Strahlantrieb - Technik.

« FlugzeugtriebwerkeDrei Flugzeugtriebwerke im Vergleich: ein Düsenantrieb der ersten Generation (oben), bei dem in der Brennkammer die angesaugteLuft erhitzt und beschleunigt ausgestoßen wird, ein Turboantrieb (Mitte), bei dem die ausgestoßene Luft die Welle mit dem Propellerin Rotation versetzt, und schließlich ein modernes Mantelstrom-Triebwerk (unten), bei dem der überwiegende Teil der angesaugtenLuft zwar beschleunigt, aber um die Brennkammer herumgeführt wird mit dem Ergebnis höherer Wirtschaftlichkeit und geringerenFluglärmes.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Dies ist der häufigste Typ der Triebwerke, denen Luftsauerstoff zugeführt wird.

Nachdem die Luft die Ansaugöffnung passiert hat, wird ihr Druck durch einen mehrstufigenKompressor (Verdichtungsteil) erhöht, dann strömt sie in den Verbrennungsraum ( siehe Luftkompressor).

Die zum Betrieb des Kompressors erforderliche Energie wird durch eine Turbine geliefert, die zwischen Verbrennungsraum und Schubdüse sitzt. Praktisch alle mit Luft arbeitenden Strahltriebwerke enthalten einen Axialkompressor, in dem die Luft im Allgemeinen in Richtung der Achse strömt, und zwar durchalternierende Reihen von stationären bzw.

rotierenden Schaufeln; in diesem Zusammenhang spricht man vom Leitrad bzw.

vom Laufrad.

Die Schaufeln sind so angeordnet,dass die Luft in jede Reihe mit hoher Geschwindigkeit eintritt.

Durch die Schaufeln wird die Geschwindigkeit der Luft verzögert, so dass ihr Druck steigt.

ModerneAxialkompressoren können den Druck in 15 Stufen auf das 24fache erhöhen, wobei jeder Satz aus Leitrad und Laufrad einer Stufe entspricht. Die komprimierte Luft gelangt anschließend in den Verbrennungsraum und wird dort mit dem verdampften Treibstoff vermischt; nun schließt sich der Verbrennungsvorgangan.

Für eine möglichst hohe Leistung muss die durch vollständige Verbrennung erzielbare Maximaltemperatur erreicht werden.

Dadurch würde die Turbine aber zu heißwerden.

Bei Turbojets darf die Einlasstemperatur nicht über 1 100 °C liegen, weil sonst die Bauteile beschädigt würden.

Um die Einlasstemperatur zu reduzieren, wird nurein Teil der komprimierten Luft der Verbrennung zugeführt.

Dazu teilt man den ankommenden Luftstrom beim Einlass in den Verbrennungsraum.

Ein Teil wird mit demTreibstoff vermischt, der Rest kühlt die Turbine. In der Turbine werden die Gase teilweise expandiert.

Sie stellt die Energie zum Betreiben des Kompressors bereit und liefert ferner die Energie für den Betrieb vonTreibstoffpumpe, Generator (zur Stromversorgung) sowie anderen Zusatzaggregaten.

An dieser Stelle des Triebwerks besitzen die Gase einen mittleren Druck und strömenanschließend durch die Schubdüse.

Die größte Schubkraft ließe sich erzielen, wenn die Schubdüse das Gas auf den Druck der Atmosphäre expandieren würde.

DerartigeDüsen wären aber zu groß und zu schwer.

Übliche Schubdüsen sind kürzer und realisieren auf diese Weise einen höheren Enddruck der Gase.

Allerdings ist die Leistung desTriebwerks etwas geringer, als es theoretisch möglich wäre. Einstrom-Düsentriebwerke lassen sich nicht direkt aus der Ruheposition starten.

Zunächst müssen die Schaufelräder durch einen externen Startmotor in Drehung versetztwerden.

