Flugzeugmotor - Aircraft engine
Teil einer Serie über |
Flugzeugantrieb |
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Wellenmotoren : Antriebspropeller , Rotoren , Impeller oder Propfans |
Reaktionsmotoren |
Ein Flugzeugtriebwerk , bezeichnet oft als Flugmotor , ist der Leistungskomponente eines Flugzeugantriebssystems . Die meisten Flugzeugmotoren sind entweder Kolbenmotoren oder Gasturbinen , obwohl einige waren Rakete in den letzten Jahren betrieben und viele kleine UAVs verwendet haben Elektromotoren .
Fertigungsindustrie
In der kommerziellen Luftfahrt sind die wichtigsten westlichen Hersteller von Turbofan- Triebwerken Pratt & Whitney (eine Tochtergesellschaft von Raytheon Technologies ), General Electric , Rolls-Royce und CFM International (ein Joint Venture von Safran Aircraft Engines und General Electric). [1] Zu den russischen Herstellern zählen die United Engine Corporation , Aviadvigatel und Klimov . Die Aeroengine Corporation of China wurde 2016 durch den Zusammenschluss mehrerer kleinerer Unternehmen gegründet.
Der größte Hersteller von Turboprop- Triebwerken für die allgemeine Luftfahrt ist Pratt & Whitney. General Electric kündigte 2015 den Markteintritt an.
Entwicklungsgeschichte
- 1848: John Stringfellow baut eine Dampfmaschine für ein Flugmodell mit 10 Fuß Spannweite, die den ersten Motorflug, wenn auch mit vernachlässigbarer Nutzlast, erreicht.
- 1903: Charlie Taylor baut einen Reihenmotor , meist aus Aluminium, für den Wright Flyer (12 PS).
- 1903: Manly-Balzer-Motor setzt Maßstäbe für spätere Sternmotoren .
- 1906: Léon Levavasseur produziert einen erfolgreichen wassergekühlten V8-Motor für Flugzeuge.
- 1908: René Lorin lässt ein Design für das Staustrahltriebwerk patentieren .
- 1908: Louis Seguin konstruiert den Gnome Omega , den weltweit ersten in Serie produzierten Wankelmotor . Im Jahr 1909 gewann ein Farman III- Flugzeug mit Gnome-Antrieb den Preis für die größte Nonstop-Distanz, die bei der Grande Semaine d'Aviation von Reims geflogen wurde, und stellte einen Weltrekord für die Ausdauer von 180 Kilometern (110 Meilen) auf.
- 1910: Coandă-1910 , ein erfolgloses Duct Fan- Flugzeug, das auf dem Pariser Aero Salon ausgestellt wird und von einem Kolbenmotor angetrieben wird. Das Flugzeug flog nie, aber es wurde ein Patent angemeldet, um Abgase in den Kanal zu leiten, um den Schub zu erhöhen.
- 1914: Auguste Rateau schlägt vor, einen abgasbetriebenen Kompressor – einen Turbolader – zu verwenden, um die Leistung in großer Höhe zu verbessern; nach den Tests nicht akzeptiert
- 1917-1918 - Die Idflieg -numbered R.30 / 16 Beispiel für die deutschen Reichsluftstreitkräfte ‚s Zeppelin-Staaken R.VI schwerer Bomber wird das früheste bekannte Lader ausgestattete Flugzeug zu fliegen, mit einem Mercedes D.II Reihensechszylinder-Motor im mittleren Rumpf, der einen mechanischen Brown-Boveri-Kompressor für die vier Mercedes D.IVa- Motoren der R.30/16 antreibt .
- 1918: Sanford Alexander Moss greift Rateaus Idee auf und entwickelt den ersten erfolgreichen Turbolader
- 1926: Armstrong Siddeley Jaguar IV (S), der erste in Serie produzierte Kompressormotor für den Flugzeugeinsatz; zweireihige Radial mit einem zahnradgetriebenen Radialverdichter .
- 1930: Frank Whittle reicht sein erstes Patent für ein Turbojet-Triebwerk ein .
- Juni 1939: Heinkel He 176 ist das erste erfolgreiche Flugzeug, das ausschließlich von einem Flüssigtreibstoff-Raketenmotor angetrieben wird.
- August 1939: Heinkel HeS 3- Turbojet treibt das bahnbrechende deutsche Heinkel He 178- Flugzeug an.
- 1940: Jendrassik Cs-1 , der weltweit erste Lauf eines Turboprop- Triebwerks. Es wird nicht in Betrieb genommen.
