mit der eine sehr große Anzahl von grundlegenden Begriffen und von technisch/physikalischen Zusammenhängen anschaulich definiert werden können. In den anschließenden Kapiteln wird die jeweils erforderliche Theorie hinzugefügt und diese durch mehr als 30 ausführliche Beispielrechnungen veranschaulicht.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einführung
Zusammenfassung
Sowohl zur Bewegung oder Beschleunigung eines Fahrzeuges als auch zur Überwindung von Widerstandskräften wird eine Antriebskraft benötigt, die üblicherweise von einer Kraftmaschine bereitgestellt wird. Bei Fahrzeugen, die sich auf dem Land bewegen, wird die Antriebskraft über die abrollenden Räder infolge von Reibung auf den Untergrund übertragen.
Willy J. G. Bräunling
2. Klassifizierung der Flugzeugtriebwerke
Zusammenfassung
Flugzeugtriebwerke können in zwei Kategorien eingeteilt werden
  • Turbostrahltriebwerke1
  • Wellenleistungstriebwerke
Innerhalb dieser beiden Kategorien können jeweils die folgenden weitergehenden Unterscheidungen getroffen werden
  • Einwellentriebwerke
  • Mehrwellentriebwerke (Zwei-oder Dreiwellentriebwerke).
Willy J. G. Bräunling
3. Funktionsbeschreibung der Hauptkomponenten
Zusammenfassung
Als Hauptkomponenten sollen die folgenden Baugruppen angesehen werden
  • Einlauf (inlet or intake)
  • Fan und Verdichter (fan and compressor)
  • Brennkammer Turbine (combustion chamber)
  • Turbine (turbine)
  • Nachbrenner (afterburner)
  • Schubdüse (propelling nozzle)
  • Umkehrschub (reverser)
  • Lärmminderung (noise suppression)
Willy J. G. Bräunling
4. Triebwerksschub
Zusammenfassung
Die Gleichungen für den Impuls \(\mathop I\limits^ - \) und das 2. Newtonsche Axiom lauten, wenn m die Masse, t die Zeit und \(\mathop C\limits^ - \) die Geschwindigkeit sind.
$$\mathop I\limits^ - \equiv m \cdot \mathop c\limits^ - $$
(4.1)
$$\mathop F\limits^ - \equiv \frac{d}{{dt}}\left( {m \cdot \mathop c\limits^ \to } \right) = m \cdot \frac{{d\mathop c\limits^ \to }}{{dt}} + \mathop c\limits^ \to \cdot \frac{{dm}}{{dt}} = \frac{{d\mathop I\limits^ \to }}{{dt}} $$
(4.2)
Willy J. G. Bräunling
5. Allgemeine Grundlagen und Definitionen
Zusammenfassung
Per Definition ist der spezifische Schub Fs der auf den in das Triebwerk einströmenden Luftmassenstrom bezogene Schub.
Willy J. G. Bräunling
6. Aero-Thermodynamik idealer Flugzeugtriebwerke
Zusammenfassung
Als Einführung in die Aero-Thermodynamik der Triebwerke wird bewusst vom idealen Kreisprozess ausgegangen, weil dies zum einen übersichtlicher und zum anderen anschaulicher als die sofortige Behandlung der realen Triebwerke ist. So lassen sich wichtige und trotz der dabei auftretenden Vereinfachungen dennoch stets qualitativ richtige Auslegungstendenzen für Flugzeugtriebwerke aufzeigen. Die Quantität der Ergebnisse lässt naturgemäß zu wünschen übrig, so dass z.B. Schübe zu üppig und Brennstoffverbräuche zu günstig prognostiziert werden.
