Das Arbeitsprinzip des Strahltriebwerks

Düsentriebwerke bewegen das Flugzeug mit einer großen Kraft vorwärts, die durch einen enormen Schub erzeugt wird und das Flugzeug sehr schnell fliegen lässt.

Alle Strahltriebwerke, die auch genannt werden Gasturbinen , arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Der Motor saugt vorne mit einem Lüfter Luft an. Ein Kompressor erhöht den Druck der Luft. Der Kompressor besteht aus vielen Schaufeln, die an einer Welle befestigt sind. Die Flügel drehen sich mit hoher Geschwindigkeit und komprimieren oder pressen die Luft. Die komprimierte Luft wird dann mit Kraftstoff besprüht und ein elektrischer Funke entzündet das Gemisch. Die brennenden Gase dehnen sich aus und strömen durch die Düse auf der Rückseite des Motors. Wenn die Gasstrahlen nach hinten schießen, werden das Triebwerk und das Flugzeug nach vorne geschoben. Wenn die heiße Luft zur Düse strömt, strömt sie durch eine andere Gruppe von Schaufeln, die als Turbine bezeichnet wird. Die Turbine ist auf derselben Welle wie der Kompressor befestigt. Das Drehen der Turbine bewirkt, dass sich der Kompressor dreht.

Das Bild unten zeigt, wie die Luft durch den Motor strömt. Die Luft strömt sowohl durch den Kern des Motors als auch um den Kern herum. Dadurch wird die Luft teilweise sehr heiß und teilweise kühler. Die kühlere Luft vermischt sich dann mit der heißen Luft im Triebwerksaustrittsbereich.

Dies ist ein Bild davon, wie die Luft durch einen Motor strömt

Was ist Schub?

Schub ist die Vorwärtskraft, die den Motor und damit das Flugzeug nach vorne drückt. Herr Isaac Newton entdeckte, dass es für "jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion gibt". Ein Motor nutzt dieses Prinzip. Der Motor saugt eine große Menge Luft an. Die Luft wird erhitzt und komprimiert und abgebremst. Die Luft wird durch viele sich drehende Schaufeln gepresst. Durch Mischen dieser Luft mit Düsentreibstoff kann die Temperatur der Luft bis zu dreitausend Grad betragen. Die Kraft der Luft wird zum Drehen der Turbine genutzt. Wenn die Luft schließlich austritt, drückt sie rückwärts aus dem Motor. Dadurch bewegt sich das Flugzeug vorwärts.

Teile eines Strahltriebwerks

Fan - Der Fan ist die erste Komponente in einem Turbofan. Der große rotierende Ventilator saugt große Mengen Luft an. Die meisten Flügel des Lüfters bestehen aus Titan. Dann beschleunigt er diese Luft und teilt sie in zwei Teile. Ein Teil setzt sich durch den "Kern" oder die Mitte des Motors fort, wo er von den anderen Motorkomponenten beaufschlagt wird.

Der zweite Teil "umgeht" den Kern des Motors. Es geht durch einen Kanal, der den Kern umgibt, zur Rückseite des Triebwerks, wo es einen Großteil der Kraft erzeugt, die das Flugzeug vorwärts treibt. Diese kühlere Luft trägt dazu bei, den Motor leiser zu machen und dem Motor Schub zu verleihen.

Kompressor - Der Kompressor ist die erste Komponente im Triebwerkskern. Der Kompressor besteht aus Lüftern mit vielen Flügeln, die an einer Welle befestigt sind. Der Kompressor drückt die Luft, die in ihn eintritt, in immer kleinere Bereiche, was zu einer Erhöhung des Luftdrucks führt. Dadurch erhöht sich das Energiepotential der Luft. Die komprimierte Luft wird in die Brennkammer gedrückt.

Brennkammer - In der Brennkammer wird die Luft mit Brennstoff vermischt und dann gezündet. Es gibt bis zu 20 Düsen, um Kraftstoff in den Luftstrom zu sprühen. Das Gemisch aus Luft und Kraftstoff entzündet sich. Dies sorgt für einen Luftstrom mit hoher Temperatur und hoher Energie. Der Kraftstoff verbrennt mit dem Sauerstoff in der komprimierten Luft, wodurch heiße expandierende Gase entstehen. Das Innere der Brennkammer ist oft aus keramischen Materialien hergestellt, um eine hitzebeständige Kammer bereitzustellen. Die Hitze kann 2700° erreichen.

Turbine - Der hochenergetische Luftstrom, der aus der Brennkammer kommt, gelangt in die Turbine und bewirkt, dass sich die Turbinenschaufeln drehen. Die Turbinen sind durch eine Welle verbunden, um die Schaufeln im Kompressor zu drehen und den Einlasslüfter an der Vorderseite zu drehen. Diese Rotation entzieht dem energiereichen Strom, der zum Antrieb des Lüfters und des Kompressors verwendet wird, etwas Energie. Die in der Brennkammer erzeugten Gase bewegen sich durch die Turbine und drehen ihre Schaufeln. Die Turbinen des Jets drehen sich tausendfach. Sie sind auf Wellen befestigt, die zwischen sich mehrere Sätze Kugellager haben.

