Wie wirken Schubumkehrer in Hochbypass-Turbofan-Triebwerken dem Anfangsschub entgegen?

Ich habe eine Weile im Internet gesucht und bin nicht wirklich auf eine gute Antwort auf diese Frage gestoßen. So:

Ich habe ein grundlegendes Verständnis der Flugprinzipien (Schub, Auftrieb, Widerstand usw.). Aber eine Sache, die mich verwirrt hat, ist, wie genau ein Schubumkehrer an einem High-Bypass-Turbofan-Triebwerk funktioniert. Soweit ich weiß, liefern die großen Lüfter an der Vorderseite des Motors den größten Teil des Schubs. Luft, die durch die Einlassdüse kommt, erzeugt ein Aktions-Reaktions-Paar an den Lüfterflügeln, um diesen Vorwärtsschub zu erzeugen. Beim Einsatz der Schubumkehrer bewegt sich die Luft, die bereits einen Vorwärtsschub auf den Lüfterflügeln erzeugt hat, nun zurück durch den Bypasskanal, um auf den Schubumkehrer zu treffen, wodurch die Luft nach vorne umgeleitet wird, indem ein weiteres Aktions-Reaktions-Paar erzeugt wird, um das Flugzeug zu verlangsamen.

Es scheint mir also nur irgendwie, dass der Schubumkehrer nur den Schub von den Lüfterflügeln aufhebt. Oder wird die von den Lüfterflügeln kommende Luft beschleunigt, so dass der nach vorne gerichtete Schub, wenn sie auf den Schubumkehrer trifft, größer ist als der von den Lüfterflügeln erzeugte Schub, wodurch ein Netto-Rückwärtsschub erzeugt wird?

Oder vielleicht sehe ich das nur falsch und muss mir den gesamten Motor als geschlossenes System vorstellen, damit die vom Lüfter nach hinten gedrückte Luft kein Aktions-Reaktions-Paar (und damit Schub) erzeugt, bis sie den Motor verlässt ?

Ich bin nur etwas verwirrt über die Besonderheiten der Physik des Schubumkehrers (wo die Aktionsreaktion wirkt).

Willkommen bei Av.se! Gute Frage. Bedenken Sie, dass es beim Vorwärtsschub viel mehr darum geht, Luft mit hoher Geschwindigkeit / Druck / Temperatur herauszudrücken, als darum, Luft einzusaugen. Der Vektor dieses Auslasses (hinten - Vorwärtsschub oder vorwärts für Rückwärtsschub) ist viel wichtiger als der Pseudoschubvektor, der durch Einziehen von Luft in den Einlass erzeugt wird. Ich bin sicher, dass andere dieses Konzept in ihren Antworten erweitern werden.
Ich bezog mich nicht unbedingt auf die angesaugte Luft, sondern eher auf die Tatsache, dass der Schub durch die Lüfterblätter erzeugt wird, die Luftmoleküle zurückdrücken, und die damit einhergehende Aktionsreaktion. Nachdem also ein Luftmolekül durch das Lüfterblatt zurückgedrückt wird (wodurch das Flugzeug nach vorne geschoben wird), bewegt es sich zurück in den Bypass-Kanal, bis es auf den eingesetzten Schubumkehrer (TR) trifft. An diesem Punkt trifft es auf den TR und wird nach vorne abgelenkt, wodurch das Flugzeug nach hinten geschoben wird. Aber dieser Rückwärtsschub muss größer sein als der Vorwärtsschub an den Lüfterflügeln, um einen Netto-"Rückwärtsschub" zu haben.
Stellen Sie sich eine (funktionierende ...) Schrotflinte vor, deren Lauf um 180 ° gebogen ist. In welche Richtung wirkt der Rückstoß und warum?
Ein Teil der übertragenen Energie komprimiert die Luft, anstatt sie zu beschleunigen, diese Energie ist dann verfügbar, um die Luft zu beschleunigen, wenn sie von der Umkehrvorrichtung in Vorwärtsrichtung freigegeben wird. Und „Einlassdüse“ ist ein Oxymoron, Einlass ist Einlass, ein Strahl kommt aus einer Düse.