- 1943 Daimler-Benz DB 670 , erster Turbofan läuft
- 1944: Messerschmitt Me 163 B Komet , das weltweit erste raketengetriebene Kampfflugzeug im Einsatz.
- 1945: Das erste Flugzeug mit Turboprop-Antrieb fliegt, ein modifizierter Gloster Meteor mit zwei Rolls-Royce Trent- Triebwerken.
- 1947: Das raketengetriebene Flugzeug Bell X-1 überschreitet die Schallgeschwindigkeit.
- 1948: 100 shp 782, der erste Turbowellenmotor , der für Flugzeuge verwendet wurde; 1950 verwendet, um den größeren 280 shp (210 kW) Turbomeca Artouste zu entwickeln .
- 1949: Leduc 010 , der weltweit erste Flug mit Staustrahltriebwerk .
- 1950: Rolls-Royce Conway , der weltweit erste Serien- Turbofan , wird in Dienst gestellt.
- 1968: General Electric TF39 Turbofan mit hohem Bypass wird in Betrieb genommen und bietet mehr Schub und eine viel bessere Effizienz.
- 2002: HyShot Scramjet flog im Tauchgang.
- 2004: NASA X-43 , der erste Scramjet, der die Höhe hält.
- 2020: Pipistrel E-811 erhält als erster elektrischer Flugmotor eine Musterzulassung von der EASA . Es treibt die Pipistrel Velis Electro an , das erste vollelektrische EASA-musterzertifizierte Flugzeug.
Wellenmotoren
Hubkolbenmotoren (Kolbenmotoren)
Reihenmotor
In diesem Eintrag bezieht sich der Begriff "Reihenmotor" aus Gründen der Übersichtlichkeit nur auf Motoren mit einer einzigen Zylinderreihe, wie er in der Automobilsprache verwendet wird, aber in der Luftfahrt umfasst der Begriff "Reihenmotor" auch V-Motoren und Boxermotoren ( wie unten beschrieben) und ist nicht auf Motoren mit einer einzigen Zylinderreihe beschränkt. Dies dient typischerweise der Unterscheidung von Sternmotoren . Ein Reihenmotor hat typischerweise eine gerade Anzahl von Zylindern, aber es gibt auch Fälle von Drei- und Fünfzylindermotoren. Der größte Vorteil eines Reihentriebwerks besteht darin, dass das Flugzeug mit einer geringen Frontfläche konstruiert werden kann, um den Luftwiderstand zu minimieren. Befindet sich die Motorkurbelwelle über den Zylindern, spricht man von einem invertierten Reihenmotor: Dadurch kann der Propeller hoch montiert werden, um die Bodenfreiheit zu erhöhen und kürzere Fahrwerke zu ermöglichen. Zu den Nachteilen eines Reihenmotors gehört ein schlechtes Leistungsgewicht , da Kurbelgehäuse und Kurbelwelle lang und damit schwer sind. Ein Reihenmotor kann entweder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt sein, aber Flüssigkeitskühlung ist häufiger, da es schwierig ist, genügend Luftstrom zu erhalten, um die hinteren Zylinder direkt zu kühlen. Reihenmotoren waren in frühen Flugzeugen üblich; einer wurde im Wright Flyer verwendet , dem Flugzeug, das den ersten kontrollierten Motorflug machte. Die inhärenten Nachteile des Designs wurden jedoch bald offensichtlich, und das Inline-Design wurde aufgegeben und wurde in der modernen Luftfahrt zu einer Seltenheit.
Für andere Konfigurationen von Luftfahrt-Reihentriebwerken, wie X-Triebwerken , U-Triebwerken , H-Triebwerken usw., siehe Reihentriebwerk (Luftfahrt) .
V-Motor
Die Zylinder in diesem Motor sind in zwei Reihen angeordnet, die typischerweise um 60 bis 90 Grad zueinander geneigt sind und eine gemeinsame Kurbelwelle antreiben. Die allermeisten V-Motoren sind wassergekühlt. Das V-Design bietet ein höheres Leistungsgewicht als ein Reihenmotor und bietet dennoch eine kleine Frontfläche. Das vielleicht berühmteste Beispiel für diese Konstruktion ist der legendäre Rolls-Royce Merlin- Motor, ein 27-Liter-(1649 in 3 ) 60°-V12-Motor, der unter anderem in den Spitfires verwendet wurde , die eine wichtige Rolle in der Luftschlacht um England spielten .
