Ich frage mich, ob es möglich ist, ein "Druckluft" -Turbinentriebwerk herzustellen [geschlossen]

Nun, Schiffe verwenden seit dem späten 19. Jahrhundert Turbinenmotoren, die mit überhitztem Wasser angetrieben werden. Aber Sie müssen immer noch eine Energiequelle haben, um den Dampf zu erhitzen. Und es ist nicht gut für ein "Düsen" -Triebwerk, da der springende Punkt darin besteht, Luft durch das Triebwerk zu beschleunigen, wo die Turbine und der Kompressor nur dazu da sind, den Kreislauf am Laufen zu halten. Es würde nur für einen Turboprop oder eine Turbowelle funktionieren, bei denen die Aufgabe der Turbine darin besteht, Drehmoment für die Arbeit zu erzeugen.

Theoretisch könnten Sie einen Turboprop haben, der mit einer Dampfturbine oder einem anderen erhitzten Gas angetrieben wird, aber Sie müssen immer noch eine Energiequelle haben. Vielleicht eine Art seltsamer und wunderbarer batteriebetriebener Warmwasserbereiter oder ein winziger Kernreaktor? Dann benötigen Sie auch einen großen Vorrat an Wasser oder anderen Flüssigkeiten oder Gasen zum Aufheizen.

Es ist jedoch möglich, ein geschlossenes System zu haben, das das für den Dampf verwendete Wasser recycelt. Sie haben dann so ziemlich ein kleines Atomkraftwerk oder ein Atom-U-Boot. Es ist jedoch theoretisch möglich, einen Turboprop mit Atomantrieb zu haben, der monatelang fliegen könnte. Wenn es für U-Boote und Flugzeugträger funktioniert, warum nicht, wenn Sie das Ganze leicht genug machen könnten.

Eigentlich ist nichts davon wirklich neu. In den 50er Jahren gab es Flugzeugkonzepte mit Atomantrieb, die nicht wirklich praktikabel waren.

Die Sache mit Turbinentriebwerken, die mit Kerosin betrieben werden, ist, dass es immer noch der effizienteste Weg ist, potenzielle Energie in einem leichten und störungsfreien Paket in kinetische Energie umzuwandeln. In 50 Jahren? Wer weiß.

Die Idee verstößt gegen das Gesetz der Thermodynamik.

Das Hauptproblem ist, dass Sie Strom (aus der Batterie) über thermische Energie (Wärme) in mechanische Energie umwandeln. Das kann nicht effizient sein. Die Menge an thermischer Energie, die Sie wieder in andere Energieformen umwandeln können, wird durch den [Carnot-Wirkungsgrad] ( https://www.e-education.psu.edu/egee102/node/19420 ) begrenzt .

Wie @jamesqf in den Kommentaren betont, können Sie den gesamten thermischen Schritt überspringen und nur einen elektrisch angetriebenen Propeller haben. Indem Sie die Luft nicht erhitzen, vermeiden Sie die Ineffizienz.

Jetzt werden auch Turbinentriebwerke, die mit Kerosin betrieben werden, durch denselben Carnot-Wirkungsgrad begrenzt. Ich habe Ihnen gerade gesagt, dass es schlecht ist, aber warum verbrennen Flugzeuge dann immer noch Kerosin? Es stellt sich heraus, dass Kerosin eine viel höhere Energiedichte hat als Batterien. Dies bedeutet, dass das Flugzeug beim Start viel leichter sein kann, was die thermische Ineffizienz kompensiert.

@jamesqf hat in seinem Kommentar die richtige Antwort gegeben. Lassen Sie mich erläutern, warum es ineffizient wäre.

Ein typischer Energiepfad für Turbofan-Triebwerke ist wie folgt

chemische Energie (Kraftstoff) -> thermische Energie (verbrennender Kraftstoff) -> mechanische Energie (Rotation der Niederdruckturbinenwelle = Rotation der Lüfterblätter) -> mechanische Energie (großes Luftvolumen, das aus der Rückseite der Düse beschleunigt wird).

Also 3 verschiedene Konvertierungsschritte. Nicht jeder Schritt ist zu 100 % effizient. Bei jedem Schritt verlierst du ordentlich Energie. Also je mehr Schritte es gibt, desto schlimmer. Ihre vorgeschlagene Situation sieht ungefähr so ​​​​aus:

chemische Energie (Batterien) -> elektrische Energie -> thermische Energie (Erwärmung der Luft) -> mechanische Energie (Rotation der Niederdruckturbinenwelle = rotierende Lüfterblätter) -> mechanische Energie (großes Luftvolumen, das aus der Rückseite der Düse beschleunigt wird) .

Dies hat mehr Umwandlungsschritte als ein typisches Düsentriebwerk. Es wird weniger effizient sein. Der von @jamesqf vorgeschlagene alternative Pfad lautet

chemische Energie (Batterien) -> elektrische Energie -> mechanische Energie (rotierender Propeller) -> mechanische Energie (großes Luftvolumen, das am Propeller vorbei beschleunigt wird).

Sehen Sie, wie dies einen Konvertierungsschritt weniger hat? Sie gehen einfach direkt von der elektrischen zur mechanischen Energie über, ohne einen thermischen Schritt dazwischen. Weniger Konvertierungsschritte sind besser.

Ein Turbojet ohne Zündung ist im Prinzip möglich und wurde in den 1950er Jahren in funktionierenden Prototypen von nuklearbetriebenen Antriebseinheiten in die Praxis umgesetzt.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19640019868.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_J87

So wie ich es verstehe, möchten Sie einen Kompressor haben, der Druckluft erzeugt, die in einem Hochgeschwindigkeitsstrahl austritt und so Schub erzeugt, aber Sie möchten, dass der Strahl nur aus Luft und nicht aus Verbrennungsprodukten besteht.

Das beschreibt die Luft, die in einem Fächerstrahltriebwerk durch den Fan beschleunigt wird und einen wesentlichen Anteil am Gesamtschub eines solchen Triebwerks liefert.

Oder wenn Sie es vorziehen, anstatt den Lüfter durch eine Turbine anzutreiben, können Sie den Lüfter oder Kompressor durch einen Kolbenmotor antreiben. Das „Motorjet“-Konzept (siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Motorjet ), das in The Caproni Campini N.1 verwendet wird – (siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Caproni_Campini_N.1 ) scheint sich dieser Idee anzunähern, aber beim "Motorjet" -Konzept wird die Druckluft mit Kraftstoff gemischt und nach der Kompression gezündet, um mehr Schub zu liefern, als dies einfach dadurch geschehen würde, dass die Druckluft die Düse ohne Zündung verlassen würde.

Es gab mindestens ein kolbengetriebenes „Jet“-Triebwerkskonzept, bei dem die Luft nach der Kompression NICHT gezündet wurde – siehe zum Beispiel Coanda-1910 (siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Coand%C4%83 -1910 ). Dieses Flugzeug ist anscheinend nie geflogen, aber ein ähnlicher Motor wurde verwendet, um einen Schneeschlitten anzutreiben. Das scheint eine gute Übereinstimmung mit dem zu sein, was Sie sich vorstellen.