Was treibt und / oder ermöglicht den Wechsel zu Turbofans mit höherem Bypass bei Jetlinern?

Hinweis: Ich bin keineswegs ein Experte auf irgendetwas davon, ich bin nur neugierig.

Es scheint einen allgemeinen Trend zu immer höheren Bypass-Verhältnissen bei Triebwerken für Verkehrsflugzeuge zu geben. (Ich denke hier an Flugzeuge der Größe 737/A320 und größer.)

Ich verstehe, warum dies geschieht (Kraftstoffeffizienz und Lärm). Aber was hat das seltsame Tempo der Entwicklung diktiert?

Es gab offensichtlich schon früh einen Drang in Richtung einer höheren Umgehungsstraße. Beispielsweise liefen 1962 eingeführte P&W JT8D-Motoren mit 0,96:1, während - nur wenige Jahre später, 1966 - der JT9D mit 5:1 lief. Ein ziemlicher Sprung.

Aber dann scheint es mir, dass es sich 25 Jahre lang bei 5-6:1 eingependelt hat. Der nächste große Sprung scheint das GE90 zu sein, bei dem 9:1 läuft. Das war 1992 und dann hat es sich für ein paar Jahrzehnte wieder weitgehend bei 9-10:1 eingependelt. Der neueste (kleinere) Sprung scheint der PW1000G bei 12:1 zu sein.

Was hat solche plötzlichen Sprünge und Plateaus verursacht? Warum gab es auch keinen lineareren Verlauf von den 1960er Jahren bis heute? Oder ein viel schnelleres Fortschreiten in Richtung der Verhältnisse, die wir heute sehen? Sie sind offensichtlich wünschenswert.

Ich kann mir gut vorstellen, dass P&W-Ingenieure Mitte der 1960er Jahre den JT9D betrachteten und dachten: "Nun, wir sind in einem Rutsch von 1:1 auf 5:1 gekommen. Lass uns als nächstes 10:1 machen!". Aber das ist nicht passiert. Es scheint, dass ihr nächstes großes Flugzeugtriebwerk das PW2000 war – ganze 20 Jahre später – mit 6:1.

  • Lag es an technischen/herstellungstechnischen Einschränkungen?
  • Hat sich der Schwerpunkt auf bestimmte Leistungsmerkmale verschoben? B. dauerhafter auf Sparsamkeit statt Geschwindigkeit setzen.
  • Ist es einfach so, dass sich die Flotten um bestimmte Flugzeuge herum stabilisiert haben und lange Zeit keine neuen Triebwerke benötigt / gewollt wurden?

Der letzte Punkt scheint sehr plausibel. Trotzdem haben die 747-8, 737-MAX und A320neo, obwohl sie in Größe und Rolle mit ihren Vorfahren vergleichbar sind, plötzliche Sprünge von 5-6: 1- auf 10-12: 1-Motoren gemacht. Das fühlt sich an wie etwas, das möglicherweise früher oder allmählicher hätte passieren können.

Natürlich weiß ich, dass das Bypass-Verhältnis nicht die einzige interessante Metrik für einen Motor ist, aber es ist selbst für das ungeübte Auge eine wahrnehmbare; Motoren werden einfach immer größer. Aber das ist auch der Grund, warum ich nach dem Tempo der Entwicklung frage, da "den Lüfter größer zu machen" ein naheliegender Schritt zu sein scheint (ich weiß, dass da noch mehr dahintersteckt). Es scheint auch etwas zu sein, das eher allmählich als in Schüben passieren würde.

Auch hier bin ich kein Experte, ich habe nur gegoogelt. Aber vielleicht habe ich etwas grundlegendes übersehen.

Ihre Aussage zum P&W JT8D lässt mich an meinem Verständnis des Bypass-Verhältnisses zweifeln. Wie kann es <1:1 sein?
Und ich frage mich auch, warum '@Flambino' am Anfang meines Kommentars immer wieder verschwindet ... Muss eine Eigenart der iPad-App sein, mit der ich arbeite.
@RobVermeulen How can it be <1:1?Wenn mehr Luft durch den Kern geht als um ihn herum. Bei einem 5:1-Motor strömt beispielsweise fünfmal so viel Luft um den Kern herum (umgeht ihn), wie durch ihn hindurchgeht. Bei einem 0,2:1-Motor wäre es umgekehrt: Fünfmal so viel Luft durch , wie umhergeht. Und: Es ist nicht Ihr iPad. Da Sie meine Frage kommentieren, ist der @flambinoTeil impliziert: Ich sehe Ihren Kommentar automatisch. Sie benötigen das @ nur, wenn Ihr Kommentar an jemand anderen als den Eigentümer des Beitrags gerichtet ist.
Danke Flambino, dass du mich gleich bei zwei Themen klüger gemacht hast! Ich habe nicht bemerkt, dass offensichtlich immer Luft den Kern umgeht und dass dies Teil der Verhältnisberechnung ist.