Antworten (5)

Wenn Sie die Wirkung des Lüfters und des Umkehrers trennen möchten, bremst der Umkehrer nicht nur den Luftstrom des Lüfters. Es leitet die Luft nach außen, aber auch nach vorne. Dies bedeutet, dass auf die Umkehrer eine Kraft ausgeübt wird, um die Richtung des Luftstroms teilweise umzukehren.

Sie können auch das System als Ganzes betrachten. Bei normalem Betrieb beschleunigt der Ventilator die Luft nach hinten und sorgt für Schub. Aber mit Schubumkehrern strömt diese Luft nach außen und nach vorne und liefert einen Netto-Rückwärtsschub. Sie können es sich als eine Form von Schubvektoren vorstellen. Es ist die resultierende Richtung und Geschwindigkeit der Luft, die den Schub und seine Richtung bestimmt.

Sagen wir einfach, dass in dem Moment, in dem eine Luftmasse mit den Lüfterflügeln reagiert, ein Vorwärtsschub von 1000 Newton erzeugt wird. Diese Luft strömt dann durch den Bypass-Kanal zurück, bis sie in die Schubumkehrplatten strömt. Um einen "umgekehrten" Nettoschub zu erzeugen, muss diese Luft mit dem Schubumkehrer reagieren und über 1000 Newton Rückwärtsschub erzeugen. Ich frage also, wie kommt es, dass die Luft, die mit dem Schubumkehrer reagiert, einen höheren Schub erzeugen kann als das, was sie von den Lüfterflügeln abgibt?
Ein Teil oder der größte Teil der Luft, die von den Lüfterflügeln kommt, wird von hinten nach vorne und nach außen umgeleitet. Diese Luft liefert keinen Vorwärtsschub mehr.
Ja, aber der Vorwärtsschub erfolgt direkt am Lüfterblatt. Wie ich oben erwähnt habe, wird in dem Moment, in dem die Luft mit dem Lüfterblatt reagiert, ein Vorwärtsschub erzeugt. Auf der ganzen Linie trifft diese Luft dann auf den Schubumkehrer. Diese Luft, die auf den Schubumkehrer trifft, verhindert nicht, dass der Vorwärtsschub auf die Lüfterblätter wirkt.
Richtig; und so könnte der Einsatz der Schubumkehrer dazu führen, dass das Triebwerk auseinandergerissen wird. Aber der Nettoeffekt nach dem kurzen Startvorgang ist, dass Luft in den Motor im Ruhezustand eintritt und in Vorwärtsrichtung austritt. Der Luft hinzugefügter Impuls entspricht dem Impuls, der durch den Motor / Flügel / das Flugzeug verloren geht ...
Haben Sie jemanden gesehen, der sich mit einem CO₂-Feuerlöscher auf einem Skateboard fortbewegt hat? Stellen Sie sich vor, was passiert, wenn Sie die Düse des Feuerlöschers durch eine U-förmige ersetzen. Das CO₂ tritt nach vorne statt nach hinten aus, also treibt es dich in die entgegengesetzte Richtung.
Ich weiß die Antworten zu schätzen, aber ich glaube nicht, dass irgendjemand wirklich versteht, was ich hier frage. Um auf meinen ersten Kommentar zurückzukommen: Wenn 1000 Newton Vorwärtsschub direkt an den Lüfterflügeln erzeugt werden, muss es etwas geben, das sicherstellt, dass mehr als 1000 Newton Schub aus der Luft resultieren, die von den Schubumkehrern abgelenkt wird. Wenn 1000 Newton Schub von den Lüfterflügeln kommen, nur damit die gleichen 1000 Newton von den Schubumkehrern reagieren, dann gibt es keinen Nettoeffekt. Wird die Luft, die von den Lüfterblättern kommt, also beschleunigt, bevor sie die Schubumkehrer erreicht?

