Welche Auswirkungen hat eine Höhenzunahme auf das ESHP eines Turboprop-Triebwerks?

Das ist eine der Fragen im ATP-Material:

Welche Auswirkung hat eine Erhöhung der Höhe auf die verfügbare Äquivalentwellenleistung (ESPH) eines Turboprop-Triebwerks?

A) Niedrigere Luftdichte und Motorströmung führen zu einer Verringerung der Leistung.
B) Höhere Propellereffizienz führt zu einer Erhöhung der nutzbaren Leistung (ESHP) und des Schubs.
C) Die Leistung bleibt gleich, aber die Propellereffizienz nimmt ab

Ich habe (C) gewählt, aber die richtige Antwort war (A). Könnte jemand erklären, warum? Ist es nicht der ganze Zweck eines Motors mit Turbolader, die Motorleistung in großer Höhe (unterhalb der kritischen Höhe) aufrechtzuerhalten? Warum führt eine geringere Dichte in großer Höhe zu einem Leistungsabfall?

Antworten (3)

Sie haben einen Turboprop-Motor mit einem Turbomotor verwechselt. Sie sind sehr unterschiedlich und haben sehr wenig gemeinsam.

Ein Turboprop-Triebwerk wird von einem Turbinentriebwerk angetrieben, das mit einem Propeller verbunden ist. Turbinentriebwerke haben in größerer Höhe weniger Leistung zur Verfügung, daher ist die Antwort "A" richtig.

Ein Turbomotor ist ein Kolbenmotor, der mit einem kleinen Kompressor ausgestattet ist, der vom Abgasdruck angetrieben wird. Der Kompressor (Turbolader) kann den Krümmerdruck erhöhen, um die Leistung auf Meereshöhe in der Höhe wiederherzustellen. (Turbo-normalisiert) Ein Turbolader kann für mehr Leistung auch einen Ladedruck von mehr als dem Meeresspiegel liefern. (turboaufgeladen)

Beide Arten von turbogeladenen Kolbenmotoren können beim Steigen die volle Nennleistung aufrechterhalten, erreichen jedoch irgendwann eine Grenze, an der die volle Leistung nicht mehr aufrechterhalten werden kann.

Okay, ich habe vielleicht den Turboprop mit dem Turbolader verwechselt, aber hat der Turboprop nicht auch einen Kompressor im Motorsystem? Wenn ja, kann es den Luftdruck, der in der Höhe in die Turbine strömt, nicht aufrechterhalten?
Der Kompressor komprimiert mit einem bestimmten Verhältnis, sagen wir 9:1. Luft verlässt den Kompressor mit dem 9-fachen Druck, mit dem sie eingetreten ist, in größerer Höhe ist der Eingangsdruck niedriger und damit auch der Ausgangsdruck.
@Koyovis Wenn Sie in Ihrem Kommentar den Kompressor sagen, ist er auf den Kompressor von Turboprops beschränkt oder schließt er den von Turboladern ein?
Ich bezog mich auf den Turbinenkompressor. Der Turbolader hat eine Anordnung, bei der eine Turbine im Gasauslass einen Ansaugluftkompressor antreibt, der tatsächlich einer Turbinenkompressoranordnung sehr ähnlich ist. Ein "turbonormalisierter" Turbolader behält die PS-Leistung auf Meereshöhe bei, wenn er größere Höhen erreicht.
@lemonincider, eigentlich sind Turboprop- und Turbomotoren sehr ähnlich und haben fast alles gemeinsam. Beide (und auch Saugmotoren) sind durch die Luftdichte begrenzt und ihre Leistung nimmt mit der Höhe ab. Alle Arten von Motoren sind jedoch auch durch andere Faktoren begrenzt – maximaler Druck und Temperatur, denen der Motor standhalten kann – wenn die Dichte über einem bestimmten Wert liegt, also unter der entsprechenden Höhe, haben sie eine konstante Leistung (sind „flach bewertet“). Der einzige Unterschied ist die typische Höhe, auf die verschiedene Arten pauschal bewertet werden.
@MikeSowsun, nein, der Kompressor eines Turbinentriebwerks verliert mit zunehmender Höhe nicht an Effizienz . Es liefert immer noch das gleiche Druckverhältnis , genau wie ein Kolbenkompressor (in einem Kolbenmotor). Da es sich aber um ein Verhältnis handelt, bedeutet die halbe Dichte im Ansaugtrakt immer noch die halbe Arbeitsgasmasse im Brennraum und das begrenzt die Leistung. Ein Verlust an Effizienz würde bedeuten, dass dem Abgas mehr Energie entzogen werden müsste (höheres Druckverhältnis über die Turbine), um dem Einlass dieselbe Energie zuzuführen (gleiches Verhältnis über den Kompressor), aber das ist nicht der Fall.