Antworten (1)

Zur Orientierung schauen Sie sich die Entwicklung des Ölpreises an:

Historisches Ölpreisdiagramm

Historisches Ölpreisdiagramm ( Quelle )

Während die erste Entwicklung in den 5:1-Bereich vor der ersten Ölkrise (1973) erfolgte und durch Kraftstoffeinsparung, bessere Reichweite und geringeren Flughafenlärm vorangetrieben wurde, wurde der nächste Schritt durch die zweite Krise Anfang der 1980er Jahre eingeleitet. Es dauerte ein Jahrzehnt, um die Motoren und die Flugzeuge zu entwickeln, die dazu passen konnten, so dass die Kombination Boeing 777 - GE90 1995 in einer Zeit fallender Ölpreise auf den Markt kam.

Die nächste Runde wurde erst nach der US-Invasion im Irak eingeläutet, die die Ölpreise ab 2003 in die Höhe schnellen ließ. Wiederum dauerte es ein Jahrzehnt, bis die Triebwerke verfügbar wurden, aber jetzt ist die Vergrößerung des Durchmessers weniger dramatisch und bestehende Designs können damit ausgestattet werden ( A320neo , 737MAX ).

Vor den frühen 1960er Jahren konnte das Nebenstromverhältnis nicht mehr wachsen, weil

  • Strahltriebwerke wurden für Militärflugzeuge entwickelt, wobei mehr Wert auf Höchstgeschwindigkeit als auf Effizienz gelegt wurde. Verkehrsflugzeuge verwendeten, was verfügbar war (beachten Sie, dass die Convair 880 von einer vereinfachten, nicht nachbrennenden Version der J-79 angetrieben wurde, die die F-104 Starfighter , die F-4 Phantom II und die B-58 Hustler antrieb ).
  • frühe Verkehrsflugzeuge ( De Havilland Comet , Tupolev 104 ) hatten ihre Triebwerke in den Flügelwurzeln, sodass wenig Platz für ein erhöhtes Nebenstromverhältnis zur Verfügung stand. Als Rolls-Royce das erste Turbofan-Triebwerk, den Conway , entwickelte, begrenzten sie das Bypass-Verhältnis auf 0,25, damit es in den Comet und den HP Victor -Bomber passte, der seine Triebwerke ebenfalls in den Flügelwurzeln hatte.

Die erste Ölkrise von 1973 startete die Entwicklung des unducted Propfan (UDF)-Motors, der durch Geräuschprobleme gebremst wurde. Auch hier dauerte es etwa ein Jahrzehnt, bis es in die Luft gehen konnte.

GE36 UDF-Motor im MD-81 eingebaut

GE36 UDF-Motor im MD-81 ( Bildquelle )

Die Entwicklung eines neuen Triebwerks dauert länger als die eines Flugzeugs, daher war jedes Mal ein großer Schub erforderlich, ausgelöst durch einen erheblichen Anstieg der Ölpreise, um die Entwicklung einer neuen Generation mit deutlich höherem Nebenstromverhältnis zu starten. Sobald die Motortechnologie fertig und zertifiziert war, würde sie schnell in viele Modelle integriert werden, da der bessere Kraftstoffverbrauch alle zum Upgrade zwingen würde.

