Luft Turborocket - Air turborocket

Nord 1500 Griffon II , der von einer Turbojet-Ramjet-Kombination angetrieben wurde, ein Vorläufer späterer Turborocket-Designs.

Der Luftturborocket ist eine Form eines kombinierten Strahltriebwerks . Das Grundlayout umfasst einen Gasgenerator , der Hochdruckgas erzeugt, das eine Turbinen- / Kompressoranordnung antreibt , die atmosphärische Luft in eine Brennkammer komprimiert. Diese Mischung wird dann verbrannt, bevor die Vorrichtung durch eine Düse verlassen wird und Schub erzeugt wird.

Es gibt viele verschiedene Arten von Luftturborockets. Die verschiedenen Typen unterscheiden sich im Allgemeinen darin, wie der Gasgeneratorabschnitt des Motors funktioniert.

Luft-Turborockets werden oft als Turboramjets , Turboramjet-Raketen , Turborocket-Expander und viele andere bezeichnet. Da es keinen Konsens darüber gibt, welche Namen für welche spezifischen Konzepte gelten, können verschiedene Quellen denselben Namen für zwei verschiedene Konzepte verwenden.

Leistungen

Der Vorteil dieses Aufbaus ist ein erhöhter spezifischer Impuls gegenüber dem einer Rakete. Bei der gleichen transportierten Treibstoffmasse wie ein Raketenmotor ist die Gesamtleistung des Luftturborockets viel höher. Darüber hinaus bietet es Schub in einem viel größeren Drehzahlbereich als ein Staustrahl, ist jedoch viel billiger und einfacher zu steuern als ein Gasturbinentriebwerk. Der Luftturborocket füllt eine Nische (in Bezug auf Kosten, Zuverlässigkeit, Robustheit und Schubdauer) zwischen dem Feststoffraketenmotor und dem Gasturbinentriebwerk für Raketenanwendungen.

Typen

Turborocket

Ein Turborocket ist eine Art Flugzeugtriebwerk, das Elemente eines Strahltriebwerks und einer Rakete kombiniert . Es besteht typischerweise aus einem mehrstufigen Lüfter, der von einer Turbine angetrieben wird und von den heißen Gasen angetrieben wird, die aus einer Reihe kleiner raketenartiger Motoren austreten, die um den Turbineneinlass herum montiert sind. Die Turbinenabgase mischen sich mit der Abluft des Gebläses und verbrennen mit der Luft aus dem Kompressor, bevor sie durch eine konvergent-divergierende Antriebsdüse austreten .

Hintergrund

Sobald ein Düsentriebwerk in einer Atmosphäre hoch genug ist, ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden , um den Düsentreibstoff zu verbrennen . Die Idee hinter einem Turborocket ist es, den Luftsauerstoff durch eine Bordversorgung zu ergänzen. Dies ermöglicht den Betrieb in einer viel höheren Höhe als es ein normaler Motor erlauben würde.

Das Turborocket-Design bietet eine Mischung aus Vorteilen und Nachteilen. Es ist keine echte Rakete, daher kann es nicht im Weltraum eingesetzt werden. Das Kühlen des Motors ist kein Problem, da sich der Brenner und seine heißen Abgase hinter den Turbinenschaufeln befinden.

Luft Turboramjet

Originalschema eines Turboramjet-Designs
Neu erstelltes Schema eines Luft-Turboramjet mit; 1. Kompressor, 2. Getriebe, 3. Wasserstoff- und Sauerstoffleitungen, 4. Gasgenerator, 5. Turbine, 6. Kolbenbrenner-Einspritzventil, 7. Hauptbrennkammer, 8. Düse

Das Luft-Turboramjet-Triebwerk ist ein kombiniertes Triebwerk, das Aspekte von Turbojet- und Ramjet- Triebwerken zusammenführt. Der Turboramjet ist ein Hybridmotor, der im Wesentlichen aus einem Turbojet besteht, der in einem Ramjet montiert ist. Der Turbostrahlkern ist in einem Kanal montiert, der eine Brennkammer stromabwärts der Turbostrahldüse enthält. Der Turboramjet kann beim Start und während des Flugs mit niedriger Geschwindigkeit im Turbojet-Modus betrieben werden, wechselt dann jedoch in den Ramjet-Modus, um auf hohe Mach-Zahlen zu beschleunigen.