Boxermotor
Ein Boxermotor, auch Boxer- oder Boxermotor genannt, hat zwei Zylinderbänke auf gegenüberliegenden Seiten eines zentral angeordneten Kurbelgehäuses. Der Motor ist entweder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt, aber luftgekühlte Versionen überwiegen. Gegenläufige Triebwerke werden in Flugzeugen mit horizontaler Kurbelwelle montiert , können jedoch in Hubschraubern mit vertikaler Kurbelwelle montiert werden . Aufgrund der Zylinderanordnung neigen die Hubkräfte dazu, sich aufzuheben, was zu einem laufruhigen Motor führt. Gegenmotoren haben ein hohes Leistungsgewicht, da sie ein vergleichsweise kleines, leichtes Kurbelgehäuse haben. Darüber hinaus reduziert die kompakte Zylinderanordnung die Frontfläche des Motors und ermöglicht einen stromlinienförmigen Einbau, der den Luftwiderstand minimiert. Diese Motoren haben immer eine gerade Anzahl von Zylindern, da ein Zylinder auf der einen Seite des Kurbelgehäuses einem Zylinder auf der anderen Seite „gegenüber“ steht.
Gegenläufige, luftgekühlte Vier- und Sechszylinder-Kolbenmotoren sind mit Abstand die am häufigsten verwendeten Motoren in kleinen Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt , die bis zu 400 PS (300 kW) pro Motor benötigen. Flugzeuge, die mehr als 400 PS (300 kW) pro Triebwerk benötigen, werden in der Regel von Turbinentriebwerken angetrieben .
H-Konfigurations-Engine
Ein Motor mit H-Konfiguration ist im Wesentlichen ein Paar von horizontal gegenüberliegenden Motoren, die zusammen angeordnet sind, wobei die beiden Kurbelwellen miteinander verzahnt sind.
Sternmotor
Dieser Motortyp weist eine oder mehrere Zylinderreihen auf, die um ein zentral angeordnetes Kurbelgehäuse angeordnet sind . Jede Reihe weist im Allgemeinen eine ungerade Anzahl von Zylindern auf, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Ein Sternmotor hat nur einen Kurbelhub pro Reihe und ein relativ kleines Kurbelgehäuse, was zu einem günstigen Leistungsgewicht führt . Da die Zylinderanordnung einen großen Teil der wärmeabstrahlenden Oberflächen des Motors der Luft aussetzt und dazu neigt, hin- und hergehende Kräfte aufzuheben, neigen Radials dazu, sich gleichmäßig abzukühlen und reibungslos zu laufen. Die unteren Zylinder, die sich unter dem Kurbelgehäuse befinden, können sich nach längerem Stillstand des Motors Öl ansammeln. Wenn dieses Öl vor dem Anlassen des Motors nicht aus den Zylindern entfernt wird, können schwere Schäden durch hydrostatische Blockierung auftreten.
Bei den meisten Sternmotoren sind die Zylinder gleichmäßig um die Kurbelwelle herum angeordnet, obwohl einige frühe Motoren, die manchmal als Halbradialmotoren oder Motoren mit Lüfterkonfiguration bezeichnet werden, eine ungleichmäßige Anordnung aufwiesen. Das bekannteste Triebwerk dieses Typs ist das Anzani-Triebwerk, das in die Bleriot XI eingebaut wurde, die 1909 für den Erstflug über den Ärmelkanal eingesetzt wurde die Zündkerzen verölen.
Bei militärischen Flugzeugkonstruktionen fungierte die große Frontfläche des Triebwerks als zusätzliche Panzerung für den Piloten. Auch luftgekühlte Motoren ohne anfällige Kühler sind etwas weniger anfällig für Kampfschäden und würden gelegentlich auch mit einem oder mehreren weggeschossenen Zylindern weiterlaufen. Die große Frontfläche führte jedoch auch zu einem Flugzeug mit einer aerodynamisch ineffizienten vergrößerten Frontfläche.
Wankelmotor
Rotationsmotoren haben die Zylinder in einem Kreis um das Kurbelgehäuse, wie bei einem Sternmotor (siehe oben), aber die Kurbelwelle ist an der Flugzeugzelle befestigt und der Propeller ist am Motorgehäuse befestigt, so dass das Kurbelgehäuse und die Zylinder rotieren. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass selbst bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten ein zufriedenstellender Kühlluftstrom aufrechterhalten wird, wobei der Gewichtsvorteil und die Einfachheit eines herkömmlichen luftgekühlten Motors ohne einen ihrer Hauptnachteile beibehalten werden. Der erste praktische Wankelmotor war der Gnome Omega, der von den Seguin-Brüdern entworfen und 1909 erstmals geflogen wurde. Seine relative Zuverlässigkeit und sein gutes Leistungsgewicht veränderten die Luftfahrt dramatisch. Vor dem ersten Weltkrieg wurden die meisten Geschwindigkeitsrekorde mit Flugzeugen mit Gnome-Motor erzielt, und in den frühen Kriegsjahren dominierten Rotationsmotoren in Flugzeugtypen, bei denen Geschwindigkeit und Wendigkeit von größter Bedeutung waren. Zur Leistungssteigerung wurden Motoren mit zwei Zylinderreihen gebaut.
