Was ist der Unterschied zwischen Turbojet- und Turbofan-Triebwerken?

Turbojets und Turbofans sind sich in der Tat sehr ähnlich:

• beide sind Turbinentriebwerke;
• beide erzeugen Schub aus Düsenabgasen;
• und beide haben vorne ein rotierendes Gerät, das als Ventilator bezeichnet werden kann. Obwohl es im Fall des Turbojets nicht als Lüfter bezeichnet wird, sondern als erste Stufe des Kompressors.

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Was ist also der Unterschied? Es gibt fünf Arten von Turbinentriebwerken, die nach ihren Hauptmitteln zur Schuberzeugung benannt sind:

1. Turbojets. Der allererste Strahltriebwerkstyp, wie er in der Messerschmitt 262 zum Einsatz kam: Kompressor, Brennkammer und Turbine. Die Turbine entzieht den Verbrennungsgasen genug Energie, um den Kompressor anzutreiben. Die gesamte Luft strömt durch den Motor selbst, und der Schub wird nur durch den Abgasstrom erzeugt. Bypass-Verhältnis Null.
2. Turbinentriebwerke mit niedrigem Bypass. Eine etwas lange, nicht einprägsame Beschreibung. Ein Teil des Luftstroms umgeht das Haupttriebwerk und wird von der ersten Stufe des Kompressors komprimiert, die einen größeren Durchmesser als das Haupttriebwerksrohr hat. Die Turbine treibt den Kompressor und den Lüfter (Low Bypass) an, der Abgasstrom aus der Turbine erzeugt immer noch einen beträchtlichen Teil des Schubs - umgekehrt proportional zum Bypass-Verhältnis, das 0 < BPR < etwa 2 ist.
3. Turbofans. Wie oben, benannt nach der großen sichtbaren fächerartigen ersten Stufe. Diese Motoren sind Turbinen mit hohem Bypass, 5 < BPR < 15 und werden immer größer.
4. Turboprops. Die Hauptschubquelle ist ein Propeller, der längere und weniger Blätter als ein Lüfter hat, um die Luftwiderstandsstrafen zu begrenzen. Die Turbine treibt den Kompressor und den Propeller an, ein Teil des Abgasstroms wird noch zur Schuberzeugung verwendet - laut Torenbeek Abschnitt 4.3.5 werden etwa 5 - 10% des Schubs durch das Abgas erzeugt. BPR von Luft durch Propeller/Luft durch Motor beträgt bis zu etwa 50.
5. Turbowelle. Die Hauptschubquelle ist ein Helikopterrotor oder ein anderes Drehmoment erforderndes Gerät, wie ein elektrischer Generator in einer APU. Die gesamte Netto-Turbinenleistung wird auf die Antriebswelle aufgebracht, kein praktischer Schub aus dem Abgasstrom.

Die fünf Typen verwenden schrittweise einen Bypass-Luftstrom, um Schub zu erzeugen. Die Erhöhung der Bypass-Luft ermöglicht die Beschleunigung einer größeren Luftmasse mit einer geringeren Geschwindigkeit, wodurch der erforderliche Schub mit einem höheren Wirkungsgrad erzeugt wird. Das Bypass-Luftvolumen ist jedoch umgekehrt proportional zur Fluggeschwindigkeit: Je schneller das Flugzeug ist, desto geringer ist die Menge an Bypass-Luft, die verwendet werden kann. Bei Überschallgeschwindigkeit ist Bypassluft für die Schuberzeugung sehr problematisch.

Das Bild unten zeigt das Olympus-Triebwerk, das für den Antrieb der Concorde verwendet wird, ein reiner Turbojet mit 2 Achsen und 7 Kompressorstufen pro Achse.

