Entwicklung von Strahltriebwerken – Von Turbojets zu Turbofans | EngineDIY

In unserem letzten Video zu Strahltriebwerken haben wir gelernt, dass Strahltriebwerke genau wie Kolbenmotoren Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen beinhalten. Der große Unterschied besteht jedoch darin, dass diese Vorgänge bei Kolbenmotoren in jedem Zylinder nacheinander erfolgen, während sie bei einem Strahltriebwerk kontinuierlich, ständig und gleichzeitig stattfinden.

In diesem Video untersuchen wir, wie sich Düsentriebwerke weiterentwickelt haben und heute deutlich leistungsstärker und effizienter sind. Dieses Triebwerk wird heute als Turbojet bezeichnet und ist nach modernen Maßstäben längst überholt. Dies hier ist ein Turbofan, genauer gesagt ein Turbofan mit niedrigem Nebenstromverhältnis, und ein solches Triebwerk findet man heute vor allem in Kampfjets und anderen Militärflugzeugen. Wie Sie schon auf den ersten Blick erkennen können, unterscheidet sich dieses Triebwerk deutlich von unserem Turbojet.

Der erste und wichtigste Unterschied besteht darin, dass bei einem Turbojet der gesamte Schub des Triebwerks aus dem Abgasstrom stammt, also dem Strahl expandierender Gase, der hinten austritt. Mit anderen Worten: Die gesamte Luft, die durch die Vorderseite des Triebwerks strömt, gelangt in den Kern, der alle wichtigen mechanischen Komponenten des Triebwerks beherbergt.

Bei einem Turbofan ist dies jedoch nicht der Fall. Nicht die gesamte Luft gelangt in den Kern, sondern ein Teil wird um den Kern herumgeleitet und berührt nie die inneren Teile des Triebwerks. Warum also sollte ein Teil der Luft um das Triebwerk herumgeleitet werden?

Um das zu verstehen, müssen wir uns daran erinnern, dass Düsentriebwerke auch Reaktionstriebwerke genannt werden. Im Wesentlichen bewegen sie enorme Luftmassen. Diese Bewegung erzeugt eine Kraft. Und wie wir wissen, gibt es für jede Kraft eine Reaktionskraft in die entgegengesetzte Richtung. Diese Reaktionskraft bewegt das Triebwerk, und da das Triebwerk mit dem Flugzeug verbunden ist, bewegt sich das gesamte Flugzeug.

Dies zeigt uns, dass wir größere Luftmassen bewegen müssen, um schneller zu reisen und/oder ein größeres, schwereres Flugzeug zu bewegen. Um eine größere Luftmasse zu bewegen, können wir entweder mehr Luft bewegen oder die Luft schneller bewegen.

Ein Turbofan-Triebwerk nutzt das erste Konzept, nämlich die Bewegung von mehr Luft. Es gibt zwei Arten von Turbofans: Hochbypass- und Niederbypass-Turbofans. Wenn ein Zivilist wie Sie oder ich ein Verkehrsflugzeug fliegt, wird er von einem Hochbypass-Turbofan durch den Himmel getrieben. Ein Hochbypass-Turbofan treibt das Konzept der Luftbewegung auf die Spitze, denn ganz vorn am Triebwerk befindet sich ein riesiger Fan. Daher kommt auch der Name Turbofan. Wir haben einen riesigen Fan und hinten Gasturbinen, die die Verbrennungsenergie nutzen und so den Fan antreiben. Weil der Fan so groß ist, kann er unglaubliche Luftmengen bewegen. Etwa 80 % des Schubs des Triebwerks kommen tatsächlich vom Fan und nur etwa 20 % vom Abgasstrahl, der hinten aus dem Triebwerk kommt.

Da der Großteil des Schubs vom Triebwerk kommt, müssen wir keine Unmengen an Treibstoff verbrauchen, um das Flugzeug anzutreiben. Moderne Triebwerke sind so konstruiert, dass sie bei Reisegeschwindigkeiten und Flughöhen von Verkehrsflugzeugen extrem effizient arbeiten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die umgeleitete Luft eine Lufthülle um den Ausstoßstrahl bildet, was die Lärmbelästigung moderner Verkehrsflugzeuge erheblich reduziert.

Doch leider hat die Luftbewegung ihre Grenzen. Man kann keine unendlich großen Ventilatoren bauen, denn je größer der Ventilator, desto größer der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Flügelwurzel und Flügelspitze, da die Spitze eine viel größere Strecke zurücklegt als die Wurzel. Anders ausgedrückt: Ein zu großer Ventilator erreicht an den Flügelspitzen unweigerlich Überschallgeschwindigkeiten, was zu einem unzureichenden und ineffizienten Betrieb führt.

Hier kommen Turbofan-Triebwerke mit niedrigem Nebenstromverhältnis wie dieses ins Spiel. Ihr Nebenstromverhältnis beträgt etwa 0,5:1, während das Nebenstromverhältnis kommerzieller Turbofans üblicherweise bei 9:1 und höher liegt. Ein Nebenstromverhältnis von 9:1 bedeutet, dass für jedes Kilogramm Luft, das durch den Triebwerkskern strömt, 9 Kilogramm Luft um ihn herum strömen.

Von: Fahren 4 Antworten