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Schub zu beschreiben, die auf dasselbe hinauslaufen. Sehr allgemein wird es durch Newtons drittes Gesetz beschrieben: Wenn sich A vorwärts bewegt, bewegt sich B mit gleichem Impuls rückwärts. Auf einer näheren Ebene kommt es von Druckunterschieden über die Oberfläche eines Körpers. Noch genauer würden Sie sich mit Viskosität und Geschwindigkeit, laminarer und turbulenter Strömung, Grenzschichten und analytischen Gleichungen befassen.

Aber all diese Wege führen zum gleichen Ergebnis: Wenn einer, richtig angewendet, das Ergebnis X vorhersagt, können die anderen kein gegenteiliges Ergebnis vorhersagen. In der grundlegendsten Ansicht kommt der Schub des Umkehrers dadurch, dass Luft nach vorne gedrückt wird. Solange das Endergebnis darin besteht, dass Luft in eine Richtung beschleunigt wird, wie auch immer es geschieht, wird der Schub in die entgegengesetzte Richtung gehen.

Wenn Sie in die Mechanik einsteigen wollen (was nicht unbedingt notwendig ist), erzeugt der Auspuff einen hohen Druck zwischen dem Motor und dem Schubumkehrer. Dieser Druck wirkt auf die Innenfläche des Schubumkehrers. Der resultierende Rückwärtsschub ist tatsächlich größer als der Vorwärtsschub des Lüfters.

Der Schlüssel hier ist, dass der Strahl mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit austritt, die wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Wenn der Schubumkehrer die Strömung nur um 90 Grad nach außen drehte, so dass die Vorwärtskomponente des Jets ungefähr gleich der des Flugzeugs war, dann wäre der ursprüngliche Beitrag etwas richtig, was die Aufhebung der Nettoschubkräfte betrifft. Wie es nun gelingt, dieses Nettoergebnis zu erzielen, ist eine andere Sache, aber ich denke, es könnte tatsächlich das sein, wonach der ursprüngliche Poster gefragt hat.

Sie machen einen grundlegenden Fehler im ursprünglichen Setup, der meiner Meinung nach die Quelle Ihrer Verwirrung ist.

Sie geben an, dass der Schub des Lüfters ein Aktions- / Reaktionspaar am Lüfter selbst ist. Das ist grundsätzlich falsch. Es ist die Wirkung der Luft, die aus der Rückseite des Triebwerks beschleunigt wird, die den größten (???) Schub aufgrund des Lüfters erzeugt.

Vergessen Sie den Lüfter für eine Sekunde und ziehen Sie einen Turbojet in Betracht. In diesem Fall verlangsamen die Kompressorstufen die einströmende Luft, und wenn es einen rampenförmigen Einlass gibt, verlangsamt sie sie auch. All dies entzieht dem Flugzeug aktiv Schwung. Und doch bewegt sich das Flugzeug! Warum? Denn die Beschleunigung der Luft an der Rückseite des Motors gleicht all dies aus.

Vergessen Sie also alle Phasen und Was-wäre-wenns. Der Schub ist die Nettodifferenz zwischen dem Eingangsluftimpuls und dem Ausgangsluftimpuls. Die Luft beginnt an der Vorderseite des Motors mit der Geschwindigkeit X und tritt bei > X (etwas) nach vorne aus dem Rückwärtsgang aus. Denken Sie nicht darüber nach!

ps Ich sollte darauf hinweisen, dass Sie, wenn Sie sich Filme von frühen Jets mit Landefallschirmen ansehen, feststellen werden, dass sie diese immer fallen lassen, wenn sie sich dem Ende der Landebahn nähern. Wenn sie dies nicht tun, ist der Nettoschub Null und sie könnten nicht rollen.

