Alles über die Hauptkomponenten eines Strahltriebwerks

Haben Sie jemals in den Himmel geschaut und sich gefragt, wie ein so großes Flugzeug in der Luft bleibt? Ich auf jeden Fall. Die Magie dahinter ist das Strahltriebwerk, ein Wunderwerk der Technik. Seit Jahren bin ich von diesen effektiven Geräten begeistert. In diesem kurzen Artikel nehme ich Sie mit auf eine Reise in ein Strahltriebwerk. Wir werden uns alle wichtigen Komponenten ansehen, vom Lufteinlass bis zum Auspuff. Ich werde erklären, was jedes Teil macht und wie sie alle zusammenarbeiten, um den unglaublichen Schub zu erzeugen, der ein Flugzeug antreibt.

Was sind die Hauptkomponenten eines modernen Düsentriebwerks?

Ein modernes Strahltriebwerk hat zahlreiche Hauptkomponenten, die zusammenarbeiten. Stellen Sie es sich wie eine Gruppe vor, in der jeder Spieler eine spezielle Aufgabe hat. Die Hauptteile eines Strahltriebwerks sind der Lufteinlass, der Verdichter, die Brennkammer, die Turbine und die Schubdüse. Jedes davon ist entscheidend dafür, dass das Strahltriebwerk den Schub erzeugt, der zum Fliegen eines Flugzeugs erforderlich ist.

Der gesamte Vorgang ist ein Kreislauf. Luft tritt vorne ein, wird vom Verdichter verdichtet, mit Kraftstoff vermischt und in der Brennkammer verbrannt und dann durch die Turbine und die Düse nach hinten ausgestoßen. Dies erzeugt den effektiven Druck oder Schub, der das Flugzeug vorwärts bewegt. Das Strahltriebwerk ist eine Art Gasturbinentriebwerk. Dies bedeutet, dass es heißes Gas verwendet, um eine Turbine anzutreiben. Die Aufgabe der Turbine ist es, den Verdichter anzutreiben. Es ist eine clevere, kontinuierliche Schleife, die das Strahltriebwerk so effektiv und zuverlässig macht. Das Verständnis dieser Hauptkomponenten ist der erste Schritt zum Erkennen des Strahltriebwerks selbst.

Wie funktioniert der Lufteinlass in einem Strahltriebwerk?

Die Reise der Luft durch ein Strahltriebwerk beginnt am Lufteinlass. Der Lufteinlass oder Einlass ist der vorderste Teil des Strahltriebwerks. Seine Aufgabe ist es, die einströmende Luft einzufangen und in den Verdichter zu leiten. Es sieht einfach aus, aber sein Design ist wirklich wichtig. Die Form des Lufteinlasses hilft, die Luft zu reduzieren. Sie könnten denken, wir wollen, dass die Luft saust, aber der Verdichter benötigt die Luft, um sich mit einer langsameren Geschwindigkeit zu bewegen, um richtig zu funktionieren.

Das Layout des Lufteinlasskanals ist wichtig für die Effizienz des Strahltriebwerks. Für ein Flugzeug, das mit weniger als Schallgeschwindigkeit fliegt, ist der Kanal normalerweise ein einfaches, glattes Rohr. Für ein Flugzeug, das mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, ist der Lufteinlass jedoch viel komplizierter. Es hat eine spezielle Form mit Rampen oder Kegeln, um die Überschallluftbewegung vor dem Eintritt in den Verdichter auf eine Unterschallgeschwindigkeit zu reduzieren. Dieser Prozess ist sehr wichtig, um ein Problem zu vermeiden, das als Strömungsabriss im Verdichter bezeichnet wird, was dazu führen kann, dass das Strahltriebwerk nicht mehr funktioniert. Der Lufteinlass sollte einen konstanten Luftstrom zum Verdichter bei jeder Geschwindigkeit oder Höhe liefern.

Warum ist der Verdichter das Herzstück des Strahltriebwerks?

