Warum sind gegenläufige Strahltriebwerke so selten? Ein solches Strahltriebwerk hätte gegenläufige Turbinen oder gegenläufige Kompressoren oder beides.
Tatsächlich kann ich mir nicht einmal ein Flugzeug vorstellen , das dies hat. Wenn einige Propellertriebwerke Kontrarotatoren haben, verstehe ich nicht, warum einige Jets sie auch nicht haben.
Es scheint mir, dass die gegenläufigen Teile beim Extrahieren von Strom oder beim Komprimieren von Luft effizienter wären. Es gibt bereits gegenläufige Turboprobs (Tu-95) und Turboprops sind Düsentriebwerken sehr ähnlich, daher denke ich, dass es keine Frage des technischen Wissens ist. Ein weiterer Vorteil wären reduzierte oder eliminierte Kreiselkräfte, die das Gier- oder Nickdrehmoment behindern, worüber ich eine weitere Frage stellen werde.
Übrigens denke ich nur an Axialstrahltriebwerke. Ich habe völlig vergessen, dass es früher zentrifugal komprimierte Strahltriebwerke gab, die so gut wie verschwunden sind.
EDIT: Die Frage bezieht sich auf Jets (entweder Turbofans oder Turbojets), aber ich habe den Tu-95 und seine Turboprop-Triebwerke erwähnt, weil Turboprop-Spulen Jet-Triebwerken sehr ähnlich sind. Ich dachte jedoch, dass bei diesen Tu-95-Motoren alles gegenläufig rotiert, aber es stellte sich heraus, dass nur die Propeller gegenläufig rotierten, nicht die Turbinen. Wenn es dennoch einen Turboprop mit gegenläufigen Spulen gäbe, würde ich gerne hier davon hören, weil ich denke, dass dies einen großen Einfluss auf die Frage nach gegenläufigen Strahltriebwerken und deren Effizienz haben würde.
Wenn sich die Niedriggeschwindigkeits- und die Hochgeschwindigkeitsspule in die gleiche Richtung drehen, ist die relative Geschwindigkeit zwischen ihnen gering. Gegenläufig bedeutet, dass Sie die einzelnen Drehzahlen verdoppeln müssen, um die Relativdrehzahl zu erreichen, was die Lagerverluste stark erhöht. Sowohl die Reibung als auch der Verschleiß steigen im regulären Betrieb ohne großen Nutzen. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist das Rolls-Royce Pegasus- Triebwerk für den Harrier-Sprungjet.
Statoren zwischen den rotierenden Stufen sorgen dafür, dass der Luftstrom im Inneren des Motors hauptsächlich in axialer Richtung erfolgt, sodass eine unterschiedliche Drehrichtung zwischen zwei Spulen aerodynamisch kaum einen Unterschied macht. Durch den Gegenlauf wird allerdings der Stator zwischen der letzten Stufe der Hoch- und der ersten Stufe der Niederdruckturbine obsolet. Das von @Moo verlinkte Video nennt als Vorteil eine Reduzierung der Teileanzahl um 10 %. Zusätzlich soll die erste Stufe der Niederdruckturbine einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen (wie der zweite Propeller eines gegenläufigen Propellers ).
with little benefit in regular operation.? Insbesondere die Triebwerke der Tu-95 sind gegenläufige Turboprops, und die Turbinen von Turboprops sind Jets sehr ähnlich. Oder hatten diese Motoren vielleicht keine gegenläufigen Spulen, sondern nur gegenläufige Propeller?Die Gegenrotation in zivilen Turbinentriebwerken wurde erstmals von Rolls Royce im Trent 900 eingeführt, wo sich seine Hochdruckspule in die entgegengesetzte Richtung zu den anderen Spulen drehte.
Die GEnx-Motorenfamilie verwendet gegenläufige Spulen – der Hochdruckkompressor wird im Uhrzeigersinn angetrieben, während der Niederdruckkompressor gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird.
Die Trent XWB-Motorenfamilie folgt dem Trent 900 und verwendet ebenfalls gegenläufige Spulen – der Hochdruckkompressor wird im Uhrzeigersinn angetrieben, während die Niederdruck- und Mitteldruckkompressoren gegen den Uhrzeigersinn angetrieben werden.