Die Kreiseleffekte des schweren rotierenden Triebwerks führten jedoch zu Handhabungsproblemen in Flugzeugen und die Triebwerke verbrauchten auch große Mengen an Öl, da sie eine Totalverlustschmierung verwendeten, wobei das Öl mit dem Kraftstoff vermischt und mit den Abgasen ausgestoßen wurde. Zur Schmierung wurde Rizinusöl verwendet, da es in Benzin nicht löslich ist und die dabei entstehenden Dämpfe für die Piloten ekelerregend waren. Motorkonstrukteure waren sich immer der vielen Einschränkungen des Wankelmotors bewusst. Als die Motoren im statischen Stil zuverlässiger wurden und ein besseres spezifisches Gewicht und einen besseren Kraftstoffverbrauch ergaben, waren die Tage des Wankelmotors gezählt.
Wankelmotor
Der Wankel ist eine Art Wankelmotor. Der Wankelmotor hat etwa die Hälfte des Gewichts und der Größe eines herkömmlichen Viertakt- Kolbenmotors mit gleicher Leistung und ist viel weniger komplex. Bei einer Flugzeuganwendung ist das Leistungsgewicht sehr wichtig, was den Wankelmotor zu einer guten Wahl macht. Da der Motor typischerweise mit einem Aluminiumgehäuse und einem Stahlrotor konstruiert ist und sich Aluminium bei Erwärmung stärker ausdehnt als Stahl, friert ein Wankelmotor im Gegensatz zu einem Kolbenmotor bei Überhitzung nicht ein. Dies ist ein wichtiger Sicherheitsfaktor für den Einsatz in der Luftfahrt. Eine beträchtliche Entwicklung dieser Konstruktionen begann nach dem Zweiten Weltkrieg , aber zu dieser Zeit bevorzugte die Flugzeugindustrie den Einsatz von Turbinentriebwerken . Es wurde angenommen, dass Turbojet- oder Turboprop- Triebwerke alle Flugzeuge antreiben könnten, vom größten bis zum kleinsten Design. Der Wankelmotor fand nicht viele Anwendungen in Flugzeugen, wurde aber von Mazda in einer beliebten Sportwagenlinie verwendet . Die französische Firma Citroën hatte in den 1970er Jahren den Hubschrauber RE-2 Wankelantrieb entwickelt.
In der Neuzeit wird der Wankelmotor in Motorseglern eingesetzt, bei denen Kompaktheit, geringes Gewicht und Laufruhe von entscheidender Bedeutung sind.
Die inzwischen aufgelöste Firma MidWest mit Sitz in Staverton entwarf und produzierte Ein- und Zweirotor- Flugmotoren, die MidWest AE-Serie . Diese Motoren wurden aus dem Motor des Norton Classic Motorrads entwickelt . Die Doppelrotor-Version wurde in ARV Super2s und den Rutan Quickie eingebaut . Der Einkreiselmotor wurde in einen Chevvron Motorsegler und in die Schleicher ASH Motorsegler eingebaut. Nach dem Untergang von MidWest wurden alle Rechte an Diamond of Austria verkauft, die seitdem eine MkII-Version der Engine entwickelt haben.
Als kostengünstige Alternative zu zertifizierten Flugmotoren wurden einige Wankelmotoren, die aus Automobilen ausgebaut und für die Luftfahrt umgerüstet wurden, in selbstgebaute Versuchsflugzeuge eingebaut . Mazda-Einheiten mit einer Leistung von 100 PS (75 kW) bis 300 PS (220 kW) können einen Bruchteil der Kosten herkömmlicher Motoren kosten. Solche Umbauten fanden erstmals in den frühen 1970er Jahren statt; und mit Stand vom 10. Dezember 2006 liegen dem National Transportation Safety Board nur sieben Berichte über Vorfälle mit Flugzeugen mit Mazda-Triebwerken vor, und keiner davon ist aufgrund von Konstruktions- oder Herstellungsfehlern ausgefallen.