Der unten abgebildete GE CF6 mit einem BPR von etwa 5 wurde für B747, A300 und DC10 verwendet und ist ein Turbofan: Die erste Stufe des Kompressors ragt über die verbleibenden Stufen hinaus und umgeht den größten Teil des Lufteinstroms außerhalb des Hauptstrahltriebwerks . Diese Bypass-Luft ist das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen Turbojet und Turbofan. Optisch ist der große Lüfter natürlich sehr auffällig.

In einem Turbojet strömt die gesamte Luft durch das eigentliche Triebwerk, durch die Brennkammer und alle Stufen des Kompressors und der Nachverbrennungsturbinenschaufeln.

Bei einem Turbogebläse wird ein Teil der Luft einfach von einem Gebläse um den Rest des Motors geschoben . Das ist die „ Umgehung “. Wie Harper betont, unterscheidet es sich nicht grundlegend von einem Turboprop oder dem Extrahieren anderer mechanischer Arbeit aus einem Turbinentriebwerk, indem der Auspuff mehr Arbeit verrichtet, um eine Welle zu drehen.

Bei Turbofan mit niedrigem oder hohem Bypass geht es darum, wie viel Luft um die Brennkammer strömt.

In einem High-Bypass-Turbofan kommt fast der gesamte Schub vom Fan, wobei Turbowellen fast die gesamte Arbeit aus dem Jet-Abgas extrahieren, um den Fan anzutreiben. Der Schub der heißen Verbrennungsprodukte, die hinten herauskommen, ist gering.

In einem Low-Bypass-Turbofan kommt immer noch ein guter Teil des Schubs aus dem Jet-Teil, so dass er auf halbem Weg zwischen einem reinen Turbojet und einem modernen High-Bypass-Turbofan liegt. Besser für höhere Geschwindigkeiten und eine schnellere Gasannahme ohne einen großen Lüfter zum Aufspulen.

Laut @J wird im Gripen- Überschalljäger ein Turbofan mit sehr niedrigem Bypass wie 0,3: 1 als " Effizienzoptimierung " verwendet ... Dies ist technisch gesehen ein Turbofan, aber leistungsmäßig kommt er einem Turbojet sehr nahe , nur sparsamer bei niedrigeren Geschwindigkeiten und Schubkraft. Der F-16 verwendet einen Turbofan mit einem Bypass von 0,71:1 . Diese Triebwerke können einen Nachbrenner verwenden, um den Jet-Anteil ihres Schubs noch mehr zu verstärken.

Frühe Düsenjäger verwendeten oft reine Turbojets, aber F-14, F-15, F-16 und andere Jäger dieser Epochen und neuere verwenden Turbofans mit sehr niedrigem Bypass.

Andere Antworten gehen auf mehr Details und Vergleiche ein, aber denken Sie daran, dass der Hauptunterschied darin besteht, dass ein Turbojet keinen Bypass hat.

Ich weiß, dass beide einen Fan haben

Nein, wie Kommentare zu der Frage zeigen, hat ein Turbojet keinen Lüfter .

Völlig unterschiedliche Designphilosophien

Sie sind beide Turbinentriebwerke, und hier endet die Ähnlichkeit.

In einem Turbojet ist das Kompressor-Brenner-Turbinen-Paket optimiert, um Schub zu erzeugen .

Ein Turbofan - Motor ist eine Art Turbowellenmotor . Diese verwenden einen Kompressor-Brenner-Turbinenkern, verwenden jedoch einen sekundären Satz Turbinenschaufeln, um ihren Schub in Wellenrotation umzuwandeln . Typischerweise befindet sich dies auf einer separaten Welle, die sich mit ihrer eigenen Geschwindigkeit dreht. Die Wellenrotation wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, hauptsächlich um Kolbenmotoren zu ersetzen:

• Spingeneratoren in Kraftwerken (oder Flugzeug-APUs!)
• Helikopterrotoren drehen
• Antriebspumpen
• Schiffsschrauben (Wasserpropeller) antreiben
• Spin-Air-Schrauben (Flugzeugpropeller; dies wird als Turboprop - Motor bezeichnet)
• Spin Prop-Fans
• Drehen Sie einen gigantischen, übergroßen Impeller. Dies wird als "Turbofan" -Motor bezeichnet, und danach fragen Sie.

