Warum brauchen Düsentriebwerke so lange, bis sie heruntergefahren sind?

Anscheinend brauchen Strahltriebwerke mehrere Sekunden, bis zu zehn oder fünfzehn Sekunden, um von voller Leistung in den Leerlauf zu wechseln.

Warum ist das? Kann ein einfaches Kraftstoffventil den Kraftstofffluss nicht absperren? Oder reduzieren Sie es auf die Durchflussrate, die dem Leerlauf entspricht? Beides sollte, wenn es mit einem Ventil gemacht wird, fast sofort passieren, soweit ich das beurteilen kann.

Dies würde sicherlich den Schub verringern, unabhängig davon, ob der Motor noch eine Weile dreht. Ist etwas Gefährliches an dieser Idee? Mir kommt es so vor, als ob ein Benzinhahn beliebig oft schließen und wieder öffnen kann.

Hinweis: Ich interessiere mich für Turbojets und Turbofans. Und es geht mir nur ums Drosseln .

Um ein Pumpen des Kompressors zu verhindern. Siehe (vielleicht Duplikat): Warum brauchen Turbinentriebwerke so lange zum Aufspulen? .
Trägheit. Der Schub fällt jedoch sofort ab, wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. Keine Erwärmung, kein Schub.
@mins Ich habe das gelesen, aber ich verstehe nicht, wie ein Anstieg auftreten könnte, wenn plötzlich heruntergefahren wird . Vielleicht könnte das Gegenteil passieren, ein plötzlicher Druckabfall, aber das klingt nicht so gefährlich, wie es eine Druckspitze ist.
Siehe 8.2.6 Notabschaltung der Gasturbinenleistung .
Vielleicht nur Trägheit der rotierenden Turbine, Verdichterscheiben
Wenn Sie den Kraftstofffluss in einem massiven Schritt nach unten senken, sagen wir von 100 % Schub auf Leerlauf, dann laufen Sie Gefahr, dass der Restluftstrom durch die Brenner viel zu viel für das anhaltende Brennen bei der niedrigeren Kraftstoffflussrate ist Gemisch austreten und den Motor zum Abflammen bringen. Sie können den Lüfter oder den Kern nicht bremsen, daher muss die Reduzierung des Luftstroms auf natürliche Weise durch Trägheitsverlust in diesen beweglichen Komponenten erfolgen.
@PeterKämpf Kannst du "Trägheit" besser erklären? Hinweis Ich bin daran interessiert, den Schub sofort zu reduzieren, nicht unbedingt die Geschwindigkeit. Ich weiß, dass die Trägheit des Flugzeugs es eine Weile vorwärts fliegen lässt. Ich bin mir sicher, dass der Motor aufgrund der Rotationsträgheit auch noch drehen wird. Aber Ihre letzten Sätze scheinen zuzustimmen, dass wir den Schub trotzdem sofort abbauen können.
@Moo Das ist in Ordnung. Flamme aus wird auch den Schub unterbrechen. Mir geht es nur darum, den Schub zu reduzieren, entweder auf Leerlauf oder ganz auf Null. Natürlich wäre es schön, wenn der Motor unbeschädigt und normal wiederstartfähig wäre, auch wenn normale Neustartprozeduren eine Weile dauern können. Abgesehen davon kann ich nicht sehen, warum es in Ihrem Szenario aufflammen würde. Ein Überschuss an Sauerstoff, der mit Brennstoff vermischt ist, wie klein er auch sein mag, sollte nicht dazu führen, dass ein Feuer erlischt. Wie Sie wahrscheinlich erraten haben, weiß ich nicht viel über die Gasdynamik in Motoren, also könnte hoffentlich jemand erklären, warum die Flamme erlöschen würde.
@ DrZ214 Die Verbrennung würde sterben, weil die Reaktionen zwischen dem Kraftstoff und dem Sauerstoff zu weit verbreitet sind, was bedeutet, dass Sie entweder eine konstante Zündquelle benötigen oder die Verbrennung aufhört, weil sie sich nicht ausbreiten kann. Eine Flamme ist im Grunde eine Kettenreaktion, bei der die durch eine Brennstoff-Oxidationsmittel-Reaktion freigesetzte Energie eine Reaktion in einem benachbarten Brennstoff-Oxidationsmittel-Paar auslöst, aber wenn Sie diese Paare weit genug auseinander bewegen, reicht die Energie nicht mehr aus, um die Reaktion auszulösen. Aus diesem Grund breitet sich Feuer dort aus, wo sowohl eine Brennstoffquelle als auch ein Oxidationsmittel vorhanden sind.
@ DrZ214 All dies ignoriert natürlich, dass in modernen High-Bypass-Motoren der Großteil des Schubs (wie 80% oder mehr) durch die Luftbewegung des Lüfters an der Vorderseite erzeugt wird - um diesen Schub sofort auf Null zu reduzieren. Sie müssen diesen Lüfter stoppen oder die Lüfterblätter ausrichten, damit sie gefedert werden können. Das Stoppen des Lüfters bedeutet eine kräftige Bremse (diese Lüfter wiegen Tonnen und haben eine hohe Drehzahl) und das Federn der Lüfter bedeutet mehr Gewicht und Komplexität. Die Fluggesellschaften wollen beides nicht, also war es noch nie ein Problem, das gelöst werden musste.
@Moo Okay, dann hört es sich so an, als würde ich einen Schubumkehrer oder vielleicht einen Schubabweiser wollen, um die Luft in zwei entgegengesetzte seitliche Richtungen zu lenken, oder sogar eine Art Zapfluftöffnung. PS Ihr Kommentar wäre eine großartige Antwort.
@ DrZ214 Die meisten Düsentriebwerke haben bereits Schubumkehrer :) Oft werden sie verwendet, um die Bremsleistung bei der Landung zu verbessern, aber sie werden auch verwendet, um den Abwärtsschub bei der Landung abzulenken, wenn sie im Leerlauf des Triebwerks eingesetzt werden.
Ich denke, das Herunterfahren muss auf kontrollierte Weise erfolgen, um unterschiedliche Kühlmuster jeder Komponente zu berücksichtigen. Die Schaufeln kühlen mit einer anderen Geschwindigkeit ab als die Triebwerksgondel und das Gehäuse.
@PeterKämpf: Während die Trägheit die Welle und alles, was daran befestigt ist, für kurze Zeit dreht, dient die durch den Motor strömende Luft als massive Bremse. Aus energetischer Sicht offensichtlich: Der sich drehende Motor enthält nur eine festgelegte Menge an Energie, und die Beschleunigung der Luft durch den Motor entzieht diese Energie. Hohe Drehzahlen bedeuten viel Energie, aber auch viel Luft, die beschleunigt wird, Vertrauen erzeugt, während der Motor herunterfährt, und somit Energie abtransportiert.
@Moo Eine andere Möglichkeit, den Lüfter schnell zu stoppen, besteht darin, den elektrischen Generator umgekehrt zu verwenden. Große Verkehrsstrahltriebwerke haben einen Generator, der die Kabine mit elektrischem Strom versorgt. Wenn ich mich nicht irre, ist es mechanisch einfach, diesen Vorgang umzukehren (nehmen Sie elektrische Energie, um die sich drehende Turbine zu bremsen). Aber dann ist die einzige Frage, woher Sie den Strom dafür nehmen (da wir nur die Motoren abstellen)?
@ DrZ214 Noch wichtiger als die Herkunft der Energie wäre, ob die Generatoren die Last unterstützen können - Sie können einen Generator nicht einfach in einen Motor verwandeln, da er für unterschiedliche Lasten ausgelegt ist und bereits elektrische Energie erzeugt dann ist regeneratives Bremsen aus, da es nichts hinzufügt. Denken Sie auch daran, dass möglicherweise nicht alle Motoren Generatoren haben.