Es scheint mir, dass die gegenläufigen Teile beim Extrahieren von Strom oder beim Komprimieren von Luft effizienter wären.
Bei Propellern sind gegenläufige Propeller die einzige Möglichkeit, die Drehung des Windschattens zu stoppen. Düsentriebwerke haben jedoch statische Leitschaufeln, die die Rotation fast genauso effizient stoppen, mit einem Bruchteil der Komplexität der tatsächlichen Gegenrotation.
Ein weiterer Vorteil wären verringerte oder eliminierte Kreiselkräfte, die das Gier- oder Nickdrehmoment behindern
Diese sind im Vergleich zu den aerodynamischen Kräften im Flug vernachlässigbar. Das einzige Flugzeug, bei dem es darauf ankommt, ist der Hawker Siddeley Harrier , und der hat tatsächlich einen Motor mit gegenläufigen Spulen .
Wenn Sie über die Herstellung von gegenläufigen Spulen in einem Axialstrahltriebwerk sprechen, wäre der Hauptvorteil die Drehmomentreduzierung. Beachten Sie jedoch, dass das auf jede Spule ausgeübte Drehmoment erhebliche Unterschiede in der Größe aufweisen kann, wodurch ein Großteil des Vorteils effektiv zunichte gemacht wird.
Einzelne Stufen gegenläufig zu drehen, hätte eine albtraumhafte Komplexität in Bezug auf das Getriebe und die zugehörigen Systeme, um dies anzutreiben, zusätzlich zu einer ernsthaften Gewichtszunahme und einer verringerten Zuverlässigkeit. Aus diesen Gründen wurde ein solches Design nie ernsthaft in Erwägung gezogen.
Nun wurde von Zeit zu Zeit über gegenläufige Ventilatoren nachgedacht. Einige Beispiele, die einem direkt in den Sinn kommen, sind das UDF-Gebläsedesign von General Electric in den 1970er Jahren als Versuch, die Motoreffizienz zu erhöhen. Und SENECMA arbeitet offenbar an einem gegenläufigen Turbofan-Lüfter für mehr Effizienz sowie reduzierte IR-Signaturen für UAVs.
the major advantage there would be torque reduction.Was bedeutet „Drehmomentreduzierung“? Wenn es das von der Turbine erhaltene Antriebsdrehmoment verringert, würde dies die Motorleistung und damit den Wirkungsgrad verringern. keep in mind that the torque applied to each spool may have a considerable disparity in in magnitudeWarum ist das so? Wenn jede Turbine die gleiche Anzahl von Schaufeln, die gleiche Form und direkt nebeneinander hat, wie könnte es dann zu einer beträchtlichen Ungleichheit kommen, nur weil sie sich in entgegengesetzte Richtungen dreht? (Möglicherweise muss ich eine neue Frage dazu eröffnen, wie gegenläufige Düsen funktionieren würden).Die Drehmomentreduzierung spielt keine Rolle und ist so oder so kein Faktor. Was die Gegenrotation für einen Turbofan (in den gegenwärtigen Konstruktionen ohne Getriebe) bewirkt, ist
Die wirklichen Vorteile der Gegenlaufspulenstrahltriebwerke sind die folgenden:
Steigern Sie den Wirkungsgrad durch das erhöhte Verdichtungsverhältnis des Kompressors, aufgrund der Gegendrehung am Schnittpunkt zwischen Nieder- und Hochdruckstufe. Und einfach da. Zwischen der letzten Stufe der Niederdruckspule und der ersten Stufe der Hochdruckspule ist aufgrund der gegenläufigen Ausrichtung der gegenläufigen Schaufeln kein Stator erforderlich. Die gegenläufig rotierenden Schaufeln wirken je nachdem, was sich davor (aber in entgegengesetzter Richtung) dreht, wie ein Stator.
Wie baut man die Druckstufe einer Verdichterstufe auf? Sie haben einen Rotor, der den Luftstrom beschleunigt, und einen Stator, der ihn verlangsamt, aber gleichzeitig den Druck erhöht. Wenn Sie also einen Rotor mit beispielsweise 10000 U / min haben, ist die "U / min" des Stators im Vergleich dazu null.