Der Betrieb des Motors wird über Bypassklappen gesteuert, die sich direkt hinter dem Diffusor befinden. Während des Flugs mit niedriger Geschwindigkeit schließen steuerbare Klappen den Bypasskanal und drücken Luft direkt in den Kompressorabschnitt des Turbostrahls. Während des Hochgeschwindigkeitsfluges blockieren die Klappen die Strömung in den Turbostrahl, und das Triebwerk arbeitet wie ein Staustrahl, wobei die hintere Brennkammer verwendet wird, um Schub zu erzeugen. Das Triebwerk würde beim Start und beim Aufstieg in die Höhe als Turbostrahl starten. Bei Erreichen einer hohen Unterschallgeschwindigkeit würde der Teil des Triebwerks stromabwärts des Turbostrahls als Nachbrenner verwendet, um das Flugzeug über die Schallgeschwindigkeit hinaus zu beschleunigen.

Bei niedrigeren Geschwindigkeiten strömt Luft durch einen Einlass und wird dann von einem Axialkompressor komprimiert . Dieser Kompressor wird von einer Turbine angetrieben , die mit heißem Hochdruckgas aus einer Brennkammer angetrieben wird. Diese anfänglichen Aspekte sind der Funktionsweise eines Turbostrahls sehr ähnlich, es gibt jedoch mehrere Unterschiede. Das erste ist, dass die Brennkammer im Turboramjet häufig vom Hauptluftstrom getrennt ist. Anstatt Luft aus dem Kompressor mit Brennstoff zu kombinieren, um zu verbrennen, kann der Turboramjet-Brenner Wasserstoff und Sauerstoff , die im Flugzeug mitgeführt werden, als Brennstoff für die Brennkammer verwenden.

Die vom Kompressor komprimierte Luft umgeht den Brennkammer- und Turbinenabschnitt des Motors, wo sie mit dem Turbinenabgas gemischt wird. Das Turbinenabgas kann brennstoffreich ausgelegt sein (dh die Brennkammer verbrennt nicht den gesamten Brennstoff), wodurch beim Mischen mit der Druckluft ein heißes Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht, das wieder brennbereit ist. In diese Luft wird mehr Kraftstoff eingespritzt, wo sie erneut verbrannt wird. Das Abgas wird durch eine Antriebsdüse ausgestoßen und erzeugt Schub.

Bedingungen für die Verwendung von Turboramjet

Das Turboramjet-Triebwerk wird bei beengten Platzverhältnissen eingesetzt, da es weniger Platz beansprucht als separate Ramjet- und Turbojet-Triebwerke. Da ein Staustrahl bereits mit hoher Geschwindigkeit fahren muss, bevor er seine Arbeit aufnehmen kann, kann ein Flugzeug mit Staustrahlantrieb nicht aus eigener Kraft von einer Landebahn abheben. Das ist der Vorteil des Turbostrahls, der zur Triebwerksfamilie der Gasturbinen gehört. Ein Turbostrahl ist nicht nur auf die Bewegung des Motors angewiesen, um den einströmenden Luftstrom zu komprimieren. Stattdessen enthält der Turbostrahl einige zusätzliche rotierende Maschinen, die die einströmende Luft komprimieren und es dem Motor ermöglichen, während des Starts und bei langsamen Geschwindigkeiten zu funktionieren. Für den Durchfluss zwischen Mach 3 und 3,5 während des Reisefluges, Geschwindigkeiten, bei denen der Turbostrahl aufgrund der Temperaturbeschränkungen seiner Turbinenschaufeln nicht funktionieren konnte, bietet diese Konstruktion die Möglichkeit, mit den besten Eigenschaften von beiden von Null auf über Mach 3 zu arbeiten Turbojet und Ramjet in einem Motor kombiniert.

Luft-Turborocket vs. Standard-Raketenmotor

Bei Anwendungen, die relativ in der Atmosphäre bleiben und längere Zeiträume mit geringerem Schub über einen bestimmten Drehzahlbereich erfordern, kann der Luftturborocket einen Gewichtsvorteil gegenüber dem Standard-Feststoffraketenmotor haben. In Bezug auf die volumetrischen Anforderungen hat der Raketenmotor den Vorteil, dass keine Einlasskanäle und andere Luftmanagementvorrichtungen vorhanden sind.

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Literaturverzeichnis

  • Kerrebrock, Jack L. (1992). Flugzeugtriebwerke und Gasturbinen (2. Aufl.). Cambridge, MA: Die MIT-Presse. ISBN 978-0-262-11162-1.
  • Heiser, William H.; Pratt, David T. (1994). Hyperschall-Luftatmungsantrieb . AIAA Education Series. Washington DC: Amerikanisches Institut für Luft- und Raumfahrt. ISBN 1-56347-035-7.

Externe Links