Anschließend wird die Verbrennung des Treibstoffs durch eine vorgeheizte Zündkerze eingeleitet.

Wenn das Triebwerk einmal läuft, wird sein Betrieb ohneZündkerzen aufrechterhalten. Durch einen so genannten Nachbrenner kann die Schubkraft um 50 Prozent und mehr erhöht werden.

Diese Vorrichtung ist zwischen Turbine und Schubventil angebracht.Hier wird dem ausströmenden Gas zusätzlicher Treibstoff zugeführt und anschließend verbrannt.

Durch diese weitere Verbrennung nimmt das Gasvolumen noch stärker zuund damit die Strahlgeschwindigkeit. 2.2 Mantelstromtriebwerk Mantelstrom-TriebwerkFast das Dreifache der Luftmenge, die in die eigentliche Brennkammer gesaugt wird, fließt bei einem modernen Mantelstrom-Triebwerk wie dem Rolls-Royce Tay um sie herum und tritt beschleunigt am Ende der Düse wieder aus, wo sie sich mit der in derBrennkammer erhitzten Luft vermischt und diese abkühlt.Dorling Kindersley Das Mantelstrom- oder Bypasstriebwerk stellt eine Weiterentwicklung des zugrunde liegenden Einstrom-Düsentriebwerks dar.

Nur ein Sechstel der einströmenden Luftgelangt durch das gesamte Triebwerk.

Den überwiegenden Teil leitet man in einen äußeren Mantel, der Brennkammer und Turbine umgibt.

Diese Luft wird ebenfallsverdichtet und liefert dadurch zusätzlichen Schub.

Die durch den äußeren Mantel strömende Luft kühlt das Triebwerk. Ein Beispiel für diesen Triebwerktyp ist das Aggregat JT9D-3; es wiegt rund 3,8 Tonnen und entwickelt eine Startschubkraft von circa 200 000 Newton (das entspricht derGewichtskraft von etwa 20 Tonnen).

Diese Schubkraft ist mehr als doppelt so groß wie diejenige, über die man bei großen Flugzeugen vor der Zeit der Boeing 747 verfügenkonnte. Heute strebt man bei der Weiterentwicklung von Strahltriebwerken vor allem einen höheren Wirkungsgrad für Kompressoren und Turbinen an; ferner versucht man,besondere Kühlungssysteme für die Turbinenschaufeln zu konstruieren, so dass höhere Einlasstemperaturen möglich werden.

Ein weiteres Konstruktionsziel ist u.

a.

dieSenkung der Lärmentwicklung beim Betrieb des Aggregats ( siehe Lärmbelästigung). 2.3 Turbo-Propeller-Triebwerke Bei Turbo-Propeller-Triebwerken oder auch einfach Turboprop ist vor dem Strahltriebwerk ein Propeller angebracht.

Für seinen Antrieb sorgen entweder eine zweite („freie”)Turbine oder zusätzliche Stufen der Turbine, die praktisch die Energie für das Verdichtungsteil bereitstellt.

Rund 90 Prozent der Energie des expandierenden Gases werdenvom Turbinenteil aufgenommen, das wiederum den Propeller antreibt.

Nur etwa 10 Prozent dienen zum Beschleunigen des ausgestoßenen Gasstrahles.

Letzterer trägt dahernur zu einem kleinen Bruchteil zur gesamten Schubkraft bei.

Flugzeuge mit Turboprops erreichen Geschwindigkeiten zwischen 480 und 800 Kilometer pro Stunde. 2.4 Pulsstrahltriebwerke Bei diesem Typ befindet sich vor dem Verbrennungsraum eine Reihe von Einlassklappen, so genannte Flatterventile. In einem solchen Triebwerk läuft die Verbrennung nicht kontinuierlich ab, sondern intermittierend, also stoßweise.

Die Luft wird durch die Ventilklappen dem Brennraum zugeführt und anschließend verbrannt.

Dadurch werden die. »