Wie wird der Gefahrenbereich des Strahltriebwerkseinlasses in der Luft beeinflusst?

Boeing hat Gefahrenbereiche für Triebwerke wie unten gezeigt veröffentlicht:

Gefahrenbereich

Ich bin gespannt, wie der Gefahrenbereich beeinflusst wird, wenn das Flugzeug im Flug ist, da das Strahltriebwerk immer noch anfällig für Fremdkörperschäden ist.

  1. Unter der Annahme von Leerlaufbedingungen in 10000 Fuß (oder nur in der Luft im Allgemeinen), sind die Gefahrenzonen die gleichen wie am Boden? Wenn nicht, gibt es eine Möglichkeit, dies zu berechnen?

  2. Wäre es bei Kenntnis der Gefahrenzone sowohl für Leerlauf als auch für volle Leistung möglich, die Entfernung der Gefahrenzone für verschiedene Leistungseinstellungen zu berechnen? ZB 50 % N1.

Es ist zweifelhaft, ob der Bereich vor den Triebwerken bedeutend ist, da das Flugzeug wahrscheinlich dem Einlassstrom vorauseilen wird. Der Bereich hinter den Triebwerken wird sich wahrscheinlich mit dem Kielwasser des Flugzeugs verbinden, und es wäre wahrscheinlich schwierig, die beiden zu trennen (oder zumindest nicht nützlich, da der kombinierte Effekt das ist, worüber jemand, der dem Flugzeug folgt, besorgt wäre). Wenn Sie fragen, ob etwas vor dem Flugzeug, aber nicht direkt im Ansaugstrom aufgenommen werden kann, lautet die Antwort, vermute ich, wahrscheinlich nicht.
Die "Gefahrenzonen", auf die Sie sich beziehen, haben nur dann eine Bedeutung, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet. Sobald Sie fliegen, besteht die Gefahr, dass alles vor dem Flugzeug entweder in ein Triebwerk gesaugt oder von einem Teil der Flugzeugstruktur getroffen wird. Wie weit vor dem Flugzeug Sie diese "Gefahrenzone" definieren würden, würde sowohl auf der angenommenen Reaktionszeit (um einem Flugzeug mit 200? 300? 400 Knoten auszuweichen) als auch auf allem anderen basieren. Sie können die geposteten Zahlen nicht auf etwas Vergleichbares für „Flugbedingungen“ extrapolieren – die Gefahren (für Fallschirmspringer?) sind einfach nicht dieselben!
@RonBeyer Ich vermute, dies würde auch vom Gewicht des aufgenommenen Objekts abhängen? ZB könnte ein kleines, leichtes RC-Flugzeug, das nicht direkt im Ansaugstrom steht, trotzdem angesaugt werden, wenn es nahe genug am Motor ist?
Ich denke, Sie sollten präzisieren, was Sie unter "Gefahrenbereich" verstehen. Es ist in erster Linie für Flughafenmitarbeiter am Boden definiert, aber wenn Sie vom Saugbereich sprechen, können Sie definieren, was Sie darunter verstehen, sich in oder außerhalb dieses Bereichs zu befinden.
Könnte. Vorausgesetzt, es gab etwas in 10.000 Fuß Höhe, das versehentlich aufgenommen werden könnte, außer Luft.
@CarloFelicione Vogelschläge wurden in Höhen über 30.000 Fuß gemeldet.

Antworten (1)

Nehmen wir an, der A320 wird von V2500-Triebwerken angetrieben, einer der Optionen dafür. Dieser Motor hat einen Luftmassenstrom von 355 kg/s. Auf Meereshöhe beträgt die Luftdichte 1,225 kg pro Kubikmeter. Daher sind 355 kg/s = 355/1,225 = 290 Kubikmeter/s.

Nehmen wir nun an, das Flugzeug befindet sich immer noch auf Meereshöhe, aber jetzt bei Mach 0,8 (unrealistisch, aber wir werden das als nächstes korrigieren). Der Lüfterdurchmesser beträgt 1,6 m, was eine Ansaugfläche von 2,0 qm ergibt. Außerdem beträgt Mn 0,8 bei 0 Fuß 272 m/s. Somit überstreicht der Einlass jede Sekunde ein Volumen von 272 x 2,0 = 544 Kubikmeter. Das Triebwerk benötigt jedoch nur 290 Kubikmeter Luft pro Sekunde , vorausgesetzt, die Luftdichte im Einlass ist dieselbe wie die Luft, die das Flugzeug umgibt . Daher ist der Durchmesser eines stromlinienförmigen Rohrs der Einlassluft tatsächlich kleiner als der Durchmesser des Motoreinlasses. Es wird die Fläche sein, die 290 Kubikmeter/s bei 272 m/s = 290/272 = 1,07 m² überstreicht, oder einen Durchmesser von 1,17 m, nicht 1,6 m.