Düse - Die Düse ist der Abgaskanal des Motors. Dies ist der Triebwerksteil, der eigentlich den Schub für das Flugzeug erzeugt. Der energiearme Luftstrom, der die Turbine passiert hat, zusätzlich zu der kälteren Luft, die den Triebwerkskern umgangen hat, erzeugt beim Austritt aus der Düse eine Kraft, die dazu dient, das Triebwerk und damit das Flugzeug vorwärts zu treiben. Die Kombination aus heißer und kalter Luft wird ausgestoßen und erzeugt einen Auspuff, der einen Vorwärtsschub verursacht. Der Düse kann ein vorangestellt sein Mischer , der die aus dem Motorkern kommende Luft mit hoher Temperatur mit der Luft mit niedrigerer Temperatur, die im Lüfter umgeleitet wurde, kombiniert. Der Mischer hilft, den Motor leiser zu machen.

Das erste Düsentriebwerk - Eine kurze Geschichte der frühen Triebwerke

Herr Isaac Newton im 18. Jahrhundert war der erste, der die Theorie aufstellte, dass eine nach hinten gerichtete Explosion eine Maschine mit hoher Geschwindigkeit vorwärts treiben könnte. Diese Theorie basierte auf seinem dritten Bewegungsgesetz. Wenn die heiße Luft durch die Düse nach hinten strömt, bewegt sich das Flugzeug vorwärts.

Henri Giffard baute ein Luftschiff, das vom ersten Flugzeugmotor, einer Dampfmaschine mit drei Pferdestärken, angetrieben wurde. Es war sehr schwer, zu schwer zum Fliegen.

1874, Felix de Temple baute ein Eindecker, das mit Hilfe einer kohlebefeuerten Dampfmaschine nur einen Katzensprung einen Hügel hinunter flog.

Otto Daimler erfand Ende des 19. Jahrhunderts den ersten Benzinmotor.

1894, amerikanisch Hiram Maxim versuchte, seinen dreifachen Doppeldecker mit zwei kohlebefeuerten Dampfmaschinen anzutreiben. Es flog nur wenige Sekunden.

Die frühen Dampfmaschinen wurden mit erhitzter Kohle angetrieben und waren im Allgemeinen viel zu schwer für den Flug.

amerikanisch Samuel Langley stellte Modellflugzeuge her, die von Dampfmaschinen angetrieben wurden. 1896 flog er erfolgreich ein unbemanntes Flugzeug mit einem dampfbetriebenen Motor, genannt The Flugplatz . Es flog etwa 1 Meile, bevor ihm die Luft ausging. Dann versuchte er, ein Flugzeug in voller Größe zu bauen, das Flugplatz A, mit Gasmotor. 1903 stürzte es unmittelbar nach dem Start von einem Hausboot ab.

1903, die Wright-Brüder geflogen, Der Flyer mit einem 12-PS-Gasmotor.

Von 1903, dem Jahr des Erstflugs der Gebrüder Wright, bis Ende der 1930er Jahre war der gasbetriebene Hubkolben-Verbrennungsmotor mit Propeller das einzige Mittel, das zum Antrieb von Flugzeugen verwendet wurde.

Es war Frank Whittle , ein britischer Pilot, der 1930 das erste Turbostrahltriebwerk entwarf und patentieren ließ. Das Whittle-Triebwerk flog zum ersten Mal erfolgreich im Mai 1941. Dieses Triebwerk war mit einem mehrstufigen Kompressor und einer Brennkammer, einer einstufigen Turbine und einer Düse ausgestattet.

Zur gleichen Zeit, als Whittle in England arbeitete, Hans von Ohain arbeitete an einem ähnlichen Design in Deutschland. Das erste Flugzeug, das erfolgreich ein Gasturbinentriebwerk einsetzte, war die deutsche Heinkel He 178 im August 1939 der weltweit erste Flug mit Turbojet-Antrieb.

General Electric baute das erste amerikanische Düsentriebwerk für das Düsenflugzeug der US Army Air Force. Es war das Versuchsflugzeug XP-59A, das erstmals im Oktober 1942 flog.

Arten von Strahltriebwerken

Turbojets

Die Grundidee der Turbojet-Triebwerk Ist einfach. Luft, die aus einer Öffnung an der Vorderseite des Motors angesaugt wird, wird im Kompressor auf das 3- bis 12-fache ihres ursprünglichen Drucks komprimiert. Brennstoff wird der Luft zugesetzt und in einer Verbrennungskammer verbrannt, um die Temperatur der Fluidmischung auf etwa 1.100 °F bis 1.300 °F zu erhöhen. Die resultierende heiße Luft wird durch eine Turbine geleitet, die den Kompressor antreibt. Wenn die Turbine und der Kompressor effizient sind, beträgt der Druck am Turbinenauslass fast das Doppelte des atmosphärischen Drucks, und dieser Überdruck wird zur Düse geleitet, um einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom zu erzeugen, der einen Schub erzeugt. Erhebliche Schubsteigerungen können durch den Einsatz eines Nachbrenners erzielt werden. Es ist eine zweite Brennkammer, die nach der Turbine und vor der Düse angeordnet ist. Der Nachbrenner erhöht die Temperatur des Gases vor der Düse. Das Ergebnis dieses Temperaturanstiegs ist ein Anstieg des Schubs um etwa 40 Prozent beim Start und ein viel größerer Prozentsatz bei hohen Geschwindigkeiten, sobald sich das Flugzeug in der Luft befindet.

