Wie schlecht ist der Wirkungsgrad von Strahltriebwerken bei geringer Belastung?

VTOL-Operationen benötigen 4-5 Mal mehr Schub als ein herkömmlicher Start eines Flugzeugs.

Wer keine zusätzlichen Auftriebstriebwerke in ein hypothetisches Flugzeug einbauen und den Schub durch Schubvektorsteuerung zum Boden lenken möchte, landet natürlich bei stark überdimensionierten Triebwerken für den Reiseflug.

Aber wie schlecht wird die Kraftstoffeffizienz (Schub pro verbrannter Kraftstoffmenge), wenn die Motoren während des Reiseflugs mit ihrer minimalen selbsterhaltenden Drosselklappeneinstellung laufen?

Ein Schub-/Gewichtsverhältnis um 1 ist Standard für Jäger, daher führt die Herstellung von VTOL nicht zu größeren Triebwerken als sonst!
Entschuldigung, ich glaube, meine Frage war nicht präzise genug. IMO VTOL-Operationen sind nicht nur für Jäger von Vorteil, sondern auch für kleine bis mittelgroße Zivilflugzeuge, wie z. B. ein Äquivalent zu einem Rettungshubschrauber. Normale Verkehrsflugzeuge oder Privatjets haben normalerweise ein Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von 0,3-0,4.
In diesem speziellen Fall ist kein hoher Schub erforderlich, um eine Geschwindigkeit weit unter der Schallgeschwindigkeit und ohne spektakuläre Manöver aufrechtzuerhalten.
Die Effizienz eines Strahltriebwerks ist bei niedrigen Drosselklappeneinstellungen ziemlich schlecht. Leerlaufdrehzahl liegt bei etwa 70% der max. U/min.
Ein VTOL-Flugzeug benötigt ein T/W-Verhältnis von 1:1 bei maximalem Startgewicht. Jäger erreichen das normalerweise nicht, sie erreichen nur 1/1 T/W bei typischen Luft-Luft-Kampflasten.

Antworten (4)

Aktuelle Strahltriebwerke sind eigentlich nicht auf Effizienz sondern auf Leistung ausgelegt.

Wenn Sie an Effizienz denken, bauen Sie kein VTOL-Flugzeug. Aus diesem Grund hat der F35 mehrere Versionen mit und ohne VTOL-Fähigkeiten.

Außerdem müssen Strahltriebwerke auch während des Fluges in der Lage sein, schnelle Geschwindigkeitsänderungen, schnelle Höhenzunahmen und hohe Belastungsfaktoren in Kombination mit Leichtbaukonstruktionen auszuhalten. Daher würde ich den Start nicht als die anspruchsvollste Flugphase für solche Triebwerke betrachten, aber in diesem Punkt kann ich mich irren.

All diese Bedingungen machen es schwierig, den Wirkungsgrad von beispielsweise Turbofan- oder Turboprop-Triebwerken zu erreichen.

Beachten Sie, dass der Begriff „Jet“-Triebwerk normalerweise Turbofans umfasst. Und reine Turbojets stellt sowieso niemand mehr her – Kampfflugzeuge verwenden heutzutage normalerweise Turbofans mit niedrigen Bypass-Verhältnissen von 1:0,5 bis 1:1.
@JanHudec, völlig einverstanden
@JanHudec Der Gegensatz zwischen Düsentriebwerken und Turbofans betraf mehr ihre Verwendung. Kein Turbofan mit hohem Bypass-Verhältnis würde die Bewegungen eines Kampfflugzeugs lange aufrechterhalten
Es gibt keinen Gegensatz zwischen Strahltriebwerken und Turbofans, weil Turbofans Strahltriebwerke sind. Sie sind keine Turbojet - Triebwerke, aber sie sind Jet-Triebwerke, wie die meisten Menschen diesen Begriff verstehen.
@JanHudec was meinst du damit, dass es sich nicht um Turbojet-Triebwerke handelt ?
Bei einem Turbostrahltriebwerk strömt der gesamte Luftstrom durch den heißen Abschnitt. Ein Turbofan ist ein Motor, der eine Bypass-, Kälte-, Strömung hat. Ein Strahltriebwerk ist ein vager Begriff, der normalerweise beide Typen abdeckt. Ein Turbofan ist also kein Turbojet, sondern ein Jet.

Das Hauptproblem beim Einbau größerer Motoren ist, dass sie schwerer sind. Und weil Sie auch das Motorgewicht anheben müssen, wächst das Schub/Gewichts-Verhältnis langsamer als der installierte Schub. Der dadurch deutlich reduzierte Nutzlastanteil und Nutzlastanteil ist der wesentliche Faktor für die Effizienz.

Jetzt haben Jäger normalerweise einen Schub / ein Gewicht von etwa 1, aber sie sind im Grunde aerodynamische Schalen, die um die Motoren und einige Kraftstofftanks gewickelt sind, und fast nichts anderes. Ihre Nutzlast ist im Vergleich zu Transportflugzeugen zu gering, um praktikabel zu sein.

Jetzt ist der vertikale Start gelegentlich im zivilen Betrieb nützlich, aber bei all den bereits gebauten Flughäfen nicht so oft. Für die Fälle, in denen dies der Fall ist, haben wir den Drehflügler und den Kipprotor AugustaWestland AW609 .

Im Gegensatz zu Jets haben die großen Rotoren eine viel geringere induzierte Leistung, sodass sie bei gleicher Leistung viel mehr statischen Schub erzeugen können und somit den Schwebeflug mit relativ kleinen Triebwerken unterstützen. Der Preis ist, dass ihr Schub mit der Geschwindigkeit schneller abnimmt, sodass die Höchstgeschwindigkeit niedriger ist.

In den 1960er und 1970er Jahren wurden umfangreiche Untersuchungen zu zivilen VTOL-Operationen durchgeführt. Diese Projekte wurden durch mehrere Faktoren zunichte gemacht:

  1. hohe Kraftstoffkosten (kombiniert mit der Kraftstoffkrise Anfang der 1970er Jahre)
  2. hohe Kapitalkosten (aufgrund all der zusätzlichen Hubtriebwerke, die im Vergleich zu normalen Flugzeugen benötigt wurden, gab es Konstruktionen mit Dutzenden von Hubtriebwerken).
  3. Lärm. Der Reiz von VTOL besteht darin, in der Nähe eines Stadtzentrums operieren zu können, anstatt zu einem abgelegenen Flugplatz mit einer großen Landebahn fahren zu müssen. Aber all dieser Schub, der für VTOL erforderlich ist, führt zu einem fantastischen Schläger (der Harrier ist einer der lautesten Fighter aller Zeiten, obwohl er viel weniger Leistung als seine Zeitgenossen hat). Niemand ist bereit, in einer städtischen Umgebung so viel Lärm zu haben, was die ganze Übung sinnlos macht.

https://en.wikipedia.org/wiki/Harrier_Jump_Jet

https://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_F-15_Eagle

Beide sind zweimotorige Jäger und haben einen ähnlichen Schub - einer scheint etwas aerodynamischer zu sein als der andere. Ich würde also denken, dass die Kraftstoffeffizienz bei Verwendung einer minimalen selbsterhaltenden Drosselklappeneinstellung während der Fahrt ebenfalls ähnlich sein könnte.

Die Harrier ist ein einmotoriges Flugzeug
Ok, man kann stattdessen mit dem F16 vergleichen.
Wie schlecht ist der Wirkungsgrad von Strahltriebwerken bei geringer Belastung?
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