Ich nenne den Verdichter gerne das Herz des Strahltriebwerks, da dort die Luft gequetscht wird. Der Verdichter hat viele Reihen kleiner, sich drehender Schaufeln, die als Rotorblätter bezeichnet werden, und fester Schaufeln, die als Statorleitschaufeln bezeichnet werden. Wenn Luft durch den Verdichter strömt, drückt jede Reihe von Schaufeln sie immer mehr zusammen. Dies wird als Verdichtung bezeichnet. Wenn die Luft den Verdichter verlässt, ist ihr Druck viel höher. Diese Hochdruckluft benötigt das Strahltriebwerk für den nächsten Schritt.

Es gibt 2 Haupttypen von Verdichtern: axial und zentrifugal. In einem Axialverdichter strömt die Luft direkt durch den Motor, neben der Welle. Dies ist die gebräuchlichste Art, die in modernen Strahltriebwerken für große Flugzeuge verwendet wird. Ein Radialverdichter wirft die Luft nach außen, weg von der Mitte. Dieser Typ wird oft in kleineren Strahltriebwerken verwendet. Der Verdichter ist über eine Welle mit der Turbine verbunden. Die Turbine, die von den heißen Gasen angetrieben wird, liefert die Kraft, um den Verdichter zu drehen. Es wird viel Leistung benötigt, um den Verdichter in einem großen Strahltriebwerk zu betreiben. Tatsächlich nutzt der Verdichter den größten Teil der Leistung, die vom Turbinenabschnitt erzeugt wird.

Was passiert wirklich im Inneren der Brennkammer?

Nach dem Verdichter gelangt die Hochdruckluft in die Brennkammer. Hier findet das eigentliche Feuer und die Wut des Strahltriebwerks statt. In der Brennkammer wird die Luft mit Kraftstoff vermischt und aufgerührt. Ein spezieller Zünder, wie eine Zündkerze in einem Auto, wird verwendet, um das Gemisch zu zünden, wenn der Motor startet. Sobald es angezündet ist, brennt das Feuer kontinuierlich. Der Kraftstoff wird über viele kleine Düsen in die Brennkammer gesprüht, um sicherzustellen, dass er sich gut mit der Luft vermischt.

Die Temperatur in der Brennkammer kann extrem warm werden und über 2.000 ° C erreichen. Diese extreme Beheizung führt dazu, dass sich die Luft schnell ausdehnt. Das Design der Brennkammer, auch Brennkammer genannt, ist sehr wichtig für die Verbrennungseffizienz. Wir wollen, dass der gesamte Kraftstoff vollständig verbrennt, um die meiste Energie daraus zu gewinnen. Das warme Hochdruckgas, das in der Brennkammer erzeugt wird, ist die Energiequelle für das Strahltriebwerk. Dieses Gas strömt dann in den Turbinenbereich.

Wie bewältigt der Turbinenabschnitt extreme Temperaturen?

Die Turbine befindet sich direkt nach der Brennkammer, so dass sie von den superheißen Gasen getroffen wird. Die Aufgabe der Turbine ist es, einen Teil dieser Energie aus dem warmen Gas zu entnehmen, um den Verdichter anzutreiben. Dies geschieht mit zahlreichen Reihen von Turbinenschaufeln, die wie kleine Flügel aussehen. Wenn das warme Gas an den Turbinenschaufeln vorbeiströmt, bringt es sie dazu, sich mit sehr hoher Geschwindigkeit zu drehen. Diese Drehbewegung wird über eine lange Welle, die sie verbindet, auf den Verdichter übertragen. Die Generatoren, die den Verdichter antreiben, sind ein wesentlicher Bestandteil des Strahltriebwerks.

Die Turbinenschaufeln müssen sehr stark sein, um die hohe Temperatur und Rate zu bewältigen. Sie bestehen aus speziellen Metallen und haben oft eine Keramikbeschichtung, um sie zu schützen. Um zu verhindern, dass die Turbinenschaufeln und die Turbinenscheibe schmelzen, wird dem Verdichter Kühlluft entnommen und durch winzige Löcher in den Schaufeln geleitet. Diese erstaunliche Luft bildet eine schlanke Schutzschicht über der Oberfläche der Schaufeln. Dieses Kühlsystem ist ein wesentlicher Bestandteil des Designs des Strahltriebwerks. Ohne sie wäre die Turbine nicht in der Lage, die extreme Hitze aus der Brennkammer zu ertragen.