Verbrennungszyklen
Der gebräuchlichste Verbrennungszyklus für Flugmotoren ist der Viertakt mit Fremdzündung. Die Zweitakt-Ottozündung wurde auch für kleine Motoren verwendet, während der Dieselmotor mit Selbstzündung selten verwendet wird.
Ab den 1930er Jahren wurde versucht, einen praxistauglichen Flugzeugdieselmotor herzustellen . Im Allgemeinen sind Dieselmotoren zuverlässiger und viel besser geeignet, um längere Zeit bei mittleren Leistungseinstellungen zu laufen. Die Leichtmetalllegierungen der 1930er Jahre waren den viel höheren Verdichtungsverhältnissen von Dieselmotoren nicht gewachsen, hatten also im Allgemeinen ein schlechtes Leistungsgewicht und waren aus diesem Grund ungewöhnlich, obwohl der Clerget 14F Diesel-Sternmotor (1939 ) hat das gleiche Leistungsgewicht wie ein Benzin-Radial. Verbesserungen der Dieseltechnologie in Automobilen (die zu einem viel besseren Leistungsgewichtsverhältnis führen), die viel bessere Kraftstoffeffizienz des Diesels und die hohe relative Besteuerung von AVGAS im Vergleich zu Jet A1 in Europa haben alle zu einem Wiederaufleben des Interesses an der Verwendung von Dieseln für Flugzeuge geführt . Thielert Aircraft Engines baute Mercedes Diesel-Automobilmotoren um, zertifizierte sie für den Einsatz in Flugzeugen und wurde OEM-Lieferant von Diamond Aviation für ihren leichten Zwilling. Finanzielle Probleme haben Thielert geplagt, daher entwickelte Diamonds Tochtergesellschaft – Austro Engine – den neuen AE300-Turbodiesel , ebenfalls auf Basis eines Mercedes-Motors. Konkurrierende neue Dieselmotoren können bei Kleinflugzeugen zu Kraftstoffeffizienz und bleifreien Emissionen führen, was die größte Veränderung bei Leichtflugzeugmotoren seit Jahrzehnten darstellt.
Kraftturbinen
Turboprop
Während militärische Kampfflugzeuge sehr hohe Geschwindigkeiten benötigen, sind dies bei vielen zivilen Flugzeugen nicht erforderlich. Doch die Konstrukteure ziviler Flugzeuge wollten von der hohen Leistung und dem geringen Wartungsaufwand eines Gasturbinentriebwerks profitieren . So entstand die Idee, einen Turbinenmotor mit einem traditionellen Propeller zu verbinden. Da sich Gasturbinen optimal mit hoher Geschwindigkeit drehen, verfügt ein Turboprop über ein Getriebe , das die Drehzahl der Welle senkt, damit die Propellerspitzen keine Überschallgeschwindigkeit erreichen. Oft sind die Turbinen, die den Propeller antreiben, vom Rest der rotierenden Komponenten getrennt, damit sie sich mit ihrer eigenen besten Geschwindigkeit drehen können (als Freiturbinentriebwerk bezeichnet). Ein Turboprop ist sehr effizient, wenn er im Bereich der Reisegeschwindigkeiten betrieben wird, für die er ausgelegt ist, die typischerweise 200 bis 400 mph (320 bis 640 km/h) betragen.
Turbowelle
Turboshaft-Motoren werden hauptsächlich für Hubschrauber und Hilfstriebwerke verwendet . Ein Turbowellen-Triebwerk ähnelt im Prinzip einem Turboprop, aber bei einem Turboprop wird der Propeller vom Motor getragen und das Triebwerk ist mit der Flugzeugzelle verschraubt : Bei einer Turbowelle bietet das Triebwerk keine direkte physische Unterstützung für die Rotoren des Hubschraubers. Der Rotor ist mit einem Getriebe verbunden, das mit der Flugzeugzelle verschraubt ist, und der Turbowellenmotor treibt das Getriebe an. Der Unterschied wird von einigen als gering angesehen, da in einigen Fällen Flugzeughersteller sowohl Turboprop- als auch Turbowellenmotoren auf der gleichen Konstruktion aufbauen.
Elektrische Energie
Eine Reihe von elektrisch angetriebenen Flugzeugen, wie der QinetiQ Zephyr , wurden seit den 1960er Jahren entwickelt. Einige sind als Militär - Drohnen . In Frankreich wurde Ende 2007 ein konventionelles Leichtflugzeug geflogen, das von einem 18 kW Elektromotor mit Lithium-Polymer-Batterien angetrieben wurde und mehr als 50 Kilometer zurücklegte, das erste Elektroflugzeug, das ein Lufttüchtigkeitszeugnis erhielt .