Aber das ist eigentlich alles dasselbe: ein Turbowellenmotor, der eine Art Schuberzeuger rotierend antreibt. (im obersten Fall Elektronenschub, aber lassen Sie uns nicht streiten).

Die bloße Tatsache, dass die Wellendrehung von einem Kompressor-Brenner-Turbinen-Triebwerk kommt, ist reiner Zufall. Es wäre durchaus möglich, einen Dieselmotor einen Impeller drehen zu lassen, wenn Sie einen kompakten und leistungsstarken Dieselmotor bekommen könnten.

Kapiert? Der Impeller hat vielleicht eine kosmetische Ähnlichkeit mit dem Einlass eines Turbojet-Triebwerks, aber er wird einfach verwendet, weil er die beste „Stütze/Lüfter“ für den Job ist. Wenn Turboprops oder echte Propfans effizienter wären, würden sie stattdessen verwendet werden.

Natürlich könnte die sekundäre Turbinenstufe absichtlich weniger effizient gemacht werden , sodass sie nicht den gesamten Schub in Wellendrehung umwandeln kann. In diesem Fall würde immer noch ein gewisser Schub in Turbojet- Manier auftreten . Das ist eigentlich ein "Knopf", an dem der Motorenkonstrukteur drehen kann. Bei Helikoptern wird es bis zur "Welle" befestigt, und Sie sehen, wo viele Helikopter ihren Turbinenauspuff um 60 Grad biegen. Ein stationärer Generator hat auch keine Verwendung für Schub, außer um die Abgasfahne in Bewegung zu versetzen. Für die meisten zivilen Turbofans ist es belanglos; Die Schubumkehrer machen sich nicht einmal die Mühe, den Strahlschub umzukehren und nur den Lüfterschub umzukehren.

Nachdem ich alle Antworten gelesen hatte, hatte ich das Gefühl, dass keiner von ihnen die Antwort wirklich auf eine für einen Laien verständliche Weise erklärte, also werde ich versuchen, dies zu tun.

Zunächst einmal verbrennen beide Triebwerkstypen Treibstoff, um Energie zu erzeugen, die letztendlich dazu verwendet wird, einen Luftstrom zum Heck des Flugzeugs zu beschleunigen, um Schub zu erzeugen. Sie unterscheiden sich in der Methode, mit der sie diesen Luftstrom beschleunigen. Newtons drittes Gesetz besagt (ungefähr), dass es für jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion gibt, dh wenn das Triebwerk die Luft nach hinten drückt, muss das Triebwerk (und das Flugzeug, an dem es befestigt ist) vorwärts beschleunigen. Das ist mit dem Wort Schub gemeint. Beachten Sie auch, dass Kraftstoff zum Verbrennen ein Oxidationsmittel benötigt und dass Sauerstoff aus der Luft stammt.

Turbofan

Ein Turbofan ähnelt dem klassischen und intuitiven Propellermotor. Die Lüfterblätter drücken die Luft wie ein Lüfter in Ihrem Haus, und das Motorgehäuse leitet diesen Luftstrom nach hinten. Ein Teil der Luft muss auch in den Motorkern eintreten, um den Kraftstoff zu oxidieren, um die Energie zu erzeugen, die die Propellerwelle antreibt, aber der größte Teil geht um den Kern herum und nach hinten hinaus. Im Wesentlichen "drücken" die Lüfterflügel die Luft ab, so wie Sie sich von der Wand eines Schwimmbeckens abstoßen könnten, um Ihren Körper durch das Wasser zu beschleunigen (oder besser, so wie das Paddeln im Wasser Sie vorwärts drückt, während Sie das Wasser drücken rückwärts). Beachten Sie, dass die Motorabgase hier keine direkte Rolle bei der Schuberzeugung spielen, der Schub kommt von den großen Lüfterflügeln, die die Luft nach hinten drücken.