Welche Funktion haben Abgas und Düse bei der Erzeugung von Schub?

Nach dem Durchgang durch die Turbine hat das heiße Gas noch viel Leistung. Dieses Gas bewegt sich dann in den Auspuffbereich des Strahltriebwerks. Die Schubdüse ist die hintere Komponente des Strahltriebwerks. Seine Hauptaufgabe ist es, das warme Hochdruckgas zu nehmen und es mit sehr hoher Geschwindigkeit nach hinten auszustoßen. Nach dem dritten Gesetz der Bewegung von Newton gibt es für jede Aktion eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion. Die Bewegung des Gases, das nach hinten schießt, erzeugt den Schub, der das Flugzeug vorwärts drückt.

Die Form der Schubdüse ist äußerst wichtig. Für Flugzeuge, die mit Unterschallgeschwindigkeit fliegen, wird eine einfache, konvergente Düse verwendet, die am Ende schmaler wird. Diese Form hilft, die Abgase zu beschleunigen. Für Überschallflugzeuge wird häufig eine extra komplexe konvergent-divergente Düse verwendet. Diese Art von Düse kann die extrem hohe Geschwindigkeit und Temperatur des Abgases bewältigen und viel mehr Schub erzeugen. Einige Strahltriebwerkskonstruktionen haben auch einen Mischer im Auspuff, um die heiße Kernluft mit der kühleren Luft aus dem Bypass-Kanal zu mischen. Dies kann das Strahltriebwerk leiser und effektiver machen.

Kann ein Düsentriebwerk zu heiß werden und wie verhindern wir das?

Ja, ein Strahltriebwerk kann zu warm werden. Das Temperaturmanagement ist eine der größten Herausforderungen beim Layout von Strahltriebwerken. Die Brennkammer und der Turbinenbereich sind die heißesten Komponenten. Wenn diese Teile zu warm werden, können sie beschädigt werden oder sogar auftauen. Um dies zu stoppen, haben Entwickler clevere Möglichkeiten entwickelt, um das Strahltriebwerk abzukühlen. Wie ich sagte, ist eine übliche Methode, Entlüftungsluft aus dem Verdichter zu verwenden.

Diese kühle Luft wird durch eine Reihe von Rohrleitungen und Kanälen zu den heißen Komponenten des Motors geleitet. Zum Beispiel wird es verwendet, um die Turbinenschaufeln, die Turbinenscheibe und die Innenwände der Brennkammer abzukühlen. Dieses System hilft, die Temperatur dieser Hauptkomponenten innerhalb eines sicheren Funktionsbereichs zu halten. Die Klimaanlagen in einem zeitgenössischen Strahltriebwerk sind äußerst kompliziert und ein wichtiger Grund, warum diese Motoren so zuverlässig sind und Tausende von Stunden laufen können. Der konstante Luftstrom durch den Motor hilft auch, einen Teil der Wärme abzutransportieren.

Was ist ein Nachbrenner und wie erhöht er die Geschwindigkeit?

Einige Militärflugzeuge benötigen eine zusätzliche Geschwindigkeitssteigerung, insbesondere beim Start oder im Kampf. Hier kommt ein Nachbrenner ins Spiel. Ein Nachbrenner ist ein zusätzlicher Abschnitt, der an der Rückseite des Strahltriebwerks angebracht ist, nach der Turbine und vor der Schubdüse. Es ist hauptsächlich ein langes Rohr, in das viel mehr Kraftstoff direkt in das heiße Abgas gespritzt und aufgerührt wird. Dies erzeugt eine enorme Menge an zusätzlichem Schub.

Wenn der Nachbrenner eingeschaltet ist, können Sie eine große Flamme sehen, die aus der Rückseite des Strahltriebwerks kommt. Es ist ein sehr leistungsfähiges Gerät, aber es verbraucht auch eine große Menge Kraftstoff. Deshalb wird es nur für kurze Zeiträume verwendet, wenn maximaler Schub benötigt wird, um Überschallgeschwindigkeit zu erreichen. Der Nachbrenner kann den Schub eines Strahltriebwerks um 50% oder mehr erhöhen. Es erhöht jedoch auch die Temperatur der Abgase erheblich, so dass der Nachbrenner und die Düse aus Materialien hergestellt werden müssen, die dieser extremen Hitze standhalten können.

