Unter der Annahme, dass wir eine konvergierende Düse haben, habe ich gelesen, dass der maximale Schub gerade in dem Moment erreicht wird, in dem der Düsenaustritt - minimale Fläche - verstopft ist, dh die Düse in dem Sinne angepasst ist, dass der Druck im Austrittsbereich dem Umgebungsdruck entspricht. Wie kann ich das mit Formeln demonstrieren?
Betrachten wir zwei Fälle, verstopfter Auspuff und vollständiger Ausbau:
1. Verstopfter Auspuff
Bei einem konvergenten Auspuffrohr erreicht der Strahltriebwerksschub ein Maximum bei Schallgeschwindigkeit des Abgasstroms.
Die Geschwindigkeit des Gasstroms nimmt zu, wenn er am Eingang des Rohrs Unterschall war. In einer konvergenten Düse beträgt die maximale Gasaustrittsgeschwindigkeit M = 1, die Schallgeschwindigkeit bei der Temperatur des heißen Abgases. Bei gedrosseltem Auspuff ist bei M = 1 im Auspuffaustritt der statische Druck höher als der Umgebungsdruck.
Die Abgasfläche muss reduziert werden, bis die Gasaustrittsgeschwindigkeit M = 1 beträgt, was bei beispielsweise 800 ºC 657 m/s beträgt. Der Druck am Auspuffauslass steht dann:
der größer als der Umgebungsdruck ist .
Der Nettoschub eines reinen Strahltriebwerks ist
ist die Gaskonstante. Parameter, die Sie kennen müssen:
Austrittsmassenstrom aus der Turbine in kg/s
Gasaustrittstemperatur in °K
Schallgeschwindigkeit bei in m/s, was für einen verstopften Auspuff gleich ist
Auslaufbereich In
Fluggeschwindigkeit In und Umgebungsdruck In
Wenn wir das folgende Beispiel eines Flugzeugs verwenden, das M 0,85 auf 30.000 Fuß fliegt, verstopfter konvergierender Auspuff, Ausgangsbereich 0,1 , Massenstrom 70 kg/s, Abgastemperatur 1073 K, erhalten wir:
F = 70 * (657 - 258) + 0,1 * (328.106 - 30.100)
= 27.962 N aus kinetischer Energie + 29.801 N aus Druckdifferenz, etwa gleich viel.
2. Vollständige Erweiterung
ist jetzt gleich . Dieser Zustand tritt ein, wenn am Turbinenaustritt Totaldruck herrscht , mit bei heißem Abgas etwa 1,95.
Analog zum gedrosselten Auspufffall:
Für die gleichen Bedingungen bei 30.000 Fuß folgt: = 1,09
und F = 70 * (657 - 258) = 27.962 N
Der Nettoschub ist in diesem Fall viel geringer, da der Turbinenaustrittsdruck niedriger ist als im gedrosselten Fall und daher die Vortriebsleistung des Strahltriebwerks geringer ist. Üblicherweise bei einem Turbojet der Turbinenabgasdruck ist viel höher als , was zu dem verstopften Auspuffgehäuse oben führen wird.
Turbofans mit einem hohen Bypass-Verhältnis haben ein niedriges genug um eine vollständige Expansion zu ermöglichen, wobei der größte Teil der Gasgeneratorleistung für die Bypass-Luftkompression verwendet wird.
Koyovis