Bleibt die Abgasgeschwindigkeit des Strahltriebwerks relativ zu sich selbst trotz Geschwindigkeitsänderungen konstant?

Vielleicht ist das eine dumme Frage.

Mir scheint gesagt worden zu sein, dass die Geschwindigkeit des Abgases, das ein luftatmendes Strahltriebwerk verlässt, relativ zum Triebwerk trotz Änderungen der Fluggeschwindigkeit konstant ist. Allerdings nach meinem Verständnis:

  • Der Staueffekt bewirkt, dass der Luftdruck innerhalb des Motors ansteigt.
  • Dieser höhere Druck kann dann mit einer Düse direkt wieder in Geschwindigkeit umgewandelt werden.
  • Diese Geschwindigkeit addiert sich zu der durch den Kraftstoff gegebenen Geschwindigkeit.
  • Für einen luftatmenden Motor ohne Reibung oder andere Verluste in den Kanälen bedeutet dies, dass die Abgasgeschwindigkeit relativ zum Motor mit der Fluggeschwindigkeit zunimmt.
  • Dies bedeutet, dass der Grund, warum wir Low-Bypass-Turbofans für Überschallflugzeuge verwenden, darin besteht, Gewichts- und Ansaugverluste zu reduzieren, NICHT die Antriebseffizienz
  • und dies zeigen einige Versuche, verlustarme Überschall-Durchfluss-Turbofans mit höherem (um 2) Bypass-Verhältnis zu entwickeln.
  • Kurz gesagt: Die Aussage macht nur Sinn für Raketen, die ihre eigene Reaktionsmasse tragen, nicht für luftatmende Triebwerke, die Reaktionsmasse mit darin enthaltener kinetischer Energie aufnehmen, die nicht einfach verschwinden kann.

Also, was verpasse ich?

Antworten (1)

Schub wird erzeugt, indem eine Arbeitsmasse in entgegengesetzter Richtung beschleunigt wird. Der Nettoschub ist die Differenz zwischen dem Impuls der zum Motor strömenden Luft und dem kombinierten Impuls des verbrannten Kraftstoffs und der aus dem Motor (und dem Propeller, falls vorhanden) austretenden Luft, abgeleitet aus der Zeit. Dieser Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.

Beim schnelleren Fliegen wird der Eintrittsimpuls eines Propellers oder Lüfters im Verhältnis zum Austrittsimpuls schnell groß, sodass der Schub mit dem Kehrwert der Geschwindigkeit abnimmt . Andererseits führt die hohe Austrittsgeschwindigkeit eines Turbojets bei zunehmender Geschwindigkeit nur zu einer geringen Erhöhung des Eintrittsimpulses gegenüber dem Austrittsimpuls.

GSP-Simulation eines Turbojet-Triebwerks zur Variation von Höhe und Geschwindigkeit

GSP-Simulation eines Turbojet-Triebwerks für unterschiedliche Höhen und Geschwindigkeiten, entnommen aus dieser Antwort .

Aber wenn das alles wäre, würde sogar der Schub eines Turbojet-Triebwerks mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmen. Aber es gibt noch einen zweiten Effekt, der hilft, den Schub mit der Geschwindigkeit wachsen zu lassen. Mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, um genau zu sein. Das ist der Rammeffektwas hilft, die in den Motor eintretende Luft vorzukomprimieren. Bei Unterschallgeschwindigkeit kompensiert dies gerade noch den Schubverlust: Bei niedriger Geschwindigkeit lässt der wachsende Eintrittsimpuls die Schubkraft etwas sinken, bei höherer Unterschallgeschwindigkeit wird die Stauwirkung jedoch größer und erhöht die Schubkraft wieder, sodass aus einer konstanten Schubkraft ein Gut wird Annäherung (siehe Simulationsergebnis im Diagramm oben). Druck- und Wärmegrenzen innerhalb des Triebwerks begrenzen jedoch schnell die zusätzliche Verdichtung im Kompressor und die Wärmemenge, die in der Brennkammer hinzugefügt werden kann. Was hilft, ist höher zu fliegen, wo der Außendruck und die Ansaugtemperatur niedriger sind, was den Druck- und Temperaturanstieg durch den Staueffekt mehr als kompensiert. Aber dann sinkt der Schub proportional zur Dichte.

Bisher für Turbojets.

Turbofans sind eine andere Sache. Hier fällt der Schub mit zunehmender Drehzahl ähnlich, aber weniger stark ab, wie bei Propellern. Die Düsen sowohl des kalten äußeren als auch des heißen Kernstroms lassen den Austrittsstrom nur mit Unterschallgeschwindigkeit austreten, sodass die Lüfterdüse bei Reisegeschwindigkeit kritisch oder nahe daran ist (was bedeutet, dass die Austrittsgeschwindigkeit nahezu Schallgeschwindigkeit ist). In beiden Düsen kann die Geschwindigkeit nicht unbegrenzt steigen und wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Kerntriebwerks bei maximalem Schub und niedriger Fluggeschwindigkeit bereits nahe an der Schallgeschwindigkeit liegt, ist die Regel, dass sie nahezu konstant bleibt, eine gute Annäherung an die Realität.

Deinstallierter Schub und SFC für einen großen Turbofan

Deinstallierter Schub und SFC für einen großen Turbofan, aus "Airplane Aerodynamics and Performance" von Jan Roskam. Hier gefunden . Der steilere Trend der Meeresspiegelschublinie oberhalb von Mach 0,7 wird durch die Druckgrenze des Triebwerks verursacht.

vielen Dank für die Beantwortung meiner sich wiederholenden Fragen zu diesem Thema. Ich muss eines klarstellen: Wollen Sie damit sagen, dass der Schub- (und SFC, wie in unserem vorherigen Chat besprochen) Begrenzer bei hoher Mach und Höhe die Unfähigkeit der Lüfterdüse ist, die Strömung über Mach 1 hinaus zu beschleunigen, wodurch Druck verschwendet wird, der wie oben durch den Ram-Effekt gewonnen wird? - Umgebungsdruck im Auspuff?
@ABJX: Es gibt nicht viel Verschwendung - der Druckanstieg im Lüfter wird niedrig gehalten, um die Beschleunigung zu begrenzen. Bei einem Lüfter mit hohem Bypass-Verhältnis beträgt das Druckverhältnis nur 1,2 - 1,3.
Das ist für die Fächerdüse, oder? Sie sagen, dass der Kern bei sehr niedriger Geschwindigkeit erstickt.
@ABJX: Nein, der Kernfluss erstickt nicht bei niedriger Geschwindigkeit. Er kann aber keine beliebig große Wärmemenge aufnehmen, weil er sonst ersticken würde.
wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Kerntriebwerks bei maximalem Schub und niedriger Fluggeschwindigkeit bereits nahe an der Schallgeschwindigkeit liegt ?
Außerdem meinte ich mit "Geschwindigkeit" die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Nur damit Sie sicher sein können.
Bleibt die Abgasgeschwindigkeit des Strahltriebwerks relativ zu sich selbst trotz Geschwindigkeitsänderungen konstant?
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