Welcher Triebwerkstyp benötigt den kürzesten Startlauf: ein Turboprop oder ein Turbofan?

Selbst bei ähnlichem Gewicht haben Turboprop- und Turbofan-Flugzeuge unterschiedliche Konstruktionsmerkmale. Ein Turboprop fliegt in geringeren Höhen und Fluggeschwindigkeiten, was zu unterschiedlichen aerodynamischen Designs führt. Ein Turboprop verbrennt auch weniger Kraftstoff pro Stunde und benötigt daher weniger Kraftstoffkapazität.

Davon abgesehen können wir uns einige Flugzeuge ansehen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, was die Trends sein könnten. Das beste Beispiel ist wahrscheinlich die Dornier 328. Es ist ein Turboprop-Flugzeug, das etwa 30 Passagieren Platz bietet. Es gibt auch eine Version des Flugzeugs mit Düsentriebwerken. Dies ist wahrscheinlich so ähnlich wie möglich in Bezug auf Gewicht und Aerodynamik. Laut Skybrary lauten die Zahlen wie folgt:

Dornier 328
MTOW 13990 kg
Entfernung 1000 m

Dornier 328JET
MTOW 15200 kg
Entfernung 1382 m

Sie können sehen, dass das Jet-Derivat etwas schwerer ist, aber eine viel längere Startstrecke benötigt.

Bei anderen Flugzeugen ist der Trend ähnlich.

Dash 8-300 Turboprop
MTOW 18600 kg
Entfernung 1085 m

ERJ-135 Jet
MTOW 20000 kg
Entfernung 1580 m

CRJ-200 Jet
MTOW 21523 kg
Entfernung 1527 m

Bei sonst gleichen Bedingungen und bei gleicher Triebwerksleistung benötigt ein Turbofan mehr Abstand, da Turboprops bei kleinen Fluggeschwindigkeiten mehr Schub liefern als Turbofans. Im Allgemeinen und bei gleicher Leistung ist der Schub bei niedriger Fluggeschwindigkeit umso höher, je geringer die „Scheibenbelastung“ ist. Deshalb haben Helikopter große Rotoren...

Turboprops sind besser für kürzere Starts. Was andere Poster übersehen haben und was mich überrascht, ist die Wirkung der von den Triebwerken verdrängten Luft auf die Tragflächen.

Turbofan verdrängte Luft wird meistens direkt zurückgeworfen, während Turboprops eine große Luftmenge auf die Flügel werfen. Die gegen den Flügel beschleunigte Luft gibt zusätzlichen Auftrieb, da die Flügel dafür gemacht sind. Wenn das Flugzeug mit 50 Knoten vorrückt und der Turboprop die Luft um weitere 50 Knoten nach hinten beschleunigt, wird ein Teil der Flügel eine Fluggeschwindigkeit von 100 Knoten erfahren.

Beispielsweise kann ein A440m bei mtow (max. Startgewicht) innerhalb von 980 Metern starten. Eine 767-200 wird es in 1900 Metern schaffen. Diese Flugzeuge sind innerhalb von 2 Tonnen voneinander entfernt, was eine ungefähre Vorstellung geben sollte.

Ein kürzerer Startlauf entspricht einer größeren Beschleunigung, um die Startgeschwindigkeit früher zu erreichen, was bedeutet, dass die Motorleistung (in Schub umgewandelt) auf eine möglichst große Luftoberfläche aufgebracht wird, von 0 m/s bis zur Startgeschwindigkeit.

Stellen Sie sich ein 10-Meter-Rennen vor, das bei 0 m/s beginnt , ein Hubschrauber ( R44 ) beschleunigt vertikal schneller als ein Flugzeug ( Cap 10b ) horizontal, wenn die Bremsen gelöst werden. Robinson R44 und Cap 10b haben jedoch das gleiche Leistungsgewicht.

Turboprops bewegen eine größere Luftfrontfläche mit geringerer Geschwindigkeit, Turbofans bewegen eine kleinere Luftfrontfläche mit höherer Geschwindigkeit. Die größte Kraftangriffsfläche, die Sie haben, der effizienteste Schub, den Sie erhalten.

Eine 1 kg schwere Stahlkugel sinkt schneller in Wasser, als eine 1 kg schwere Stahlscheibe, die viel mehr Wasser verdrängt.

Bei zwei identischen Flugzeugzellen, von denen ein Turbofan und das andere von Propellerjets angetrieben wird, wird es eine Frage des insgesamt verfügbaren Schubs von jedem sein, ebenso wie des Schub-Gewichts-Verhältnisses jeder Triebwerksinstallation. Je leichter der Motor / Propeller und je größer der Schub, desto kürzer ist die Startrolle nach Newtons Gesetzen

F = m*a

Hier ist die Gesamtkraft, die das Flugzeug vorwärts treibt, die Triebwerksschubkraft Fe subtrahiert von der Summe der aerodynamischen Widerstandskräfte und der Radreibung.

F = Fe - Da - Df

So wird a

a = (Fe – Da – Df)/m

Und die Zeit des Startrollens aus dem Stand beginnt mit grundlegender Kinematik.

Vr = a*t

Und der gesamte Boden rollt so

L = 0,5*a*t^2

In der realen Welt sind Jets für andere Reise- und Missionsprofile ausgelegt als Turbopropeller-Flugzeuge, was die Verwendung unterschiedlicher Tragflächen und Flügelplanformen erfordert. Typischerweise haben Pfeilflügelflugzeuge höhere Strömungsabrissgeschwindigkeiten und folglich höhere Vr als rechteckige oder sich verjüngende Grundrissformen, die gewöhnlich bei Turbopropellerflugzeugen zu finden sind.

Interessant sind die Mitteilungen über den Abschnitt Aerodynamik für Marineflieger. Dieser Effekt wäre bei einem Propeller mit fester Steigung am deutlichsten, wird jedoch mit einem geeigneten Propeller mit konstanter Drehzahl minimiert, der den Propellerwirkungsgrad um das theoretische Maximum von 85% bis 88% halten kann.

Ein Vorteil, den ein Turboprop - zumindest für eine Traktorkonfiguration - haben wird, besteht darin, dass die Propellerwäsche über den Flügeln zusätzlichen Auftrieb erzeugt, der Vr reduzieren kann. Propwas über dem Höhenleitwerk kann auch zusätzliche Aufzugsautorität bieten und hier die Startroll reduzieren.