Wie wirkt sich die Leistungsentnahme auf Turbofan-Kompressor- und Turbinenkennfelder aus?

Auswirkungen der Leistungsentnahme auf Turbofan-Kompressor- und Turbinenkennfelder

Die beiden folgenden Diagramme zeigen die Auswirkungen der Wellenleistungsentnahme ( Wellenleistungsabnahme / Wellenleistungsabnahme für den Antrieb von Nebenaggregaten wie Kraftstoff-/Hydraulik-/Ölpumpen, Generatoren etc.) auf ein Hochbypass-Turbofan-Triebwerk bei eine Flughöhe von H = 11 k m und eine Geschwindigkeit von M a = 0,8 , berechnet mit GasTurb 12 :

Auswirkungen der Leistungsentnahme auf Turbofan-Kompressor- und Turbinenkennfelder

Auswirkungen der Leistungsentnahme auf die Betriebslinie (blau)

  • Warum sind die Betriebslinien (blau) sowohl des Verdichters als auch der Turbine nach links in Richtung der Pumpgrenze verschoben?
  • Warum nimmt insbesondere der dimensionslose korrigierte Massenstrom ab, während das Druckverhältnis annähernd konstant bleibt?
  • Die gleiche Frage aus einem anderen Blickwinkel: Warum nimmt das Druckverhältnis bei konstantem Massenstrom nicht ab?

Antworten (1)

Scholz, D. et al.: "Fuel Consumption due to Shaft Power Off-Takes from the Engine", AST 2013 - Workshop on Aircraft System Technologies, 23.-24. April 2013, Hamburg, Deutschland

Wellenleistungsentnahme , egal ob von der Hochdruckwelle (HD) oder der Niederdruckwelle (LP) entnommen, reduziert die Drehzahl dieser Welle. Dadurch verringert sich der Massenstrom [...] und der Schub [...] . Eine auf das Triebwerk angewendete konstante Schubregulierung (heute erreicht durch die Full Authority Digital Engine Control, FADEC) wird in erster Linie zu einer Erhöhung des Kraftstoffflusses führen und die Turbineneintrittstemperatur, TET, erhöhen. Höherer Druck in der Brennkammer und höhere Turbinenlast zusammen mit einer reduzierten Wellendrehzahl vergrößern den Anstellwinkel an den Verdichterschaufeln und heben damit den erreichten Druckanstieg in jeder Stufe leicht an. Auf diese Weise führen Wellenleistungsabnahmen auch zu einem näheren Betrieb an der Pumpgrenze.[...]
Wenn der LP-Welle Wellenleistung entnommen wird, verringert sich ihre Drehzahl. Außerdem wird die Lüfterdrehzahl reduziert, was den Schub erheblich verringert. Wenn die Triebwerkssteuerung den TET erhöht, erhöht die HP-Welle (in diesem Fall nicht von Leistungsabnahmen betroffen) sogar ihre Geschwindigkeit und ihren Massenstrom durch die LP-Turbine und den Kompressor im Vergleich zur ursprünglichen Situation. [...]
Wird der HP-Welle Wellenleistung entnommen, verringert sich deren Drehzahl und damit auch der Massenstrom durch den ND-Verdichter und die Turbine. Wenn die Motorsteuerung die TET erhöht, wird die Situation korrigiert.
Niedrige Schubwerte bedeuten immer eine hohe relative Leistungsentnahme P/T [Wellenleistungsabnahme P, Strahltriebwerksschub T] und einen hohen relativen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Bei hohen Schubwerten ist die relative Leistungsentnahme P/T kleiner und der relative spezifische Kraftstoffverbrauch geringer.