Das Strahltriebwerk ist ein Reaktionstriebwerk. In einem Reaktionsmotor drücken expandierende Gase hart gegen die Vorderseite des Motors. Der Turbojet saugt Luft an und komprimiert oder quetscht sie. Die Gase strömen durch die Turbine und bringen sie zum Drehen. Diese Gase prallen zurück und schießen hinten aus dem Auspuff heraus, wodurch das Flugzeug nach vorne geschoben wird.

Turboprops

EIN Turboprop-Motor ist ein Düsentriebwerk, das an einem Propeller befestigt ist. Die Turbine auf der Rückseite wird von den heißen Gasen angetrieben, und dies dreht eine Welle, die den Propeller antreibt. Einige kleine Verkehrsflugzeuge und Transportflugzeuge werden von Turboprops angetrieben.

Wie der Turbojet besteht auch das Turboprop-Triebwerk aus einem Kompressor, einer Brennkammer und einer Turbine, der Luft- und Gasdruck wird verwendet, um die Turbine anzutreiben, die dann Energie zum Antrieb des Kompressors erzeugt. Verglichen mit einem Turbojet-Triebwerk hat der Turboprop eine bessere Antriebseffizienz bei Fluggeschwindigkeiten unter etwa 500 Meilen pro Stunde. Moderne Turboprop-Triebwerke sind mit Propellern ausgestattet, die einen kleineren Durchmesser, aber eine größere Anzahl von Blättern für einen effizienten Betrieb bei viel höheren Fluggeschwindigkeiten haben. Um den höheren Fluggeschwindigkeiten gerecht zu werden, sind die Blätter säbelförmig mit zurückgekehrten Vorderkanten an den Blattspitzen. Motoren mit solchen Propellern werden genannt propfans .

Bild des Turboprop-Triebwerks

Turbofans

EIN Turbofan-Motor hat vorne einen großen Lüfter, der Luft ansaugt. Der größte Teil der Luft strömt um die Außenseite des Motors herum, was ihn leiser macht und bei niedrigen Geschwindigkeiten mehr Schub gibt. Die meisten heutigen Verkehrsflugzeuge werden von Turbofans angetrieben. Bei einem Turbojet strömt die gesamte in den Einlass eintretende Luft durch den Gasgenerator, der aus Kompressor, Brennkammer und Turbine besteht. Bei einem Turbofan-Triebwerk gelangt nur ein Teil der einströmenden Luft in die Brennkammer. Der Rest durchläuft einen Ventilator oder Niederdruckkompressor und wird direkt als "kalter" Strahl ausgestoßen oder mit dem Abgas des Gasgenerators vermischt, um einen "heißen" Strahl zu erzeugen. Ziel eines solchen Bypass-Systems ist es, den Schub zu erhöhen, ohne den Kraftstoffverbrauch zu erhöhen. Erreicht wird dies durch Erhöhung des Gesamtluftmassenstroms und Reduzierung der Geschwindigkeit bei gleicher Gesamtenergiezufuhr.

Bild des Turbofan-Triebwerks

Turbowellen

Dies ist eine andere Form eines Gasturbinentriebwerks, das ähnlich wie ein Turboprop-System arbeitet. Es treibt keinen Propeller an. Stattdessen versorgt es einen Hubschrauberrotor mit Strom. Das Turbowellentriebwerk ist so ausgelegt, dass die Drehzahl des Helikopterrotors unabhängig von der Drehzahl des Gasgenerators ist. Dadurch kann die Rotordrehzahl konstant gehalten werden, selbst wenn die Drehzahl des Generators variiert wird, um die erzeugte Leistungsmenge zu modulieren.

Bild des Turbowellenmotors

Ramjets

Das Staustrahl ist das einfachste Strahltriebwerk und hat keine beweglichen Teile. Die Geschwindigkeit des Strahls "rammt" oder zwingt Luft in den Motor. Es ist im Wesentlichen ein Turbojet, bei dem rotierende Maschinen weggelassen wurden. Seine Anwendung wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass sein Kompressionsverhältnis vollständig von der Vorwärtsgeschwindigkeit abhängt. Der Staustrahl entwickelt keinen statischen Schub und im Allgemeinen sehr wenig Schub unterhalb der Schallgeschwindigkeit. Infolgedessen erfordert ein Staustrahlfahrzeug eine Form des unterstützten Starts, z. B. eines anderen Flugzeugs. Es wurde hauptsächlich in Lenkflugkörpersystemen verwendet. Raumfahrzeuge verwenden diesen Düsentyp.

Bild des Ramjet-Triebwerks