Willy J. G. Bräunling
7. Thermische Turbomaschinen
Zusammenfassung
Turbomaschinen sind Energiewandler. Das Prinzip der Energieumwandlung macht Bild 7–1 deutlich. Dabei erfolgt stets eine Wandlung zwischen an der Welle der Turbomaschine zu- oder abgeführter mechanischer Arbeit und der im Strömungsfluid (in Triebwerken Luft bzw. Gas) enthaltenen Strömungsenergie die bei Gasen primär durch die innere und die kinetische Energie des Fluides repräsentiert wird. Die potentielle Energie ist im Vergleich hierzu vernachlässigbar klein. Das Niveau der Strömungsenergie eines Fluides wird also zwischen dem Ein- und Austritt einer Turbomaschine geändert. Es werden zwei Hauptgruppen von Turbomaschinen unterschieden
Willy J. G. Bräunling
8. Triebwerkseinlauf
Zusammenfassung
Aufgabe des Einlaufs ist es, dem Fan bzw. dem Verdichter unter allen Flugbedingungen und -geschwindigkeiten eine ausreichende, homogen über den gesamten Querschnitt verteilte und verlustminimierte Luftzufuhr mit Strömungsgeschwindigkeiten im Unterschallbereich bereitzustellen. Wird davon ausgegangen, dass der mit der Umfangsgeschwindigkeit u2 rotierende Fan maximal mit Schallgeschwindigkeit (im Relativsystem) angeströmt werden soll (v2 = a2 bzw. Mav2 = 1), so ergibt sich aus dem Zuströmdreieck des Fan (in der Triebwerksbezugsebene ②) bei axial gerichteter absoluter Zuströmung c2 der folgende Zusammenhang
$${c_2} = \sqrt {v_2^2 - u_2^2} bzwM{a_{c2}} = \sqrt {Ma_{v2}^2 - Ma_{u2}^2} = \sqrt {1 - Ma_{u2}^2} $$
Willy J. G. Bräunling
9. Verdichter
Zusammenfassung
Über den Verdichter werden das Druckverhältnis und der Massenstrom des Triebwerks gesteuert und dadurch der thermische Wirkungsgrad bzw. der spez. Brennstoffverbrauch wesentlich beeinflusst. Da die Brennstoffkosten einen erheblichen Anteil an den DOCs (direct operation costs) eines Flugzeuges haben, wird bei der Triebwerksentwicklung ein hoher Aufwand betrieben, die Druckverhältnisse und Wirkungsgrade von Verdichtern zu optimieren. Für militärische Triebwerke kommt hinzu, dass der vom Verdichter angesaugte Luftmassenstrom im Vergleich zum Eintrittsquerschnitt und zum Triebwerksgewicht möglich groß sein sollte. Des weiteren ist ein hoher Augenmerk auf einen stabilen Verdichterbetrieb zu legen, der die Wartungsintervalle und gar die gesamte Lebensdauer eines Triebwerks signifikant beeinflussen kann. Ein Gesichtspunkt, der für militärische Triebwerke, die einen weiten und zum Teil extremen Bereich von Betriebsbedingungen abdecken müssen, besonders herausragend ist.
Willy J. G. Bräunling
10. Brennkammer
Zusammenfassung
In der Brennkammer wird ein Gemisch aus Luft und Brennstoff verbrannt und dadurch die im Brennstoff enthaltene chemische Energie in Wärme gewandelt. Als Brennstoff wird Kerosin, ein Kohlenwasserstoff, verwendet und durch einen Verbrennungsvorgang (Oxidation) in Kohlendioxid CO2 und Wasserdampf H2O gewandelt. Für eine stöchiometrische Verbrennung (vollständige Verbrennung) werden für ein Mol Kerosin Cl2H24 18 Mole an Sauerstoff benötigt.
$${C_{12}}{H_{24}} + 18\left( {{O_2} + \frac{{79}}{{21}}{N_2}} \right) \to 12C{O_2} + 12{H_2}O + 18\left( {\frac{{79}}{{21}}} \right){N_2}$$
(10.1)
Willy J. G. Bräunling
11. Turbine
Zusammenfassung
Vieles von dem, was im Kap. 9 zu Verdichtern gesagt wurde, kann in analoger Weise durchaus auch auf Turbinen übertragen werden, wobei es aber zwei signifikante Unterschiede gibt
  • Das Fluid in Turbinen ist sehr heiß, womit erhebliche Materialprobleme verbunden sind, die in modernen Flugzeugturbinen zur sog. Turbinenschaufelkühlung — durch am Verdichter abgezapfte Luft — geführt haben.
  • Beim Durchströmen einer Turbine nehmen sowohl der statische als auch der Totaldruck ab, wodurch die Strömungsgrenzschichten klein bleiben, so dass die aerodynamische Schaufelauslegung unproblematischer wird.
Willy J. G. Bräunling
12. Schubdüse
Zusammenfassung
Aufgabe der Schubdüse ist es, die Geschwindigkeit und damit den Austrittsimpuls des Heißgases vor dem Austritt aus dem Triebwerk hinsichtlich des gewünschten Schubes zu steigern. Für große Schübe muss deswegen die kinetische Energie des Abgasstrahles und damit schließlich die Düsenaustrittsgeschwindigkeit hoch ausfallen. Dieses wird durch Wandlung von Druckenergie in kinetische Energie erreicht, ein Vorgang der geläufiger Weise als Expansion bezeichnet wird. Dabei steuert das sog. Düsendruckverhältnis (Druckänderung über die Düse) den Expansionsvorgang. Für ein gegebenes Triebwerk wird maximaler Schub genau dann erreicht, wenn der Düsenaustrittsdruck p9 gleich dem Umgebungsdruck p0 ist (vgl. hierzu Kap. 4.4.1 über ideale Expansion und angepasste Schubdüsen). Bei den Flugzeugtriebwerken werden im wesentlichen zwei Arten von Schubdüsen unterschieden
  • konvergente Düsen fester Geometrie
  • konvergent/divergente Düsen variabler Geometrie
Willy J. G. Bräunling
Backmatter
Metadaten
Titel
Flugzeugtriebwerke
verfasst von
Prof. Dr.-Ing. Willy J. G. Bräunling
Copyright-Jahr
2001
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-07270-7
Print ISBN
978-3-662-07271-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-07270-7