Betrachten Sie als Analogie ein Auto: Kraftstoff wird im Motor verbrannt, indem er mit Sauerstoff aus der Luft gemischt wird (häufig unter Verwendung eines Turboladers , der Luft komprimiert, um den Kraftstoff schneller zu verbrennen, was auch der Turbofan -Motor verwendet); die Kraftstoffverbrennung drückt die Kolben, die dann die Antriebswelle (Propellerwelle) drehen; Die Antriebswelle (Propellerwelle) dreht dann die Räder (Lüfterflügel), die sich vom Bürgersteig abstoßen (Luft um die Lüfterflügel), um das Auto (Flugzeug) vorwärts zu schieben. Beachten Sie noch einmal, dass die Abgase Ihres Autos keine direkte Rolle beim Vorantreiben des Autos spielen, sondern nur das Nebenprodukt der Kraftstoffverbrennung sind.

Turbostrahl

Ein Turbojet hingegen ist genau wie der Name schon sagt, ein Jet. Es leitet die gesamte Luft in den Motorkern, mischt sie mit Kraftstoff und komprimiert sie, um hohe Temperaturen und einen großen Druckgradienten zu erreichen, beschleunigt die Luft schnell und schießt sie wie eine Rakete nach hinten hinaus. Die Physik ähnelt dem Bedecken des Endes eines Gartenschlauchs mit dem Daumen, um die Geschwindigkeit des Wasserstrahls zu erhöhen. In diesem Fall mischen Sie es jedoch auch mit Kraftstoff, um seine Temperatur zu erhöhen und die Geschwindigkeit noch weiter zu erhöhen. Der Schub wird dann erzeugt, indem die Hochtemperatur-Hochgeschwindigkeitsabgase des Motors nach hinten ausgestoßen werden, was der Funktionsweise einer Rakete ähnelt. Der Unterschied besteht darin, dass ein Turbojet komprimierte Luft als Oxidationsmittel verwendet, während eine Rakete ihr eigenes Oxidationsmittel mitführen muss (da es im Weltraum keine Luft gibt!). Beachten Sie, dass der Motor immer noch Lüfterblätter hat, die benötigt werden, um die Luft zurückzudrücken und zu komprimieren. Vergleichen Sie dies mit einem Staustrahltriebwerk, einem Triebwerk, das nach dem gleichen Prinzip arbeitet, aber nur mit extrem hoher Geschwindigkeit arbeitet, bei dem der bloße Druck der einströmenden Luft ausreicht, um das Triebwerk ohne die Unterstützung von Lüftern zu betreiben. In jedem Fall impliziert das Wort „Jet“, dass der Schub durch einen Hochgeschwindigkeits-Abgasstrom erzeugt wird, der aus der Rückseite des Triebwerks geleitet wird, dh der Auspuff spielt die Hauptrolle dessen, was ausgestoßen wird, um Schub zu erzeugen.

Falls es nicht klar ist, das Präfix "turbo" bezieht sich auf die Kompressionsstufe. Druckluft hat eine höhere Sauerstoffdichte und verbrennt den Kraftstoff schneller und vollständiger als unkomprimierte Luft. In großer Höhe ist eine Kompression notwendig, da dort die Dichte der Luft so gering ist.

Nämlich

Noch eine verkürzte Erklärung des oben Gesagten anhand der Analogie des Verbrennungsmotors mit einem Turbolader. Im Verbrennungsmotor verdichtet der Turbolader die Luft, die dann mit Kraftstoff vermischt und in den Brennraum eingespritzt wird. Der Kolben komprimiert das Gemisch weiter und es wird dann gezündet. Die Zündung des Kraftstoffs bewirkt, dass sich das Gas schnell erwärmt und ausdehnt, und dieser Druck wird verwendet, um den Kolben zurückzudrücken, der die Kurbelwelle und damit das Rad dreht.

