Insbesondere suche ich nach den Bereichen der Wissenschaft, die entwickelt werden müssten, damit der Herstellungsprozess von Strahltriebwerken für große Fertigungsunternehmen alltäglich wird.
Zum Kontext: Meine Welt ist relativ Low-Tech mit verstreuten Punkten der Industrialisierung ("High-Tech"). Welche Art von Industrialisierung wird vollständig davon bestimmt, welche Ebenen für die Herstellung von Strahltriebwerken (Turbofan, Turbojet, luftatmende Verbrennungsmotoren usw.) benötigt werden.
Dieses kleine Detail zu kennen, wird mir sehr helfen, meinen Weltenbauprozess voranzutreiben.
Die Geschichte der Dampfturbine ist 2000 Jahre alt, wenn man Heron's Aeolipile betrachtet.
https://en.wikipedia.org/wiki/Aeolipile
Was wird für Turbinentriebwerke im modernen Sinne benötigt?
Metallurgie: Um die Motoren leistungsfähiger zu machen, müssen die Komponenten hoher Hitze und Belastung standhalten.
Zahnräder: Turbinenmotoren wollen sehr schnell drehen, zu schnell, um sie direkt mit einem Propeller zu verbinden.
Maschinentechnik: Turbinenkomponenten und Getriebe erfordern eine hohe Fertigungspräzision.
Kraftstoff: Für eine luftatmende Turbine benötigen Sie einen flüssigen Kraftstoff wie Kerosin.
Auf welcher Ebene der Menschheitsgeschichte war das also möglich? Die moderne Dampfturbine wurde 1894 patentiert. Die Deutschen und Briten hatten 1937 luftatmende Turbinentriebwerke für Flugzeuge.
Wenn Sie nach einem sehr einfachen, aber nützlichen Strahltriebwerk (also kein Aeolipile) suchen, dann schauen Sie sich ventillose Pulsjets an . Sie sind ziemlich laut, haben eine kurze Lebensdauer und sind ziemlich ineffizient (etwa 700 s gegenüber 3000 s für einen guten Turbofan), aber sie sind extrem einfach herzustellen - Sie können einen in einer Garage ( oder auf dieser Seite ) wie Bedingungen herstellen, wenn Sie einige Bessemer-Stahlbleche haben und Schweißen, vielleicht können Sie eines herstellen, indem Sie Schmiedeeisen von Hand schmieden (niemand hat es versucht, aber ich denke, es könnte funktionieren).
Sie können an allem arbeiten, was funktioniert (sogar Kohlenstaub wurde versucht ). Ein verbreitetes Missverständnis über Pulsjets ist, dass sie im Ruhezustand nicht funktionieren - das tun sie, aber ein Start nur mit Pulsjet wäre sehr ineffizient.
Für weitere Details empfehle ich «The Enthusiast Guide to Pulsejet Engines» von Simpson Bruce.
Bei Düsentriebwerken gab es tatsächlich eine Vielzahl von Erfindungen, die zu überwinden waren:
Propellergetriebene Motoren waren in der gesamten Zeit vor dem 1. Weltkrieg wohlbekannt, aber ihre Grenzen in Bezug auf Leistung und damit Höhe und Geschwindigkeit waren wohlbekannt. Ironischerweise wurden die oben genannten Probleme vor und zu Beginn des Zweiten Weltkriegs sowohl von deutschen als auch von alliierten Forschern gelöst, so dass die ersten stabilen Strahltriebwerke kurz vor Kriegsende in Produktion gehen konnten.
Diese frühen Modelle experimentierten während des Krieges jedoch noch mit Turbofans, mit neuen Formen flüssiger Brennstoffe und neuen metallurgischen Techniken. Sicherheit war ein wichtiges Thema, da Ausfälle bei Strahltriebwerken durchaus üblich waren. Auch zu dieser Zeit hatten sie eine sehr begrenzte Reichweite.
Es würde Jahrzehnte dauern, all dies zu verfeinern, um nicht nur Militärs, sondern auch kommerziellen Betreibern Vertrauen zu geben, um eine Massenproduktion zu ermöglichen.