Am 18. Mai 2020 wird die Pipistrel E-811 war der erste elektrische Flugzeugmotor eine zu vergeben Musterzulassung durch die EASA für den Einsatz in der allgemeinen Luftfahrt . Der E-811 treibt den Pipistrel Velis Electro an .
Begrenzte Experimente mit solarelektrischem Antrieb wurden durchgeführt, insbesondere mit dem bemannten Solar Challenger und Solar Impulse sowie dem unbemannten NASA- Flugzeug Pathfinder .
Viele große Unternehmen, wie Siemens, entwickeln Hochleistungs-Elektromotoren für den Flugzeugeinsatz, außerdem zeigt SAE neue Entwicklungen bei Elementen wie reinen Kupferkern-Elektromotoren mit einem besseren Wirkungsgrad. Ein Hybridsystem als Notstromversorgung und für zusätzliche Leistung beim Start wird von Axter Aerospace, Madrid, Spanien, zum Verkauf angeboten. [2]
Kleine Multicopter- UAVs werden fast immer von Elektromotoren angetrieben.
Reaktionsmotoren
Reaktionstriebwerke erzeugen den Schub , um ein Flugzeug anzutreiben, indem sie die Abgase mit hoher Geschwindigkeit aus dem Triebwerk ausstoßen, wobei die resultierende Reaktion der Kräfte das Flugzeug vorwärts treibt. Die am häufigsten geflogenen Reaktionstriebwerke sind Turbojets, Turbofans und Raketen. Andere Arten wie pulsejets , Ramjets , scramjets und Pulsdetonationsmotoren haben auch geflogen. In Strahltriebwerken kommt der für die Treibstoffverbrennung notwendige Sauerstoff aus der Luft, während Raketen Sauerstoff in irgendeiner Form als Teil der Treibstoffladung mitführen, was ihre Verwendung im Weltraum ermöglicht.
Strahlturbinen
Turbojet
Ein turbojet ist eine Art von Gasturbinenmotor, der für militärische ursprünglich entwickelt wurde Kämpfer während des Zweiten Weltkriegs . Ein Turbojet ist die einfachste aller Flugzeuggasturbinen. Es besteht aus einem Kompressor zum Ansaugen und Verdichten von Luft, einem Verbrennungsabschnitt, in dem Kraftstoff zugeführt und gezündet wird, einer oder mehreren Turbinen, die den expandierenden Abgasen Energie entziehen, um den Kompressor anzutreiben, und einer Abgasdüse, die die Abgase beschleunigt der Rückseite des Motors, um Schub zu erzeugen. Als Turbojets eingeführt wurden, war die Höchstgeschwindigkeit der damit ausgestatteten Kampfflugzeuge mindestens 100 Meilen pro Stunde höher als bei konkurrierenden kolbengetriebenen Flugzeugen. In den Nachkriegsjahren wurden nach und nach die Nachteile des Turbojets sichtbar. Unterhalb von Mach 2 sind Turbojets sehr kraftstoffineffizient und verursachen enorm viel Lärm. Frühe Designs reagieren auch sehr langsam auf Leistungsänderungen, eine Tatsache, die viele erfahrene Piloten tötete, als sie versuchten, auf Jets umzusteigen. Diese Nachteile führten schließlich zum Untergang des reinen Turbojets, und nur noch eine Handvoll Typen sind in Produktion. Das letzte Verkehrsflugzeug, das Turbojets einsetzte, war die Concorde , deren Fluggeschwindigkeit von Mach 2 es dem Motor ermöglichte, hocheffizient zu sein.