Antworten (3)

Die einfache Antwort ist Rotationsträgheit . Sobald sich eine schwere Masse schnell dreht, neigt diese schwere Masse dazu, sich schnell weiter zu drehen, wenn nicht etwas anderes auf das Objekt einwirkt. Kolbenmotoren haben eine große Reibung zwischen den Kolbenwänden und den Kolben (wie sie die Explosion zurückhalten). Dies hilft ihnen, schneller zu verlangsamen als ein Jet, in dem die Turbine so konstruiert ist, dass sie dies problemlos handhaben kann. Daher sind die Gelenke sehr gut und sehr gut gemacht frei bewegen. Während das Abschneiden des Kraftstoffs verhindert, dass der Motor weiterhin Schub erzeugt, dreht sich die Turbine weiter, bis eine Kraft sie zum Stoppen bringt (eigentlich Widerstand und Reibung).

Strahltriebwerke haben einen geringen mechanischen Spielraum und arbeiten bei hohen Temperaturen. Das bedeutet, dass sich alle Komponenten bei Erwärmung über die mechanischen Grenzen hinaus ausdehnen. Das ist kein Problem, wenn sich alles kontrolliert ausdehnt und zusammenzieht. Dies mag kontraintuitiv sein, lässt sich aber leicht demonstrieren. Schneiden Sie ein kreisförmiges Loch in eine Metallplatte und erhitzen Sie die Platte. Das Loch wächst mit der gleichen Expansionsrate wie das umgebende Material.

Was passiert nun, wenn wir den Kraftstofffluss plötzlich stoppen? Die Druckerwärmung der in den Motor strömenden Luft hört nicht plötzlich auf, aber die gesamte durch den Motor strömende Luft kühlt ihn. Das bedeutet, dass die Turbine im Heck kühlt, da relativ kühle Luft durch sie strömt. Dies führt nicht nur zu thermischen Spannungen, sondern auch zum Schrumpfen der Turbine.

Wollen Sie damit sagen, dass selbst wenn der Gashebel auf Leerlauf gestellt wird, einige ECU weiterhin Kraftstoff in den Motor einspeisen, um ein schnelles Abkühlen zu vermeiden?

Grundsätzlich gilt, je mehr Gewicht das sich bewegende Objekt hat (in diesem Fall die Turbine), desto länger dauert es aufgrund der in einem sich bewegenden Objekt gespeicherten Energie, um langsamer zu werden. Dasselbe gilt für alle Objekte, die eine große Masse haben. In einem Auto gibt es das Schwungrad, das einen Teil der vom Motor erzeugten Energie speichert, damit ein kleiner Schluckauf in den Kolben das Drehen nicht unterbricht. Beim Düsentriebwerk hält die große Masse der Turbine auch die Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme auf einer konstanten Rate, so dass das Triebwerk keine "Rucke" an Leistung erzeugt, wenn die Drosselklappe geändert wird.

Dies ist der Anfang einer Antwort; kannst du das erweitern?
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