Denken Sie daran, dass der Motor nur ein Teil der für den Flug notwendigen Gleichung ist. Zum Beispiel wurde im Koreakrieg festgestellt, dass die US-Jets häufig abgeschossen wurden, weil sie keine gepfeilten Flügel hatten, was bei ihren MIG-Pendants (aus zufälligen Gründen) der Fall war. Kraftstoff und Reichweite waren ebenfalls ein wichtiges Thema, bis effizientere Bypass-Turbofans erfunden und Studien zur Aerodynamik perfektioniert wurden. Metallstress und Ermüdung für mehrere Flüge (sogar Dinge wie die gefährliche Entdeckung in Bezug auf quadratische Fenster) haben die Form von Flugzeugen und sogar die Wartung weiterentwickelt – deshalb sieht man jetzt viele Pod-Triebwerke, die unter den Flügeln montiert sind, da man auf sie zugreifen kann, um sie zu warten während Tri-Jets und hintere Pods schwieriger zu warten waren, weil sie höher waren.
Das Design von Verkehrsflugzeugen ist faszinierend – sie entwickeln sich im Laufe der Zeit durch Tausende kleiner Verbesserungen zu dem, was sie heute sind.
Ein Impulsstrahl kann mit sehr begrenzter Technologie hergestellt werden.
Wirklich: Bronzebearbeitung und Alkoholdestillation würden für ein minimal funktionierendes Modell ausreichen. Sehen Sie nur, wie leicht Colin Furze einen niederschlägt!
Aber Sie interessieren sich für Strahlturbinen , oder? Die rotierende Sorte?
Ihre Hauptanforderungen sind Metallurgie und genaue Bearbeitung für die Turbinenschaufeln und das gleiche für die Lager. Sie müssen in der Lage sein, eine Turbinenschaufel herzustellen, die sehr genau geformt ist, die einer Drehung mit hoher Drehzahl standhält, während sie Temperaturen von mindestens 850 ° C, vorzugsweise bis zu 1400 ° C + ausgesetzt wird. Und diese Temperatur wird durch die Verbrennung vermittelt, die direkt neben den Turbinenschaufeln stattfindet.
Die gesamte Kraft dieser sich drehenden Turbine muss um eine Achse gedreht werden, was natürlich Lager bedeutet. Lager, die erheblichen Temperaturen und Vibrationen standhalten können.
Und sowohl die Turbinenschaufeln als auch die Lager dürfen niemals ausfallen . Ein ausgefallenes Lager oder eine ausgefallene Turbinenschaufel in einem Turbofan-Triebwerk ist ein katastrophaler Ausfall, der das Triebwerk zumindest stoppt und wahrscheinlich zerstört. Möglicherweise nimmt er sein Flugzeug mit.
Es wäre praktisch, ein Getriebe zu haben, aber dies ist nicht unbedingt erforderlich, um einen funktionsfähigen Turbojet herzustellen. Es verbessert jedoch die Effizienz. Aber wenn Sie die Turbinenschaufeln herstellen können, sollte ein Getriebe einfach genug sein.
Um das Strahltriebwerk am Laufen zu halten, benötigen Sie eine energiegeladene, sehr reine und berechenbare Kraftstoffversorgung. Also eine petrochemische Industrie und alles was dazugehört. Aber die Anforderung ist weniger fortgeschritten als die für die Metallurgie.
Es gibt eine Menge anderer Technologien, die benötigt werden, aber auf viel reduziertem Niveau. Elektrische Steuerungen und Sensoren, Blechbearbeitung, Bearbeitung präziser Wellen usw.
Aber wenn Sie in der Lage sind, Turbinenschaufeln aus Metall herzustellen, sind Sie mehr als fähig, die einfacheren Metallarbeiten im Rest des Triebwerks auszuführen. Und der Rest des Flugzeugs übrigens. Der Turbojet ist bei weitem der technologisch anspruchsvollste Teil eines Düsenflugzeugs, und die Turbinenschaufeln sind bei weitem der anspruchsvollste Aspekt des Triebwerks.
Andon
Thukydides
Katgut
Robbie Goodwin