Turbofan
Ein Turbofan - Triebwerk ist wesentlich das gleiche wie ein turbojet, aber mit einem vergrößerten Lüfter auf der Vorderseite , die Schubkraft in die gleichen Weise wie ein Abluft- bietet Propeller , was zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz . Obwohl der Lüfter wie ein Propeller Schub erzeugt, befreit ihn der umgebende Kanal von vielen Einschränkungen, die die Propellerleistung einschränken. Dieser Betrieb ist ein effizienterer Weg, um Schub zu erzeugen, als nur die Strahldüse allein zu verwenden, und Turbofans sind im Überschallbereich der Flugzeuggeschwindigkeiten effizienter als Propeller und können im Überschallbereich betrieben werden . Ein Turbofan hat typischerweise zusätzliche Turbinenstufen, um den Fan zu drehen. Turbofans gehörten zu den ersten Motoren, die mehrere Spulen verwendeten – konzentrische Wellen, die sich frei mit ihrer eigenen Geschwindigkeit drehen konnten – damit der Motor schneller auf sich ändernde Leistungsanforderungen reagieren konnte. Turbofans werden grob in die Kategorien Low-Bypass und High-Bypass unterteilt. Bypassluft strömt durch den Ventilator, aber um den Düsenkern herum, vermischt sich nicht mit Kraftstoff und verbrennt. Das Verhältnis dieser Luft zur durch den Triebwerkskern strömenden Luftmenge ist das Bypassverhältnis. Triebwerke mit niedrigem Bypass werden aufgrund des hohen Schub-Gewichts-Verhältnisses für militärische Anwendungen wie Kampfflugzeuge bevorzugt, während Triebwerke mit hohem Bypass für den zivilen Einsatz wegen guter Kraftstoffeffizienz und geringem Geräusch bevorzugt werden. Turbofans mit hohem Bypass sind normalerweise am effizientesten, wenn das Flugzeug mit 500 bis 550 Meilen pro Stunde (800 bis 885 km/h) fliegt, der Reisegeschwindigkeit der meisten großen Verkehrsflugzeuge. Turbofans mit niedrigem Bypass können Überschallgeschwindigkeiten erreichen, aber normalerweise nur, wenn sie mit Nachbrennern ausgestattet sind .
Pulsdüsen
Pulse Jets sind mechanisch einfache Geräte, die in einem sich wiederholenden Zyklus Luft durch ein Rückschlagventil an der Vorderseite des Motors in einen Brennraum saugen und diesen zünden. Die Verbrennung drückt die Abgase nach hinten aus dem Motor. Es erzeugt Strom als eine Reihe von Impulsen und nicht als stetige Leistung, daher der Name. Die einzige Anwendung dieses Triebwerkstyps war die deutsche unbemannte V1-Flugbombe des Zweiten Weltkriegs . Obwohl die gleichen Triebwerke auch experimentell für Ersatz-Kampfflugzeuge verwendet wurden, verursachten die von den Triebwerken erzeugten extrem lauten Geräusche mechanische Schäden an der Flugzeugzelle, die ausreichten, um die Idee unbrauchbar zu machen.
Rakete
Einige Flugzeuge haben Raketentriebwerke für die Hauptschub- oder Lageregelung verwendet, insbesondere die Bell X-1 und die North American X-15 . Raketentriebwerke werden für die meisten Flugzeuge nicht verwendet, da die Energie- und Treibstoffeffizienz sehr schlecht ist, aber sie wurden für kurze Geschwindigkeitsschübe und Starts verwendet. Wo die Treibstoff-/Treibstoffeffizienz von geringerer Bedeutung ist, können Raketentriebwerke nützlich sein, da sie sehr viel Schub erzeugen und sehr wenig wiegen.
Vorgekühlte Düsentriebwerke
Für sehr hohe Überschall-/niedrige Hyperschall-Fluggeschwindigkeiten ermöglicht das Einfügen eines Kühlsystems in den Luftkanal eines Wasserstoffstrahltriebwerks eine größere Kraftstoffeinspritzung bei hoher Geschwindigkeit und macht es überflüssig, den Kanal aus feuerfesten oder aktiv gekühlten Materialien herzustellen. Dadurch wird das Schub-/Gewichtsverhältnis des Triebwerks bei hoher Geschwindigkeit stark verbessert.
Es wird angenommen, dass diese Konstruktion des Triebwerks eine ausreichende Leistung für einen Antipodenflug bei Mach 5 ermöglichen könnte oder sogar ermöglichen könnte, dass ein einstufiges Fahrzeug im Orbit praktisch ist. Der hybride luftatmende SABRE-Raketentriebwerk ist ein vorgekühltes Triebwerk in der Entwicklung.
Kolben-Turbofan-Hybrid
Am April 2018 ILA Berlin Air Show , München gegründete Forschungsinstitut de: Bauhaus Luftfahrt einen hocheffizienten Verbundtaktmotor für das Jahr 2050 vorgestellt, eine Kombination Getriebefan mit einem Kolbenmotor Kern. Der 16-Blatt-Gebläse mit 2,87 m Durchmesser bietet ein extrem hohes Bypassverhältnis von 33,7 , angetrieben von einer Niederdruck-Getriebeturbine, aber der Hochdruckverdichterantrieb kommt von einem Kolbenmotor mit zwei 10-Kolbenbänken ohne Hochdruckturbine , Effizienzsteigerung durch instationäre isochor - isobare Verbrennung für höhere Spitzendrücke und Temperaturen. Das 11.200 lb (49,7 kN) schwere Triebwerk könnte einen 50-sitzigen Regionaljet antreiben .