Wie genau versorgen die Welle und das Zubehörgetriebe das Flugzeug mit Strom?

Wir haben über die Hauptwelle gesprochen, die den Verdichter und die Turbine verbindet. Diese Welle ist das Fundament des Strahltriebwerks und überträgt die mechanische Energie von der Turbine zum Verdichter. Aber es gibt noch ein weiteres wichtiges Teil, das als Zubehörgetriebe bezeichnet wird. Das Strahltriebwerk bietet nicht nur Schub für das Flugzeug, sondern treibt auch viele seiner anderen Systeme an.

Das Zubehörgetriebe ist über einen Satz Zahnräder mit der Hauptwelle verbunden. Es ähnelt dem Nebenabtrieb an einem Traktor. Es treibt Dinge an wie:

• Die Kraftstoffpumpe für das Kraftstoffsystem des Strahltriebwerks.
• Die Hydraulikpumpe für die Flugsteuerungen des Flugzeugs.
• Der elektrische Generator für die elektrischen Systeme des Flugzeugs.

Während die Hauptaufgabe des Strahltriebwerks darin besteht, Schub zu erzeugen, dient es auch als Atomkraftwerk für das gesamte Flugzeug. Die Welle und das Getriebe sind entscheidend, damit dies geschieht.

Was unterscheidet Rolls-Royce und General Electric Triebwerke?

Rolls-Royce und General Electric sind zwei der größten Namen in der Welt der Strahltriebwerke. Ich hatte die Möglichkeit, Strahltriebwerkskonstruktionen von beiden Unternehmen zu recherchieren, und obwohl sie alle nach den gleichen Grundprinzipien arbeiten, gibt es einige interessante Stilunterschiede. Ein bemerkenswerter Unterschied bleibt in der Vielfalt der Wellen.

Zahlreiche General Electric Strahltriebwerke verwenden ein Zweiwellenlayout. Dies bedeutet, dass es eine Welle gibt, die einen Niederdruckverdichter und eine Niederdruckturbine verbindet, und eine zweite, separate Welle für den Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine. Rolls-Royce ist bekannt für sein Dreiwellen-Strahltriebwerksdesign. Dies fügt einen Mitteldruckverdichter und eine Turbine hinzu, jeweils auf einer eigenen Welle. Das Konzept hinter dem Dreiwellenstil ist, dass sich jeder Verdichter- und Turbinenbereich mit seiner eigenen besten Rate drehen kann, was das Strahltriebwerk extra effizient machen kann. Beide Layouts haben ihre Vor- und Nachteile, und beide Firmen stellen unglaublich zuverlässige und effektive Strahltriebwerke her.

Geheime Punkte, die Sie sich über Triebwerksteile merken sollten:

• Ein Strahltriebwerk funktioniert, indem es Luft ansaugt, sie verdichtet, sie mit Kraftstoff vermischt, die Kombination vergießt und dann das warme Gas nach hinten abfeuert, um Schub zu erzeugen.
• Die Hauptkomponenten sind der Lufteinlass, der Verdichter, die Brennkammer, die Turbine und die Schubdüse.
• Der Verdichter drückt die Luft auf einen hohen Druck, bevor sie in die Brennkammer gelangt.
• Die Brennkammer ist der Ort, an dem Kraftstoff mit der Luft vermischt und geschmolzen wird, wodurch heißes Hochdruckgas entsteht.
• Die Turbine entnimmt dem heißen Gas Leistung, um den Verdichter anzutreiben.
• Die Schubdüse beschleunigt das warme Gas, wenn es den Motor verlässt, wodurch Schub entsteht.
• Kühlsysteme sind äußerst wichtig, um zu verhindern, dass die warmen Komponenten des Strahltriebwerks beschädigt werden.
• Ein Nachbrenner kann verwendet werden, um einen großen Schub zu erhalten, verbraucht aber eine große Menge Kraftstoff.