Was sind typische Drehzahlwerte für Luftfahrtturbinen?

Zunächst einmal: Bei vielen Flugzeugtriebwerken gibt es nicht die eine Drehzahl. Große Propellermotoren haben ein Untersetzungsgetriebe, sodass der Propeller mit einer niedrigeren Drehzahl läuft als der Kernmotor, und Mehrspulenturbinen haben einen inneren Hochdruckabschnitt mit höheren Drehzahlen als die äußeren Niederdruckteile sowohl des Kompressors als auch des Kompressors die Turbine. Nehmen Sie zum Beispiel den Progress D-27 Turboprop: Er hat drei Spulen und ein Untersetzungsgetriebe, sodass seine Komponenten mit vier verschiedenen Geschwindigkeiten laufen.

Generell gilt: Je größer der Durchmesser, desto geringer die typische Drehzahl. Lüfter- und Propellerblätter sollten mit einem hohen dynamischen Druck laufen, aber immer noch mit Unterschallgeschwindigkeit, um die höheren Verluste zu vermeiden, die mit einer Überschallströmung verbunden sind. Da die Spitze der Teil mit der höchsten Geschwindigkeit ist und Propeller einen größeren Durchmesser als Lüfter haben, laufen Propeller mit niedrigeren Geschwindigkeiten. Außerdem macht ihr größerer Durchmesser Propeller effizienter . Je mehr Luftmasse an der Schuberzeugung beteiligt ist, desto höher ist die Vortriebseffizienz. Propeller in langsam fliegenden elektrischen oder von Menschenhand angetriebenen Flugzeugen laufen mit nur Hunderten von Umdrehungen pro Minute, weit unter der Geschwindigkeit, bei der sich ihre Spitzen Mach 1 nähern würden, um so viel wie möglich von der begrenzten Leistung in Schub umzuwandeln.

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit es zulässt, laufen Kerntriebwerksteile mit der höchstmöglichen Drehzahl, denn je schneller eine Turbine oder ein Kolbenmotor läuft, desto mehr Leistung wird sie für eine bestimmte Größe erzeugen. Daher laufen Kerntriebwerke gleicher Größe unabhängig von ihrem Typ, ihren Bypass-Verhältnissen oder ihrer Verwendung mit der gleichen Drehzahl. Nur stationäre Gasturbinen zur Stromerzeugung könnten etwas langsamer laufen als ihre flugzeugmontierten Geschwister, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

Der Hochdruckkompressor und die Turbinen eines Verkehrsflugzeugtriebwerks laufen mit über zehntausend Umdrehungen pro Minute, während der Propeller eines großen Turboprop-Triebwerks mit etwa 1700 bis 2200 Umdrehungen pro Minute laufen möchte, und im Fall des NK-12 des Tu-95 die Propeller laufen mit nur 750 U/min . Sowohl der Fan als auch der Propeller werden von separaten Niederdruckturbinen angetrieben. Lüfter und Niederdruckkompressor eines großen Verkehrsflugzeugtriebwerks laufen mit 2500 bis 4000 U/min, die Turbine des PT-6 , eines klassischen Turboprop-Triebwerks, mit 30.000 U/min. Da Leistung Drehmoment mal Drehzahl ist, ist eine schneller laufende Welle leichter als eine mit niedriger Drehzahl, sodass die Drehzahl nur direkt an der Propellerhalterung reduziert wird.

Die optimale Drehzahl eines Lüfters liegt zwischen der des Kompressors und der des Propellers und würde idealerweise auch ein Getriebe benötigen , aber hier ist die übertragene Leistung so hoch, dass ein kompaktes Getriebe schwer zu konstruieren ist. Selbst wenn es mit einem Wirkungsgrad von 98 % läuft, wird es im Falle eines großen Verkehrsflugzeugtriebwerks Abwärme in der Größenordnung von mehreren hundert Kilowatt erzeugen. Einige kleine Triebwerke mit nur einer Turbine verwenden bereits Getriebe (z. B. das Lycoming ALF507 ), und jetzt führt die nächste Generation effizienter Fan-Triebwerke ebenfalls Getriebe ein. Aber bisher haben es die meisten Motordesigns vorgezogen, den Lüfter schneller als ideal laufen zu lassen. Beachten Sie, dass die Spitzengeschwindigkeit eines modernen Lüfters ohne Getriebe bereits deutlich über Mach 1 liegt.