Wie erreicht der CFM LEAP-1B-Motor trotz seines geringeren Bypass-Verhältnisses die gleiche Effizienz wie der LEAP-1A?

Die CFM LEAP-Engine gibt es in 3 Varianten (1A, 1B, 1C). Die größeren LEAP-1A- und LEAP-1C-Varianten haben Bypass-Verhältnisse von 11:1, während der kleinere LEAP-1B nur ein Bypass-Verhältnis von 9:1 hat. Bei Turbofan-Triebwerken wissen wir, dass je höher das Bypass-Verhältnis ist, desto höher ist die Antriebseffizienz des Motors, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.

Wie also erreicht der CFM LEAP-1B-Motor ähnliche Wirkungsgrade wie seine größeren Geschwister, wenn sein Bypass-Verhältnis erheblich niedriger ist?

Antworten (2)

Das Bypass-Verhältnis (BPR) allein erzählt nie die ganze Geschichte.

Nehmen Sie einen Motor mit niedrigem BPR und fügen Sie ihm einen größeren Lüfter hinzu, jetzt haben Sie einen höheren BPR. Bedeutet das eine bessere Effizienz? Nein. Der Grund ist einfach: Wenn alles gleich bleibt, hat die gleiche Brennkammer/Turbine nicht die richtige Leistung/das gleiche Design, um den jetzt größeren Lüfter mit der optimalen Drehzahl (langsamer Lüfter) zu drehen.

Aber wenn Sie einen kleineren Lüfter an einem bereits hohen BPR-Motor verwenden, was der -1B-Fall ist (ca. 8 Zoll kleiner), dann ist der Schub geringer, was tatsächlich der Fall ist (ca. 130 gegenüber 143 kN). Da sich die Brennkammer und das OPR (Gesamtdruckverhältnis) nicht geändert haben, können sie den jetzt kleineren Lüfter problemlos mit der richtigen Geschwindigkeit antreiben.

Die anderen Vorteile des -1B, die den niedrigeren BPR ausgleichen können, sind das geringere Gewicht (2 Turbinenstufen weniger), niedrigere Kanalverluste und die Reisemach des Max, die 0,01 schneller ist als der Neo - die etwas höhere Geschwindigkeit bedeutet etwas weniger Zeit Verbrennung von Kraftstoff für die gleiche Entfernung und auch eine etwas bessere Einlasskompression.

Die LEAP SFC-Werte sind noch nicht öffentlich. Das offizielle Statement lautet:

Der fortschrittliche LEAP-Motor bietet eine 15-prozentige Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs (SFC) im Vergleich zu den heutigen CFM56-Motoren.

Das kann im Vergleich zum CFM56 des jeweiligen Flugzeugs auch bedeuten, was bei A320ceo und 737NG anders ist:

CFM56-5A1
A320-211/-311
0,330 lb/lbf Std

CFM56-7B24
737-700/-800/-900, 737-700BBJ/-800BBJ2 (Option)
0,370 lb/lbf h

Quelle: jet-engine.net

Der Hauptgrund für den Anstieg der BPR in letzter Zeit liegt in der höheren OPR, die sie entwickeln konnten (leistungsstarke kleine Kerne). Ohne OPR können Sie mit kleinen Kernen keine großen Lüfter mit der richtigen Geschwindigkeit antreiben.

Die Folie unten von Safran zeigt auch, warum BPR allein nicht das vollständige Bild ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
(Safran über forum-ae.eu )