Hier gibt es eine Reihe von Bildern , auf denen Sie sehen können, wie die Umgehungsluft nach vorne umgeleitet wird, um das Flugzeug zu verlangsamen

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/F-GTAR_Air_France_%283698209485%29.jpg

Dies beantwortet nicht meine Frage nach der Physik der Aktions-Reaktions-Kräfte.

Du hast Recht; die Luft, die durch die Bläserblätter eines Turbofans nach hinten beschleunigt wird, übt eine große Vorwärtsreaktionskraft auf die Bläserblätter aus (auf diese Weise wird tatsächlich der überwiegende Teil des Schubs eines Hochbypass-Turbofans erzeugt). Und wenn die Schubumkehrer die Luft nur bis zum Stillstand verlangsamen würden, würden sie keine Netto-Verlangsamungskraft erzeugen.

Da jedoch der Schubumkehrer eines Turbofans entweder direkt oder indirekt (über die Gondel und / oder die Flügelstruktur) physisch an dem Triebwerk befestigt ist, wird die Vorwärtsreaktionskraft, die über seine Lüfterblätter auf das Triebwerk ausgeübt wird, auch auf den Umkehrer ausgeübt ... der (wenn er eingesetzt wird) dann dieselbe Kraft auf die Luft ausübt, die ihn trifft. Da die Luft dann nicht nach hinten durch die Struktur des Umkehrers strömen kann, zieht der Umkehrer die Luft mit sich nach vorne , bis die Luft aus der Vorderseite und den Seiten des Umkehrers entweicht.

Ein eingesetzter Schubumkehrer würde das Flugzeug immer noch verlangsamen, selbst wenn es auf einer leeren Gondel ohne darin enthaltenen Motor montiert wäre , da Sie im Grunde genommen einen Eimer durch die Luft ziehen, das offene Ende nach vorne (dies ist bei älteren Modellen einfacher zu visualisieren ) Ziel"-TypUmkehrer, aber es gilt auch für die neueren Typen; Sie müssen sich nur einen toroidalen [donutförmigen] Eimer vorstellen). Auf einer leeren Gondel montiert, nimmt dieser Eimer Luft in Ruhe auf und beschleunigt sie vorwärts, wodurch eine rückwärtige Reaktionskraft auf den Eimer (und damit auf das Flugzeug) erzeugt wird. Setzen Sie einen Motor in die Gondel (jeglicher Art - alles, was für unsere Zwecke zählt, ist, dass er die Luft nach hinten beschleunigt), und die Reise der Luft wird komplizierter, da die Luft zuerst nach hinten beschleunigt wird ... aber am Ende alles das heißt:

  1. Die Luft trifft auf den Umkehrer - und umgekehrt trifft der Umkehrer auf die Luft (Danke Newton) - viel härter als ohne Motor (so wird die Vorwärtsreaktionskraft auf den Motor immer noch vollständig aufgehoben).
  2. Da der Massenstrom durch das Triebwerk viel größer ist als durch eine leere Gondel (weshalb ein laufender Turbofan aktiv Luft ansaugen muss - und gelegentlich auch andere Dinge wie Steppenläufer , Gepäckbehälter oder Bodenpersonal - von vorne einströmen, was bei einer leeren Gondel nicht der Fall ist), entsprechend mehr Luft pro Zeiteinheit hinter einem laufenden Triebwerk auf den Reversierer trifft und somit von diesem nach vorne umgelenkt wird, als auf einen dahinter liegenden Reversierer treffen würde eine leere Gondel (auf diese Weise erzeugt eine höhere Gaseinstellung bei ausgefahrenen Reversierern mehr Bremskraft von den Reversierern als eine niedrigere Gaseinstellung).
Wie wirken Schubumkehrer in Hochbypass-Turbofan-Triebwerken dem Anfangsschub entgegen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v