Strahltriebwerk: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 27. März 2007, 12:53 Uhr

Ein Strahltriebwerk (umgspr.: Düsentriebwerk; engl.: Turbojet bzw. Turbofan) ist ein Triebwerk, das nach dem Prinzip des Rückstossantriebes arbeitet. Ein Strahltriebwerk besteht aus Laufrad, Verdichter, Brennkammer, Turbine und Schubdüse. Die vom Laufrad angesaugte Luft wird verdichtet und in der Brennkammer erhitzt. Danach strömen die heissen Gase über Turbine und Schubdüse aus. In der Turbine wird gerade soviel Antriebsleistung erzeugt, wie der Verdichter benötigt. Die restliche Energie des Luftstrahls dient der eignen Beschleunigung.

Funktionsweise

Impulsbilanz

Legt man die Systemgrenze über die Oberfläche des Strahltriebwerks, können fünf Impulsströme identifiziert werden: Kraft vom Flugzeug (F), Druckkraft vorne (F_D1)und hinten (F_D2), konvektiver Impulsstrom vorne (I_p1) und hinten (I_p2). Die resultierende Kraft auf die Mantelfläche ist klein und wird hier nicht berücksichtigt. Weil sich der Impulsinhalt des Strahltriebwerks im stationären Betrieb nicht ändert, gilt

[math]F + F_{D1} + F_{D1} + I_{p1} + I_{p2} = 0[/math]

Nimmt man die Massenbilanz (ohne Treibstoff) für den stationären Betrieb hinzu

[math]I_{m1} + I_{m2} = 0[/math]

und vernachlässigt die Summe der beiden Druckkräfte, gilt

[math]{-}F = (v - v_{s1}) I_m - (v - v_{s}2) I_m[/math]

I_p2 beschreibt den Betrag der durchfliessenden Massenstromstärke, v_s1 und v_s2 stehen für die beiden bezüglich des Triebwerks nach hinten gerichteten Strömungsgeschwindigkeiten und v ist die Geschwindigkeit des Triebwerks relativ zum Bezugssystem, relativ zur umgebenden Luft.

Die Reaktionskraft zu F, die Kraft auf das Flugzeug, nennt man die Schubkraft F_Sch. Eine letzte Umformung führt zu

[math]F_{Sch} = (v_{s2} - v_{s1}) I_m = \rho (v_{s2}^2 - v_{s1}v_{s2})A_1[/math],

wobei A₁ für den Einlassquerschnitt steht. Die Strömung ist hier als homogen modelliert worden, d.h. es wurde angenommen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im ganzen Querschnitt gleich gross ist.

Energiebetrachtung

Thermodynamik

Triebswerkstypen

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-Ein '''Strahltriebwerk''' (umgspr. Düsentriebwerk; engl.: Turbojet bzw. Turbofan) ist ein [[Triebwerk]], das nach dem Prinzip des [[Rückstossantrieb]]es arbeitet. Ein Strahltriebwerk besteht aus Laufrad, Verdichter, Brennkammer, Turbine und Schubdüse. Die vom Laufrad angesaugte Luft wird verdichtet, in der Brennkammer erhitzt. Danach strömen die heissen Gase über Turbine und Schubdüse aus. In der Turbine wird gerade genug Antriebsleistung für den Verdichter erzeugt, die restliche Energie des Luftstrahls dient zur Beschleunigung der wegströmenden Gase.
+Ein '''Strahltriebwerk''' (umgspr.: Düsentriebwerk; engl.: Turbojet bzw. Turbofan) ist ein [[Triebwerk]], das nach dem Prinzip des [[Rückstossantrieb]]es arbeitet. Ein Strahltriebwerk besteht aus Laufrad, Verdichter, Brennkammer, Turbine und Schubdüse. Die vom Laufrad angesaugte Luft wird verdichtet und in der Brennkammer erhitzt. Danach strömen die heissen Gase über Turbine und Schubdüse aus. In der Turbine wird gerade soviel Antriebsleistung erzeugt, wie der Verdichter benötigt. Die restliche Energie des Luftstrahls dient der eignen Beschleunigung.
 ==Funktionsweise==
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 Legt man die [[Systemgrenze]] über die Oberfläche des Strahltriebwerks, können fünf [[Impulsstrom|Impulsströme]] identifiziert werden: Kraft vom Flugzeug (''F''), Druckkraft vorne (''F<sub>D1</sub>'')und hinten (''F<sub>D2</sub>''), [[konvektiv|konvektiver]] Impulsstrom vorne (''I<sub>p1</sub>'') und hinten (''I<sub>p2</sub>''). Die resultierende Kraft auf die Mantelfläche ist klein und wird hier nicht berücksichtigt. Weil sich der Impulsinhalt des Strahltriebwerks im stationären Betrieb nicht ändert, gilt
-:<math>F + F_{D1} + F_{D1} + I_{p1} + I_{p2)</math>
+:<math>F + F_{D1} + F_{D1} + I_{p1} + I_{p2} = 0</math>
 Nimmt man die [[Massenbilanz]] (ohne Treibstoff) für den stationären Betrieb hinzu
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 und vernachlässigt die Summe der beiden Druckkräfte, gilt
-:<math>-F = (v - v_{s1}) I_m - (v - v_{s}2) I_m</math>
+:<math>{-}F = (v - v_{s1}) I_m - (v - v_{s}2) I_m</math>
-''I<sub>p2</sub>'' beschreibt den Betrag der durchfliessenden Massenstromstärke, ''v<sub>s1</sub>'' und ''v<sub>s2</sub>'' stehen für Beträge der beiden Strömungsgeschwindigkeiten bezüglich des Triebwerks und ''v'' ist die Geschwindigkeit des Triebwerks relativ zum [[Bezugssystem]], der umgebenden Luft.
+''I<sub>p2</sub>'' beschreibt den Betrag der durchfliessenden Massenstromstärke, ''v<sub>s1</sub>'' und ''v<sub>s2</sub>'' stehen für die beiden bezüglich des Triebwerks nach hinten gerichteten Strömungsgeschwindigkeiten und ''v'' ist die Geschwindigkeit des Triebwerks relativ zum [[Bezugssystem]], relativ zur umgebenden Luft.
-Die Reaktionskraft zu ''F'', die Kraft auf das Flugzeug, kann man auch Schubkraft ''F<sub>Sch</sub>'' nennen. Eine letzte Umformung führt zu
+Die Reaktionskraft zu ''F'', die Kraft auf das Flugzeug, nennt man die Schubkraft ''F<sub>Sch</sub>''. Eine letzte Umformung führt zu
-:<math>F_Sch = (v_{s2} - v_{s1}) I_m = \rho (v_{s2}^2 - v_{s1}v_{s2})A_1</math>,
+:<math>F_{Sch} = (v_{s2} - v_{s1}) I_m = \rho (v_{s2}^2 - v_{s1}v_{s2})A_1</math>,
-wobei ''A<sub>1</sub>'' den Einlassquerschnitt beschreibt. Die Strömung ist hier als homogen modelliert worden, d.h. es wurde angenommen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im ganzen Querschnitt gleich gross ist.
+wobei ''A<sub>1</sub>'' für den Einlassquerschnitt steht. Die Strömung ist hier als homogen modelliert worden, d.h. es wurde angenommen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im ganzen Querschnitt gleich gross ist.
 ==Energiebetrachtung==