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Die Safran-Dias deuten darauf hin, dass die optimale Grenze noch erreicht werden muss. Die LEAP-Motoren sind nur bei BPR von 9 und 11, nicht einmal in der Nähe der 16-20-Grenze. Es wäre absurd zu behaupten, dass CFM nicht über die Mittel verfügte, um den Kern zu optimieren, um den höheren Bypass für den LEAP-1A anzutreiben, und dass der LEAP-1A eher ein kompromittierter Motor ist.
@Vince: In der Antwort wird kein solcher "absurder" Vorschlag gemacht. Die 1A ist nicht kompromittiert, die 1B ist eine kleinere 1A (wie der vierte Absatz sagt). Der kleinere Lüfter bedeutet, dass der Motor leichter ist, 2 Turbinenstufen weniger hat, weniger Kanalverluste hat usw. Es ist also falsch zu glauben, dass der 1B basierend auf einem einzigen Parameter (BPR) ineffizient sein sollte, ohne den Rest zu berücksichtigen . Faszinierend wäre gewesen, wenn beide den gleichen Schub gehabt hätten. Kurz gesagt, Sie können ähnliche TSFC-Werte mit unterschiedlichen BPRs haben.
Ja, Sie können es nicht nur anhand eines einzigen Parameters beurteilen, aber wenn das, was Sie erklärt haben, wahr ist, hätte CFM Airbus das gleiche 68-Zoll-LEAP-1B-Triebwerk für den A320neo anbieten sollen, da dies eine bessere Triebwerksoption gewesen wäre. Einziger Wermutstropfen: CFM muss auf den Antrieb des A321neo verzichten. Daher kam ich zu dem Schluss, dass der höhere BPR LEAP-1A ein Kompromiss ist,
@Vince: Ich denke nicht, dass der Verzicht auf den A321neo/LR eine gute Option ist, und ich bitte Airbus auch nicht, die Aerodynamik auf der Grundlage unterschiedlicher Gondelgrößen anzupassen (die Interaktion der Flügel ist entscheidend). Und das ist wiederum nicht das, was ich erklärt habe. Die 1A hat einen höheren bpr, die 1B hat andere Gründe (im vorherigen Kommentar klargestellt, da die Folie aus dem Zusammenhang gerissen wurde). Einen perfekten Motor gibt es nicht, außer auf dem Papier, indem man sich auf einen Parameter konzentriert.
@ybm1: Ich betrachte aus der Perspektive, wie sich der BPR mit den anderen Faktoren ausgleicht. Sicher, der 1B-Motor ist leichter, hat 2 Turbinenstufen weniger, hat geringere Kanalverluste usw. Aber ich sehe nicht, wie sich all dies zu dem um 10-15% geringeren Gewinn an Antriebseffizienz durch den höheren BPR summiert, vorausgesetzt, beide sind identisch Kerne. Denn wenn dies der Fall ist, bedeutet dies, dass sich der 1B-Motor bereits im Eimer der Kurve befindet, während sich die 1A / 1C-Motoren rechts am steilen Anstieg befinden, wie auf dem von Ihnen geteilten Diagramm zu sehen ist. Nicht genau dort, wo ich sie erwarte.
@ybm1: Stimmen Sie zu, dass der Verzicht auf den A321neo/LR keine gute Option ist, aber angesichts der großen Menge an A320neo, die sie produzieren, wäre es für Airbus sicherlich sinnvoll, sowohl den A321neo als auch den A320neo einzeln zu optimieren. dies würde ein konkurrenzfähiges Produkt und einen stetigen Absatzstrom sicherstellen.
@Vince: siehe Antwortaktualisierung.
@ybm1: Danke für die Updates. Ich wusste nicht, dass der SFC für ihren jeweiligen CFM56 mehr als 10% auseinander lag. (Ist es wirklich so weit auseinander??? Ich hatte immer gedacht, dass der Unterschied nur etwa 1% beträgt.) Ich denke, das hilft wirklich, die Diskrepanzen auszugleichen, nach denen ich gesucht habe.

Zusätzlich zur vorherigen Antwort ...

Ein höherer BPR bedeutet einen größeren Lüfter und eine niedrigere Drehzahl. Aber in der LEAP-Familie befinden sich Fan und Booster (ND-Kompressor) auf derselben Welle, die von der ND-Turbine angetrieben wird. Und die optimale Booster-Drehzahl ist höher als die optimale Lüfterdrehzahl. Der kleinere LEAP-1B-Lüfter hat eine höhere Lüfterdrehzahl, was dazu beiträgt, die Kompressoreffizienz zu erhöhen.

Um den BPR ohne Verlust der Kompressionseffizienz noch weiter zu erhöhen, müssen die Lüfter- und Boosterdrehzahl unterschiedlich sein, was mit einer 3. Welle (Trent-Familie) oder einem Getriebe PW1100G erreicht werden kann.

Wie erreicht der CFM LEAP-1B-Motor trotz seines geringeren Bypass-Verhältnisses die gleiche Effizienz wie der LEAP-1A?
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