Nun zum Turbofan und Turbojet. Beide Motoren haben einen Kern, der die einströmende Luft komprimiert, mit Kraftstoff mischt und verbrennt. Der Unterschied besteht darin, dass ein Turbofan den resultierenden Druck des expandierenden Gases verwendet, um eine Kurbelwelle zu drehen, die die großen Fanschaufeln dreht, um Schub zu erzeugen. Anstatt den Druck zum Drehen einer Kurbelwelle zu verwenden, lässt ein Turbojet ihn einfach aus dem hinteren Ende des Triebwerks entweichen und erzeugt so Vorwärtsschub.

Hoffentlich verdeutlicht dies einige der anderen Antworten.

Eine Brennturbine besteht aus Verdichterstufe, Brennstufe und Gasturbinenstufe. Sowohl die Kompressor- als auch die Turbinenstufe bestehen aus Sätzen von Stator- und Rotorschaufeln, und die Rotoren sind über eine Welle verbunden, sodass ein Teil der von der Turbine erzeugten Arbeit zum Komprimieren der Ansaugluft verwendet werden kann. Der Ausgang der Turbinenstufe ist ein Hochgeschwindigkeitsstrahl aus heißer Luft-Brennstoff-Verbrennungsprodukt-Mischung (was zu Abgasschub führt) und eine Drehwelle (tragendes Drehmoment). Alle Turbinenmotoren teilen sich diese Basis.

Die Unterschiede zwischen Motoren sind ihre Optimierungen und damit Designs. Turbostrahltriebwerke sind auf maximalen Abgasschub und minimales Drehmoment optimiert, um eine optimale Arbeit des Triebwerks zu gewährleisten .

Turbo- Prop , Turbo- Fan und andere Turbo-Motoren sind darauf optimiert, maximales Drehmoment an der Welle zu erzeugen und der Auspuffschub ist hier von geringerem Interesse. Der Propeller erzeugt dann den Hauptschub des gesamten Triebwerks. Turbofan - Triebwerke können als fortgeschrittene Propellertriebwerke angesehen werden , da sie den Luftstrom durch den Bypass optimieren, was zu geringeren Verlusten durch Luft führt, die aus dem Propellerquerschnitt entweicht. Und der Propeller heißt Fan, weil wir die Designs unterscheiden müssen, richtig?

• Turbo- Jet - Schmal, lang, optimiert für strahlerzeugten Schub. Wird hauptsächlich in Kampfflugzeugen verwendet und im Rumpf montiert.
• Turbogebläse - Breit, kurz, optimiert für vom Propeller erzeugten Schub. Wird in Flugzeugen und Bombern verwendet. Flügelmontiert oder außerhalb des Körpers montiert.

Wie Sie auf den Bildern von Kyovis sehen können, sind beim Blick auf die Vorderseite des Triebwerks die Schaufeln der ersten Verdichterstufe am Turbostrahltriebwerk zu sehen . Beim Turbo- Fan- Triebwerk sieht man die Schaufeln des Propellers - hier Fan genannt -, die Verdichterschaufeln sind viel kleiner und verstecken sich hinter dem großen Propeller.

Mit anderen Worten, die Motoren bestehen aus Schaufeln, Welle(n) und Gehäusen (ohne die Kraftstoffversorgung und die Steuerungen zu vernachlässigen). Die Klingen sind:

• Kompressorrotorblätter - ihr Zweck besteht darin, die einströmende Luft auf für die Verbrennung optimale Drücke und Temperaturen zu komprimieren,
• Kompressor-Statorschaufeln - ihr Zweck ist es, den Luftstrom durch den Kompressor zu optimieren und dessen Effizienz zu erhöhen,
• Turbinenrotorblätter - ihr Zweck ist es, die Wärmeenergie der Abgase in mechanische Arbeit als Drehmoment an der Welle umzuwandeln,
• Turbinenleitschaufeln - ihr Zweck ist es, den Luftstrom durch die Turbine zu optimieren,
• Propellerblätter - ihr Zweck ist es, das Drehmoment von der Welle in Schub umzuwandeln. Nur bei Turbo- Prop- Motoren vorhanden ,
• Lüfterblätter - wie Propellerblätter, aber im Bypass-Kanal eingeschlossen. Nur bei Turbo- Lüftermotoren vorhanden .

