Was ist die Höchstgeschwindigkeit aller Stufen eines Tubojet-Triebwerks mit Getriebebypass?

Die maximale Rotationsgeschwindigkeit von Turbofan-Schaufeln folgt aus Kompressibilitätseffekten, ebenso wie die von Hubschrauberrotoren und Propellern.

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Bei den meisten Turbofans mit hohem Bypass können die Lüfterspitzen leichte Überschallgeschwindigkeit erreichen. Ein Rolls-Royce-Ingenieur auf der Singapore Airshow erwähnte Mach 1,05 für die Lüfterspitzen, deshalb haben die Blätter nach hinten gekehrte Spitzenformen.

Alle anderen Stufen sind so ausgelegt, dass die Blattspitzengeschwindigkeit Unterschall bleibt: Kompressibilitätseffekte führen zu einem Anstieg des Blattwiderstands, bevor die Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Es fällt dann wieder ab, aber:

• Es gibt einen großen Bereich mit hohem Luftwiderstand, der überwunden werden muss, wo das Drehmoment auf die Kompressibilität reduziert wird, ohne an Schub zu gewinnen.
• Die Blattwurzelspannung ist proportional zum Quadrat der Drehzahl, und es ist am besten, im Unterschallbereich zu bleiben.

Für die Schaufeln in allen Stufen des Turbofans sind drei Hauptkonstruktionsüberlegungen:

• Schreibgeschwindigkeit;
• Klingenmasse;
• Betriebstemperatur.

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Die Blattdrehzahl ergibt sich aus dem Blattradius und der Spitzengeschwindigkeitsgrenze. Für den Lüfter ist ein langsam drehendes langes Blatt am besten, da es genau wie ein Rotor oder Propeller funktioniert. Die Verdichterschaufeln werden aufgrund der geringeren zu verdichtenden Luftmenge in jeder Stufe kleiner, die Turbinenschaufeln kehren diesen Trend um. Die Rotationsgeschwindigkeit der Verdichter- und Turbinenstufen wird so gewählt, dass die Spitzengeschwindigkeiten unter dem Kompressibilitätswiderstand bleiben, wie mündlich von einem Rolls-Royce-Ingenieur bestätigt wurde.

Der Vorteil der Verzahnung zeigt sich in der Form des Triebwerks: Die Niederdruckturbinenschaufeln haben einen kleineren Radius als die Fanschaufeln, ein Triebwerk ohne Getriebe würde die LP-Turbine zu langsam drehen. Bei einem Getriebefan bleibt die Spitzengeschwindigkeit des Bläsers ungefähr gleich, aber die Drehzahl der LP-Turbine wird auf einen höheren Wert gebracht. Unten Schleppabstandszahl für die heißen Abgase.

Eine Frage zur Effizienz ist sehr schwer zu beantworten.

Hier ist der Grund: Es ist nicht ganz klar, welche Effizienz Sie meinen.
Nehmen wir an, Sie sprechen von einem isentropen Wirkungsgrad von Turbine und Verdichter. Dann dreht der effizienteste Kompressor eher langsam und hat eine hohe Stufenzahl. Die effizienteste Turbine wird sehr schnell drehen, die Stufenzahl wird höchstwahrscheinlich auch steigen (keine Zahlen hier, dieser Abschnitt soll ein allgemeines Gefühl dafür bekommen).

Aber nicht nur die Effizienz prägt heutige Motoren, sondern auch die Gesamtbetriebskosten oder Lebenszykluskosten . Mehr Stufen führen zu höheren Materialkosten und auch zu einem erhöhten Wartungsaufwand. Der Motor kann schwerer sein, was Einfluss auf die Flügelstruktur usw. hat.

Aus diesem Grund werden die Designteams in der Designphase eines Strahltriebwerks Handelsstudien durchführen , um ein pareto-optimales Design zu finden, das so viele Anforderungen wie möglich erfüllt.

Aber niedrige TCO ist nur ein Ziel, ein weiteres ist die Gewährleistung eines großen Betriebsbereichs. Das bedeutet, dass der Motor unter unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit ähnlicher Effizienz arbeiten soll.

Das heißt, um Ihre Frage angemessen zu beantworten, müssen Sie einige Zahlen hinzufügen, wie z. B. Druckverhältnis und / oder Schub und / oder Gewicht und / oder Größe und / oder Kosten. Diese Randbedingungen erlauben es dann, Ihre Frage zu beantworten.

Eine Studie von Lingen Chen et al. geht Ihrer Frage in Bezug auf die Auslegung von Axialverdichtern nach. Aber alle Ergebnisse sind dimensionslos. Um einen numerischen Wert für Ihre Frage zu erhalten, müssen Sie zuerst einen numerischen Wert eingeben.