Können Staustrahltriebwerke höhere thermische Wirkungsgrade erreichen als Gasturbinen?

Da ein Staustrahl nicht wie eine Gasturbine durch die Turbineneinlasstemperatur eingeschränkt wird, scheint es mir, dass er in der Lage sein sollte, einen höheren thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, da er mit einer Geschwindigkeit arbeitet, die zu einem vergleichbaren Kompressionsverhältnis führt. Ist das wahr?

Das Problem ist, dass die Düse weniger effizient ist als eine Kombination aus Turbine und Lüfter, weshalb Turbofan effizienter als Turbojet und auch Nachbrenner überhaupt nicht sehr effizient ist. Das Spiel geht bereits verloren, wenn Sie einen heißen Strom direkt ausstoßen, um Schub zu erzeugen, es sei denn, Sie befinden sich in großer Höhe, wo die Luft zu dünn ist, um von einem Ventilator effizient angetrieben zu werden.
@ user3528438 Sie sprechen von Antriebseffizienz, die nicht mit thermischer Effizienz identisch ist.
Anders ausgedrückt, die Abgastemperatur ist zu hoch, als dass der Staustrahl sehr effizient sein könnte.
@ user3528438 Ich verstehe nicht, warum der Staustrahl eine höhere Abgastemperatur haben würde, wenn er mit demselben oder einem höheren Druckverhältnis wie die Gasturbine läuft?
@PeterS Das Verbrennungsprodukt in einer Turbine kühlt ab, indem es Arbeit an den Turbinenschaufeln leistet (Arbeit, die entweder die einströmende Verbrennungsluft komprimiert oder Schubluft direkt über den Lüfter antreibt), ist also kühler, bevor es in das Endrohr eintritt, selbst wenn die Verbrennungstemperatur die ist Dasselbe. Eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur im Staustrahl verschlimmert dies, und es gibt nicht genug Druckunterschied, um den Unterschied mit der Düsenkonstruktion auszugleichen.
@PeterS Außerdem gehen Sie von einer falschen Annahme aus - Staustrahltriebwerke können und können nicht mit einem ähnlichen Druckverhältnis wie mehrstufige Kompressorturbinen betrieben werden. Ihre Effizienz ist bei niedrigerer Komprimierung maximal: Aviation.stackexchange.com/questions/72895/…

Antworten (1)

Ungeachtet der Carnot-Bedingung ist es fraglich, ob ein Staustrahl tatsächlich bei einer höheren Temperatur am "heißen Ende" arbeitet als ein Turbostrahl und ob ein vergleichbarer Prozentsatz der Wärmeenergie im Abgasstrom in kinetische Energie umgewandelt wird.

Nur weil keine Turbine vorhanden ist, heißt das nicht, dass im heißen Teil des Motors nichts schmelzen kann - die Wände der Brennkammer bestehen aus echtem Material, ebenso wie der Flammenhalter, und aufgrund der Kosten exotischer Metalle wahrscheinlich Aren nicht so hitzebeständig wie Turbinenschaufeln der ersten Stufe. Sogar ein sehr einfacher Staustrahl mit geringer Leistung (siehe YouTube) kann bei einer Temperatur betrieben werden, die den heißen Abschnitt vor Hitze zum Glühen bringt. Eines, das ein Hochgeschwindigkeitsflugzeug antreiben kann, läuft vermutlich noch heißer und erfordert Kompromisse bei der Effizienz, um thermische Schäden zu vermeiden.

Ich weiß, dass Raketentriebwerke wesentlich heißer laufen als Gasturbinen, indem sie eine regenerative und Filmkühlung der Brennkammer und der Düse verwenden. Die Zahl, die ich finde, ist 3500 K für Raketen im Vergleich zu nur etwa 2000 K Einlasstemperatur für hochmoderne Gasturbinen. Gibt es einen Grund, warum ein Ramjet nicht auch so heiß laufen könnte?
Raketen verwenden weitaus höhere Massenströme an Brennstoff und Oxidationsmittel als Staustrahltriebwerke, die nur den Brennstoffstrom anwenden müssen. Wenn Sie die Effizienz korrekt anhand von "erledigter Arbeit" und "verbrauchter Kraftstoffenergie" messen, verringert die Filmkühlung mit Kraftstoff die Effizienz direkt, indem Kraftstoff verbraucht wird, ohne zusätzliche Arbeit zu leisten. Regenerative Kühlung mit Kerosin hat Grenzen, die den Unterschied zwischen Jet-A/JP-4 und RP-1 weitgehend ausmachen. Kurzversion, wenn Sie mit Kerosin regenerieren, sollten Sie besser RP-1 verwenden, zumal ein Staustrahl viel länger arbeiten soll als ein Raketentriebwerk.
Können Staustrahltriebwerke höhere thermische Wirkungsgrade erreichen als Gasturbinen?
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