Grundsätzlich nimmt der Motor den gewünschten Luftstrom auf, nicht das, was die Ansaugfläche x Vorwärtsgeschwindigkeit bietet. Wenn der Motor mehr will (z. B. wenn die Flugzeuggeschwindigkeit niedrig oder stationär ist, aber die Motordrehzahl hoch ist, z. B. zu Beginn des Startlaufs), saugt der Motor Luft aus einem großen Bereich vor dem Motor (gemäß dem Diagramm der maximalen Startbedingungen). Umgekehrt, wenn das Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt und der Motor gedrosselt wird, wird der Einlass die überschüssige Luft, die er liefert, verschütten (was einen Luftwiderstand verursacht).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Lassen Sie uns nun die Tatsache korrigieren, dass das Flugzeug Mn 0,8 auf Meereshöhe nicht ausführen kann. Lassen Sie uns die Berechnung bei 35.000 Fuß (10.700 m) wiederholen. Hier beträgt die Luftdichte 0,38 kg pro Kubikmeter, und Druck und Temperatur betragen 3,46 psi und 219 Kelvin (-54 ° C), verglichen mit 14,7 psi und 288 Kelvin (15 ° C) auf Meereshöhe. Also unsere 355 kg/s, was eigentlich eine korrigierte istLuftstrom, ist ein physikalischer (echter) Luftstrom von 95,8 kg/s bei 35.000 Fuß, da Theta = 219/288 = 0,76 und Delta = 3,46/14,7 = 0,235. Jetzt 95,8 kg/s bei 0,38 kg/ Kubikmeter = 252 Kubikmeter pro Sekunde. Außerdem beträgt Mn 0,8 bei 35.000 Fuß jetzt 237 m/s, nicht 272, wie es auf Dichtungsebene war. Die Ansaugfläche von 2 qm wird also jede Sekunde mit 2 x 237 = 474 Kubikmeter pro Sekunde durchströmt. Aber wir wollen nur, dass es 252 überstreicht, daher müssen wir den Durchmesser einer stromlinienförmigen Röhre finden, die dies bei 237 m/s verursacht. Wir brauchen also eine Fläche von 252/237 = 1,06 qm, was bei einem Durchmesser von 1,16m vorkommt. Dies steht im Vergleich zum physikalischen Einlassdurchmesser von 1,6 m.

Somit ist bei Mn 0,8, 35.000 Fuß, Maximalleistung, der grüne Bereich am Triebwerkseinlass nun ein Rohr mit 1,16 m Durchmesser, das sich vor dem Flugzeug erstreckt. Wie weit dies reicht, hängt wie vorgeschlagen davon ab, welche Reaktionszeit erforderlich ist, damit das Flugzeug in diesem Bereich von einem Hindernis wegmanövriert oder das Objekt (ein Vogel?) dem Flugzeug ausweicht.

Der genaue Wert von 1,16 ist fraglich, da die Annahme, dass sich die Luftdichte im Ansaugtrakt nicht von der Umgebungsluft ändert, nicht ganz realistisch ist. Aber das allgemeine Ergebnis ist, glaube ich, vernünftig.

