Wie unterscheidet sich ein Überschallstrahltriebwerk von einem Unterschallstrahltriebwerk? [Duplikat]

Alle Strahltriebwerke haben die gleiche Methode, Luft in das Triebwerk zu strömen, die komprimiert und gezündet wird.

Was können Triebwerkskonstrukteure tun, damit ein Triebwerksdesign mehr Schub erzeugt? Was ist beispielsweise anders, wenn man die Olympus-Triebwerke der Überschall-Concorde mit den CFM56-Triebwerken einer 737 vergleicht?

Wenn Sie insbesondere nach Motoren fragen , ist diese Frage einfach ein Duplikat von Aviation.stackexchange.com/q/9066/524 (die zweite Antwort enthält mehr Details als die akzeptierte). Auch eine relevante Erklärung in dieser Antwort auf eine spezifischere Frage zu Einlässen (ich habe überlegt, hier eine Antwort zu schreiben, aber Peters Antworten enthalten so viele Details, dass es wahrscheinlich besser ist, sie hier zu verlinken).
Ich habe versucht, die Frage so umzuschreiben, dass Antworten gesammelt werden können, die a) für OP und b) allgemein pädagogisch relevant sind.

Antworten (1)

Schub ist Luftmassenstrom multipliziert mit der Drehzahldifferenz zwischen Flug- und Düsendrehzahl des Triebwerks. Um den Schub zu erhöhen, versuchen Unterschallmotoren, den Massenstrom zu maximieren (durch Erhöhen des Bypass-Verhältnisses), während Überschallmotoren mehr auf die Erhöhung der Düsengeschwindigkeit angewiesen sind (durch Verwendung von Nachbrennern).

Die Core-Triebwerke unterscheiden sich kaum – schließlich soll die Ansaugung dafür sorgen, dass Luft unabhängig von der Fluggeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit von Mach 0,4 bis 0,5 zum Triebwerk gelangt. Der Hauptunterschied liegt in ihrem Bypass-Verhältnis. Je langsamer die Entwurfsgeschwindigkeit ist, desto größer kann das Bypass-Verhältnis werden. Bei sehr niedriger Drehzahl wird der ungetriebene, ummantelte Fan gegen einen freidrehenden Getriebepropeller ausgetauscht, das heißt, der Jet verwandelt sich in einen Turboprop. Der Einlass und die Düse sind jedoch in der Tat sehr unterschiedlich.

Das optimale Nebenstromverhältnis ändert sich kontinuierlich, aber da der Luftwiderstandsbeiwert nach dem Überqueren von Mach 1 abfällt, sind Flugzeuge entweder für eine maximale Machzahl von 0,9 oder weniger oder 1,6 und mehr ausgelegt. Die entsprechenden Bypass-Verhältnisse betragen heute bis zu 12 für Unterschallmotoren und weniger als 1 für Überschallmotoren. Dies erzeugt eine scharfe Grenze bei Schallgeschwindigkeit, und viele Militärtriebwerke, die für Überschallflüge ausgelegt sind, verloren ihre Nachbrenner und wurden mit einem großen Lüfter ausgestattet, um Triebwerke für Unterschalltransportflugzeuge zu werden. Beispiele sind:

  • Der Turbojet Pratt & Whitney J57 (unter anderem in den Jägern F-100 und F-102 installiert) wurde zum JT-3D-Turbofan, der die Boeing 707 oder die DC-8 antreibt.
  • Das Herzstück des General Electric F110 (unter anderem verbaut in den F-15- und F-16-Jägern) wurde der CFM-56- Turbofan, der in der Boeing 737 oder dem Airbus A320 zum Einsatz kommt.

Die Unterschiede zwischen Unter- und Überschalltriebwerken werden größer, je weiter man sich von ihrem Kern entfernt. Hochdruckverdichter, Brennkammer und Hochdruckturbine sehen und funktionieren gleich, aber der Niederdruckverdichter von Unterschallmotoren schluckt viel mehr Luft und hat einen viel größeren Durchmesser. Überschalltriebwerke wiederum haben meistens einen Nachbrenner. Der größte Unterschied sind jedoch die Einlässe (großer Pitot-Einlass mit stumpfen Lippen für Unterschallflugzeuge im Vergleich zu einstellbaren Spitzen- oder Rampeneinlässen für Überschallflüge) und die Düse (fest für Unterschallflüge im Vergleich zu einer komplexen, einstellbaren konvergent-divergenten Düse für Überschallflüge) . Dies liegt an den sehr unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten und den viel höheren Austrittsgeschwindigkeiten, die für den Überschallflug erforderlich sind.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist die Abgasdüse. Unterschalltriebwerke verwenden konvergente Düsen mit fester Fläche, da diese leicht sind und eine ausreichende Leistung gegenüber den im Allgemeinen kleinen Düsendruckverhältnissen bieten, die beim Unterschallflug auftreten. Überschallflugzeuge benötigen eine konvergent-divergente Düse mit variabler Geometrie, die schwer ist, aber einen höheren Düsenschubkoeffizienten über einen größeren Bereich von Düsendruckverhältnissen bereitstellt.
@Richard: Hat der Satz „Der größte Unterschied sind aber die Einlässe […] und die Düse (fixiert für Unterschallflug versus komplexe, verstellbare konvergent-divergente Düse für Überschallflug)“ nicht ausgereicht? Ich habe sogar einen Link hinzugefügt, damit die Leute nachschlagen können, was an einer Con-Di-Düse so besonders ist.
Ah ... mein Fehler Peter. Ja, das reicht, sehr gut. Bitte akzeptieren Sie meine (demütige) Entschuldigung.