Wenn Sie nun eine gegenläufig rotierende Welle haben, bedeutet ihr Rotor mit weiteren 10000 U / min, dass die relative Rotationsgeschwindigkeit 20000 U / min beträgt. Der Anstieg wird also viel höher sein, das Druckverhältnis dort wird erhöht. Aber nur dort. In den anderen Stufen der Niederdruck- und Hochdruckkompressoren muss ein Stator enthalten sein. Dies ist auch die gleiche Regel der Turbine, mit dem gleichen Nutzen.
Der zweite Vorteil ist nicht die Drehmomentreduzierung. Dies würde in der Welt der Strahltriebwerke keinen Sinn machen, nur in der Welt der Propellertriebwerke (Kolbentriebwerk oder Turboprop).
Die eigentliche Sache ist jedoch die Präzessionsreduzierung , die für das Manövrieren mit hohem AoA unerlässlich ist. Die rotierende Masse hat eine eigene Präzession, die versucht, sich um die Welle der rotierenden Masse zu drehen.
Dies ist offensichtlich, wenn Sie auf der Landebahn mit niedriger Geschwindigkeit laufen und in einem Propellerflugzeug Gas geben. Das Propellerdrehmoment ist nur eine Sache, denn es möchte Ihr Flugzeug um die Längsachse drehen (aber die Zahnräder halten es). Die Präzession davon möchte Sie von der Landebahn rudern.
Diese Abfahrtslage ist abhängig von der rotierenden Masse und den Drehzahländerungen. Das einzige, was es stabilisieren könnte, ist der Luftstrom um das Flugzeug herum, wenn sich Ihre Geschwindigkeit aufbaut. Aber in einem Kampfjet (F-22 oder F-35) möchte die rotierende Masse der Wellen das Flugzeug aufgrund der rotierenden Achse und der Bewegung bei einem Manöver mit extrem niedriger Geschwindigkeit und hohem Anstellwinkel ausbrechen Der Vektor zeigt nicht in die gleiche Richtung.
Es ist eine kritische Situation. Wenn Sie sich die Videos der russischen Su-30MKI...SM oder der Su-35S oder der Su-57 ansehen, werden Sie deutlich sehen, wie die riesigen Ruder und die TVC-Düsen versuchen, den Tag des Piloten während eines Post-Stall-Manövers zu retten, angetrieben durch das sehr ausgeklügelte Fly By Wire System. Und sehr oft können Sie aufgrund der ähnlichen Richtungsspulen der AL-31FP- oder AL-41F1S-Motoren viele unerwünschte Rutschungen sehen, insbesondere am oberen Ende dieser Manöver mit niedriger Geschwindigkeit. Mehr dazu, bei diesen Flugzeugen sind die Triebwerke ziemlich weit von der Längsachse entfernt (im Gegensatz zur F-22), haben also auch ein ziemlich großes Drehmoment (Drehmoment).
Und natürlich haben alle VTOL-Flugzeuge aufgrund des Problems der Präzession gegenläufige Spulen, da dies verhindern könnte, dass sich das Flugzeug langsam um die vertikale Achse dreht. Und nein, das ist nicht das gleiche Phänomen wie bei den Helikoptern, durch das Hauptrotordrehmoment. Es liegt nicht am Drehmoment. Es ist die Präzession.
Der NK-12 ist ein Einwellen-Turboprop mit einem gegenläufigen Getriebe, das den Koaxialpropeller antreibt. Es gibt jedoch einige echte gegenläufige Strahltriebwerke. Zum Beispiel die P&W F119PW100 von F-22 Raptor, die F135 aus der F-35-Familie, die Sojus R-79V-300 der Yak-141, die AL-41F der MiG 1.44 und auch der Harrier's Pegasus-Motor. Dies sind Doppelspulenmotoren. Es gibt zwei große Hauptvorteile: - Höheres Kompressionsverhältnis durch die höhere relative Luftstromgeschwindigkeit am Treffpunkt der beiden Spulen; - Nahezu keine Präzessionskraft aufgrund des ausgeglichenen Drehmoments jedes Rotors. Dieser ist besonders gut für die VTOL-Flugzeuge, da bei Nullgeschwindigkeit kein Drehmoment vorhanden ist.
Der Dreispuler RB199 in den Tornado-Jets hat übrigens auch gegenläufige Wellen.
Zeus
DrZ214
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J Walters
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