Weil die Leistung eines Turboprop-Triebwerks, wie jedes anderen Luftkreislauf-Wärmemotors, direkt proportional zur Dichte der Luft ist, die sich durch das Triebwerk bewegt. Dichtere Luft bedeutet, dass mehr Arbeitsflüssigkeit und eine größere Energiemenge daraus gewonnen werden kann, indem sie mit Kraftstoff verbrannt wird. Mit zunehmender Höhe wird die Luftdichte geringer und die Arbeitsmenge, die aus einem gegebenen Luftvolumenstrom erhalten werden kann, wird immer geringer, je höher Sie aufsteigen. Dies senkt auch die äquivalente Wellenleistung, die man aus dem Turboprop-Motor erhalten kann, da es sowohl die Wellenleistung zum Propeller als auch den zusätzlichen Schub aus dem Auspuff reduziert.

Hersteller von Turboprop-Triebwerken kompensieren dies manchmal, indem sie das Turboprop-Triebwerk pauschal bewerten. Das heißt, die Kraftstoffsteuereinheit für den Turboprop stellt die Menge an Ausgangsleistung ein, die der Motor erzeugen wird. Der Gaskern des Turboprops kann auf Meereshöhe oder in geringeren Höhen möglicherweise viel mehr Leistung erzeugen, als Sie mit einem Vollgasbefehl aus dem Cockpit erhalten können. Die maximale Leistung, die der Gaskern eines Turboprops mit flacher Nennleistung auf Meereshöhe bei Standardatmosphäre erzeugen kann, wird als thermodynamische Nennleistung des Triebwerks bezeichnet. Ein Triebwerk mit flacher Nennleistung wird weiterhin eine gleichmäßige Leistungsabgabe erzeugen, wenn das Flugzeug weiter steigt, bis die Nennleistungsabgabe mit flacher Nennleistung gleich der thermodynamischen Leistungsabgabe des Triebwerks auf der aktuellen Flughöhe ist. Steigt das Flugzeug weiter, wird der Motor

Das Turboprop-Triebwerk erzeugt in der Höhe weniger Leistung, weil der Massenstrom durch das Triebwerk kleiner ist: Es ist weniger Luft vorhanden. Der turbogeladene Kolbenmotor erzeugt auch in der Höhe weniger Leistung, da weniger Luft in den Zylinder gelangt. Beide haben einen Kompressor, und einige Auswirkungen der Höhe auf die Stromerzeugung sind zwar ähnlich, aber die Konstruktionsbedingungen unterscheiden sich aufgrund des großen Unterscheidungsmerkmals: Gewicht.

Das Gewicht eines Turboprop-Motors nimmt in Abhängigkeit von der maximalen Leistung auf Meereshöhe viel weniger zu als das eines Kolbenmotors. Der Turboprop kann für Reisebedingungen ausgelegt sein und den Leistungsüberschuss auf Meereshöhe wie folgt nutzen:

  • ein Bonus, so dass auf Meereshöhe viel mehr Leistung zur Verfügung steht und die Leistungsabgabe mit der Höhe allmählich abnimmt;
  • eine Haftung für das Getriebe, so dass Leistungsbegrenzungen bei geringerer Höhe von der FADEC angewendet werden.

Wenn derselbe Ansatz für einen Kolbenmotor verfolgt würde, wäre der Gewichtsnachteil viel höher als für den Turbinenmotor. Kolbenmotoren sind also auf maximale Leistung auf Meereshöhe ausgelegt, und diese Leistung wird mit zunehmender Höhe so lange wie möglich gehalten, indem mehr Luft durch den Super/Turbolader gepumpt wird.

Beachten Sie, dass der Turboprop mit reduzierter Leistung und der aufgeladene Kolben sehr ähnliche Eigenschaften haben, beide liefern mit zunehmender Höhe eine konstante Leistung bis zum kritischen Luftdruck ...

Der Gewichtsvorteil von Turboprops gegenüber Kolbenmotoren wurde in den 1960er Jahren durch den Umbau der Cessna Skymaster zum Conroy Stolifter demonstriert: Die beiden Skymaster-Kolbenmotoren leisteten 155 PS weniger und wogen 117 kg mehr als das einzelne TPE-311-Turbinentriebwerk, das sie ersetzte .

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