Sollte der Durchmesser des Stromlinienrohrs auf Meereshöhe nicht 1,17 m statt 1,47 m betragen? (290/272 = 1,07 qm, Durchmesser = 2 * √(1,07/3,14) )
Wäre es richtig zu sagen, dass, wenn der Durchmesser des Triebwerkseinlasses kleiner ist als der Fan-Durchmesser (dh 1,6 m), das Ergebnis ein stromlinienförmiges Rohr wäre, das sich vor dem Flugzeug erstreckt? Und für den Fall, dass der Motoreinlassdurchmesser den Lüfterdurchmesser (1,6 m) überschreitet, würde der Motor dann Luft aus einem großen Bereich wie in den Diagrammen ansaugen?
Ja, ich habe einen Fehler bei der Berechnung des Durchmessers aus der Fläche gemacht. Es ist ein Durchmesser von 1,17 m, wie Sie sagen. Ich habe die Antwort korrigiert - danke.
Was Ihre zweite Bemerkung betrifft, ja, ich würde dem, was Sie sagen, im Allgemeinen zustimmen. Beachten Sie, dass der Motor im ersten Fall nicht saugen muss, also nicht die Luft ansaugt, sondern nur einen Teil dessen schluckt, was der Einlass bereitstellt. Im zweiten Fall würde der Motor eher Luft aus einem Zylinder oder Rohr davor saugen, als vielmehr aus einer Form, die eher einem Kegel oder einer Halbkugel ähnelt, nehme ich an. Tut mir leid, dass ich deine Kommentare bisher übersehen habe. Das einzig Seltsame an meiner Antwort ist, dass der Einlass selbst im extremen Fall des Meeresspiegels viel zu groß erscheint.
Das macht Sinn. Könnte jedoch die Vorwärtsentfernung dieses Kegels / dieser Halbkugel berechnet werden? Wenn der Durchmesser des Kegels/der Halbkugel beispielsweise 1,1 Meter beträgt, würde sich der Kegel/die Halbkugel dann auch 1,1 Meter nach vorne erstrecken?
@Zack. Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich Ihre Frage verstehe, aber hoffentlich beantwortet dieser Kommentar sie. Wenn der Einlass Luft aus einem Kegel oder einer Halbkugel mit einem Durchmesser von 1,1 m an der Lippe des Einlasses ansaugt, hängt es davon ab, wie weit sich dieser Bereich vor dem Einlass erstreckt, wie Sie die Grenze zwischen der Luft darin und der Umgebungsluft definieren . Wenn Sie die Grenze als die Luft definieren, die in den Einlass eintritt, im Vergleich zu einem benachbarten Luftpartikel, das gerade verfehlt wird, erstreckt sich der Bereich für immer nach vorne, wenn sich das Flugzeug im Vorwärtsflug befindet.
@Zack. Wenn das Flugzeug steht, müssen Sie eine Luftgeschwindigkeit definieren, die die Umgebungsluft von der Luft trennt, die in das Triebwerk eintritt, wie in den Diagrammen im Bild der Frage getan.
Ich entschuldige mich für die Unklarheit. Ich verstehe, dass sich der Bereich für immer ausdehnen wird und alle Objekte in diesem Bereich schließlich vom Motor aufgenommen werden (unabhängig davon, ob die Motorkraft gerade darauf einwirkt oder nicht). Ich wollte jedoch sehen, ob es möglich ist, den Bereich zu berechnen, in dem die Motorkraft auf das Objekt einwirken würde (so wie ein solcher Bereich im ursprünglichen Beitrag definiert wurde).
Für ein Flugzeug, das derzeit Luft von außerhalb des Triebwerks ansaugt (der Durchmesser des Lufteinlasses ist also größer als der Durchmesser des Triebwerkseinlasses), wäre dieser Bereich halbkreisförmig (wie im ursprünglichen Beitrag), und sein Bereich kann durch den Durchmesser umrissen werden des Lufteinlasses - was zu einer ähnlichen Form wie im ursprünglichen Beitrag führt. Ich habe jedoch Schwierigkeiten zu überlegen, wie dieselbe Logik zur Berechnung der Fläche angewendet werden kann, wenn der Lufteinlassdurchmesser kleiner als der Motordurchmesser ist und daher zu einer kegel- / halbkugelähnlichen Form führt.
@Zack. Ok, erklären wir es mal so. Die Luft tritt mit etwa Mach 0,4 in den Motorlüfter ein. Wenn das Flugzeug also langsamer ist, saugt es Luft an. Der Bereich, aus dem es saugt, beginnt so groß zu sein wie in der Abbildung und hat die Form einer Halbkugel. Aber mit zunehmender Geschwindigkeit wird die vom Motor benötigte Luft nun durch die Vorwärtsbewegung bereitgestellt, sodass der Motor nur Luft aus einer kleineren Halbkugel ansaugen muss. Wenn also das Flugzeug aus dem Stillstand beschleunigt, schrumpft die Hemisphäre. Sobald das Flugzeug Mach 0,4 erreicht, schluckt es im Grunde nur die Luft, die vor dem Motor sitzt.
@Zack. Die Luftfläche, auf die der Motor einwirkt, ist also im Grunde genommen Null. Wenn das Flugzeug nun weiter beschleunigt, wird die Luft effektiv in den Einlass abgebremst und nicht mehr beschleunigt. Jetzt liefert die Vorwärtsgeschwindigkeit mehr Luft als der Motor benötigt, der Durchmesser des Luftzylinders vor dem Motor, der geschluckt wird, verringert sich im Durchmesser. Der Einlass verschüttet Luft, und der Motor drückt tatsächlich etwas Luft weg oder aus dem Einlass. Die Luft verlangsamt sich, wenn sie in den Einlass eintritt, und es gibt einen Anstieg des Stauluftdrucks im Einlass. Ich hoffe, das hilft.
Wie wird der Gefahrenbereich des Strahltriebwerkseinlasses in der Luft beeinflusst?
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