Natürlich ist der Ölpreis eine Grundursache, aber ich hatte die Entwicklungszeit nicht berücksichtigt. Macht sicherlich Sinn. Ebenso der Teil über Motoren, die sich aus militärischen Anwendungen entwickeln, und ihre Platzierung im Flugzeug. Trotzdem finde ich es lustig, dass es keine kontinuierlichere Entwicklung hin zu höheren Bypass-Motoren gegeben hat, da eine bessere Kraftstoffeffizienz und ein geringeres Geräusch unabhängig von den Ölpreisen nach einer Win-Win-Situation klingen. Obwohl ich denke, dass dies leider auch für Autos gilt.
@Flambino: Ja, es ist eine Win-Win-Situation, aber die Hersteller mussten erst die Hürde überwinden, um mit der Entwicklung zu beginnen. Dies erforderte den Schmerz viel höherer Ölpreise. Sobald die Triebwerke verfügbar waren, mussten alle neuen Flugzeuge sie verwenden, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Deshalb hast du fast keine Bewegung und dann einen plötzlichen Sprung.
Nochmals: Macht sehr viel Sinn. Ich kann einfach nicht anders, als es für ein seltsames wirtschaftliches Artefakt zu halten, dass Triebwerkshersteller und / oder Flugzeughersteller gelegentlich inkrementelle Änderungen nicht selbst vornehmen würden. Ich glaube, der Geschäftsbegriff ist "proaktiv". Sicher, wenn Kunden aufgrund der Ölpreise eine bessere Kraftstoffeffizienz fordern , wird dies geschehen, aber ich könnte auch Unternehmen sehen, die sich regelmäßiger übertreffen, anstatt wie bisher im Gleichschritt zu bleiben.
@Flambino: Lies Dilbert und es sollte alles klar werden. Alle beteiligten Unternehmen werden von Managern geführt, nicht von weitsichtigen Visionären.
Es ist so schlimm, huh? Ja, ich denke schon. Es ist ein lustiger Kontrast zu anderen Branchen, in denen Unternehmen routinemäßig in (oft lächerliche) Wettbewerbe für Dinge verfallen, nach denen Kunden nicht wirklich gefragt haben (z. B. 4K-Fernseher, wenn es wenig bis gar keine Inhalte für sie gibt). Auch nicht gerade visionäres Zeug, aber irgendwie das gegenteilige Ergebnis.
Es gibt auch ein Element der Tatsache, dass Sie, wenn Sie gerade auf eine 5: 1-Engine aufgerüstet haben, es wahrscheinlich nicht eilig haben, diese ein Jahr später gegen eine 6: 1-Engine auszutauschen, da das Kosten-Nutzen-Verhältnis nicht stimmt hoch. Das 5 Jahre später gegen ein 9:1 einzutauschen, ist jedoch eine andere Geschichte, da Sie mehr Nutzen erzielen und näher an der Zeit sind, in der Sie es sowieso ersetzen müssten (dh weniger versunkene Kosten).
@JonStory Oh, sicherlich (obwohl es eher 25 Jahre zwischen den Swaps sind). Das war meine eigene Theorie dazu; die Träger, die an bestimmten Modellen von Flugzeugen und Triebwerken festhalten und so die Entwicklung (oder deren Fehlen) diktieren. Macht Sinn für die Spediteure. Aber es gibt viele Fluggesellschaften – zumindest seit den 1980er Jahren – selbst wenn Fluggesellschaft A für die nächsten zehn Jahre an ihrer Flotte von 5:1-Motoren festhalten wird, könnte Fluggesellschaft B auf dem Markt für glänzende neue Flugzeuge sein. Man könnte also meinen, es gäbe einen Markt für einen 6:1-Motor, dann für einen 7:1 und so weiter. Stattdessen kauft jeder 25 Jahre lang das gleiche Zeug – oder länger.
@Flambino: Bei Konsumgütern wie 4k-Fernsehern ist es nicht unbedingt wichtig, dass jemand danach gefragt hat. Solange es cool und prestigeträchtig klingt, werden einige Leute davon überzeugt sein , dass sie es wollen, nur weil es verfügbar ist, auch wenn es nicht wirklich Sinn macht. Daher bedeutet das Anbieten solcher Produkte einen sofortigen finanziellen Gewinn für Fernsehhersteller etc.. OTOH, wenn Ihre Kunden Unternehmen wie Fluggesellschaften sind, wird jeder Aufwand gründlich auf seine wirtschaftliche Sinnhaftigkeit geprüft.
@leftaroundabout Oh, ich weiß, dass das 4K-TV-Ding aus einer Vielzahl von Gründen kein guter Vergleich ist. Aber ich finde den Kontrast trotzdem komisch. Für die Unterhaltungselektronik gilt: „Erfinden ist die Mutter der Not“, und irgendjemand wird immer das Neueste kaufen, ob es Sinn macht oder nicht. Und für die Airline-Welt ist es genau umgekehrt – extrem. Es scheint, als würde jeder gerne öfter neue Motoren bauen/kaufen, aber es ist stattdessen nur eine Pattsituation, bei der sich beide Seiten jahrzehntelang mit denselben Dingen zufrieden geben, bis etwas anderes kommt, um die Pattsituation zu durchbrechen.
@Flambino: Das bewährte Zeug funktioniert. Wenn Sie einen neuen Weg gehen, müssen Sie das neue Gerät zertifizieren und von einer skeptischen Belegschaft akzeptieren lassen. Wenn Sicherheit zählt, Oh ... glänzend! wird nicht reichen.
Diese UDF ist eine gemein aussehende Engine.
Die Flügelwurzeln des Comet waren eigentlich kein Designproblem für den Rolls-Royce Conway, da der von Conway angetriebene Comet (der Comet 5) statt der vergrabenen Motoren des Comet 1-4 Motoren mit Pods haben sollte.
@ Sean Als die Conway-Entwicklung begann, war der Comet 5 noch weit in der Zukunft. Rolls-Royce konnte nicht ahnen, was DeHavilland ein Jahrzehnt später planen würde. Außerdem war der Victor ebenso ein Grund, das Bypass-Verhältnis niedrig zu halten, und es wurde nie eine Version des Victor mit Pod-Motor gestartet.
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