Warum soll der Schub für ein Strahltriebwerk über der Geschwindigkeit konstant sein?

Ich interessiere mich nur für einige grundlegende Fakten zum Fliegen. Beim Lesen des eher "low level" Buches "Understanding Flight, David F. Anderson, Scott Eberhardt) bin ich neulich auf folgendes Diagramm gestoßen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Warum ist der Schub bei einem Düsentriebwerk ungefähr konstant mit der Geschwindigkeit? In meinem Kopf vermischt sich alles wie folgt:

Schub ist ca F T = M ˙ ( v G A S v A ) , wobei die Geschwindigkeiten die Austrittsgeschwindigkeit an der Düse bzw. die wahre Fluggeschwindigkeit sind.

https://en.wikipedia.org/wiki/Turbojet#Net_thrust

Es gibt also wirklich viele Parameter. Welche davon werden im rechten Diagramm als konstant angenommen und welche ändern sich? Ohne diese Informationen erscheint mir das Diagramm bedeutungslos. Für meine naive Meinung wird eine Schubänderung durch Verändern des Schubhebels und damit einer Veränderung des Brennstoffinhalts im Brennraum gesteuert. Nehmen wir an, der Hebel ist am Maximum oder an einer festen Position (was auch immer das bedeutet). Dann wird während der Geschwindigkeit der Faktor erhöht v G A S v A kleiner wird, vorausgesetzt die Austrittsgeschwindigkeit ist konstant.

Um also immer noch den gleichen Schub zu haben, gibt es drei Möglichkeiten:

  • Austrittsgeschwindigkeit steigt
  • Massenstrom steigt
  • beide nehmen zu

Ich kann mir vorstellen, dass der Massenstrom "irgendwie" mit der Fluggeschwindigkeit zunimmt (bei konstanter Kraftstoffeinspritzung), sodass der Geschwindigkeitsfaktor möglicherweise aufgehoben wird. .Aber ist das die ganze Geschichte? Warum wird komplett storniert?

Beim Schreiben dieser Frage stellt sich eine weitere Frage:

Betrachtet man einen idealen Motor ohne Verluste, ist die Gesamtleistung

P T Ö T = 1 2 M ˙ ( v G A S 2 v A 2 ) = 1 2 M ˙ ( v G A S v A ) ( v G A S + v A ) = F T 2 ( v G A S + v A )

Nehmen wir an, der Leistungshebel befindet sich in einer festen Position. Ist diese Position ein Indikator für die Gesamtleistung des Motors? Mit anderen Worten: Ist die Gesamtleistung des Motors konstant, wenn sich der Hebel in einer festen Position befindet? Ich frage, weil diese Formel bei der Annahme eines konstanten Schubs bedeuten würde, dass die Gesamtleistung (sowie die Vortriebsleistung) ebenfalls zunehmen muss, da bei höherer TAS des Flugzeugs die Gasaustrittsgeschwindigkeit (nach meinem schlechten Verständnis) eher zunehmen würde, anstatt verringern. Was passiert also, wenn sich der Schubhebel in einer festen Position befindet? Könnte es sein, dass ein Gouverneur dahinter steckt, der die Kontrolle über den Schub übernimmt? In diesem Fall hat das rechte Bild überhaupt keine Bedeutung, da der Regler bei zunehmender TAS automatisch mehr Kraftstoff einspritzt.

Es gibt so viele Fragen und eigentlich nichts zu verstehen...

Massenstrom und Austrittsgeschwindigkeit mit zunehmender Fluggeschwindigkeit hat für mich Sinn gemacht.
ja, das ist genau das was ich verlange.

Antworten (1)

Es gibt mehrere Effekte, die in Kombination einen konstanten Schub bei Unterschallgeschwindigkeit zu einer guten Annäherung machen.

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 Propeller, falls vorhanden) austretenden Luft, abgeleitet nach der Zeit. Da dieser Impuls das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit ist, können Sie entweder eine große Masse durch einen kleinen Geschwindigkeitsunterschied beschleunigen, wie es ein Propeller tut, oder eine kleine Masse durch einen großen Geschwindigkeitsunterschied, wie es ein Turbojet tut.

Beim schnelleren Fliegen wird der Eintrittsimpuls eines Propellers 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.

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 Staueffekt , der hilft, die in den Motor eintretende Luft vorzukomprimieren. Bei Unterschallgeschwindigkeit kompensiert dies gerade noch den Schubverlust: Bei niedriger Geschwindigkeit lässt der wachsende Eintrittsimpuls den Schub etwas abfallen, bei höherer Unterschallgeschwindigkeit wird der Staueffekt größer und erhöht den Schub wieder, sodass aus einem konstanten Schub ein Gut wird Annäherung. Bei Überschallgeschwindigkeit wird jedoch der Staueffekt dominant und der Schub wächst mit der Geschwindigkeit im Quadrat – bis der absolute Innendruck zu hoch wird, sodass das Triebwerk gedrosselt werden muss (oder das Flugzeug höher fliegen muss).) oder die Stoßverluste im Ansaugtrakt werden zu groß und der Schub fällt wieder ab.