Ich werde es ganz einfach machen

Turbofan-Triebwerke haben einen Kern und einen Bypass-Kanal. 83 % des Schubs werden von der Bypass-Luft erzeugt, während die anderen 17 % vom Kern erzeugt werden. Die Umgehungsluft ist einfach kalte Luft, die von den riesigen Lüftern an der Vorderseite des Motors nach hinten getrieben wird. Der Rest der Luft tritt in den Kern ein, wo er durch die Kompressoren und die Brennkammer strömt und mit hoher Geschwindigkeit aus dem Auspuff austritt, wodurch Schub erzeugt wird.

Turbojet ist im Grunde ein Turbofan ohne BYPASS DUCT . Die einzige Schubquelle ist der Kern. Das ist es! Ich werde Ihnen unten 2 Bilder zur Verfügung stellen, damit Sie es besser verstehen können.

100 % Lüfter wie die meisten großen Passagiertransporter wandeln so viel Wärme wie möglich in mechanische Energie um, um den Lüfter anzutreiben, der das Flugzeug antreibt. Geringstes Rauschen, beste Energieumwandlung. Turbojets wandeln Wärme in Hochdruckabgase um, um wie eine Rakete einen Reaktionsschub zu erzeugen, damit Kampfjets die Schallmauer durchbrechen können. Nicht so guter thermischer Wirkungsgrad und sehr laut. Motoren aus den späten 1960er Jahren begannen damit, einen Teil der Ansaugluft am stromerzeugenden Teil des Motors vorbeizuleiten, um sich mit dem heißen Gas im Endrohr zu vermischen, das vom Kernstromgenerator stammt, um eine Ausdehnung des Kühlers durch das Hindurchleiten von Luft zu erzeugen und somit den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Das sind also wirklich die 3 Arten von Strahltriebwerken. Heißer Hochdruck für reinen, leichten Überschallschub. (20:1 Druckänderung),Hoher Bypass-Düse für etwas Reaktion, aber mit einer effizienten Cruze-Option (8: 1) Druckdifferenz = praktisch alle modernen Mehrzweck-Kampfflugzeuge. Vollständiger mechanischer Umbau (1,75:1 Druckänderung) = praktisch alle modernen Passagierflugzeuge.

Das Strahltriebwerk entwickelt den größten Schub in der Schubdüse.

Das Turbofan-Triebwerk entwickelt den größten Teil des Schubs im Fan.

Kein Motor entwickelt den ganzen Schub im Auspuff oder im Lüfter. Es besteht ein Gleichgewicht zwischen den beiden Komponenten

Eine Ausnahme bildet die Turbowelle, bei der die Turbine die gesamte Leistung aus dem Abgas aufnimmt, um die Welle anzutreiben. Sowohl Flugzeug- als auch Hubschrauber-Turboprops erzeugen keinen Schub im Auspuff. Turbowellenmotoren werden aufgrund ihrer enormen spezifischen Leistung (Verhältnis von Leistung zu Gewicht) auch in Bodenanwendungen (Kraftantriebe) und Marineanwendungen für das Militär eingesetzt.

Hinweis: Der Name Turbowelle bezieht sich auf den Motor, indem er die Leistung angibt, die an der Welle anliegt. Der Name Turboprop bezieht sich auf den Turbowellenmotor und die Propellerbaugruppe.