Sein Reiseflug- TSFC wäre 11,5 g/kN/s (0,406 lb/lbf/h) bei einem Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks von 48,2 %, bei einer Brennertemperatur von 1.700 K (1.430 °C), einem Gesamtdruckverhältnis von 38 und einem Spitzenwert Druck von 30 MPa (300 bar). Obwohl das Triebwerksgewicht um 30 % zunimmt, wird der Treibstoffverbrauch des Flugzeugs um 15 % gesenkt. Das von der Europäischen Kommission im Rahmen des 7. Rahmenprojekts LEMCOTEC geförderte Bauhaus Luftfahrt, MTU Aero Engines und GKN Aerospace präsentierten 2015 das Konzept, das das Gesamtdruckverhältnis des Triebwerks auf über 100 anhebt, was eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 15,2 % gegenüber 2025-Triebwerken ermöglicht.
Nummerierung der Motorposition
Bei mehrmotorigen Flugzeugen sind die Triebwerkspositionen aus Sicht des nach vorne schauenden Piloten von links nach rechts nummeriert, so ist beispielsweise bei einem vierstrahligen Flugzeug wie der Boeing 747 das Triebwerk Nr. 1 auf der linken Seite, am weitesten vom Rumpf entfernt, während sich das Triebwerk Nr. 3 auf der rechten Seite am nächsten zum Rumpf befindet.
Bei der zweistrahligen English Electric Lightning , die über zwei am Rumpf montierte Strahltriebwerke übereinander verfügt, befindet sich das Triebwerk Nr. 1 unten und vor dem Triebwerk Nr. 2, das oben und hinten liegt.
Bei der Cessna 337 Skymaster , einem zweimotorigen Gegentaktflugzeug , befindet sich das Triebwerk Nr. 1 vorne im Rumpf, während sich das Triebwerk Nr. 2 hinter der Kabine befindet.
Kraftstoff
Flugzeug-Hubkolbenmotoren (Kolbenmotoren) sind typischerweise für den Betrieb mit Flugbenzin ausgelegt . Avgas hat eine höhere Oktanzahl als Autobenzin , um höhere Verdichtungsverhältnisse , Leistungsabgabe und Effizienz in größeren Höhen zu ermöglichen. Derzeit ist das gängigste Avgas 100LL. Dies bezieht sich auf die Oktanzahl (100 Oktan) und den Bleigehalt (LL = niedriges Blei, bezogen auf die historischen Bleiwerte in Avgas vor der Regulierung).
Raffinerien mischen Avgas mit Tetraethylblei (TEL), um diese hohe Oktanzahl zu erreichen, eine Praxis, die die Regierungen für Benzin für Straßenfahrzeuge nicht mehr zulassen. Das schrumpfende Angebot an TEL und die Möglichkeit, dass Umweltgesetze seine Verwendung verbieten, haben die Suche nach Ersatztreibstoffen für Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt zu einer Priorität für Pilotenorganisationen gemacht.
Turbinentriebwerke und Flugzeugdieselmotoren verbrennen verschiedene Sorten von Düsentreibstoff . Jet Fuel ist ein relativ weniger flüchtiges Erdölderivat auf Kerosinbasis , das jedoch nach strengen Luftfahrtstandards mit zusätzlichen Additiven zertifiziert ist.
Modellflugzeuge verwenden typischerweise Nitromotoren (auch als "Glühmotoren" aufgrund der Verwendung einer Glühkerze bekannt ), die mit Glühkraftstoff , einer Mischung aus Methanol , Nitromethan und Schmiermittel, betrieben werden. Auch elektrisch angetriebene Modellflugzeuge und Hubschrauber sind im Handel erhältlich. Kleine Multicopter- UAVs werden fast immer mit Strom betrieben, größere benzinbetriebene Designs sind jedoch in der Entwicklung.
Siehe auch
Anmerkungen
Verweise
Externe Links
- Flugtriebwerke und Flugtriebwerkstheorie (enthält Links zu Diagrammen)
- Die Gesellschaft für Geschichte der Flugtriebwerke
- Datenbank für Jet-Engine-Spezifikationen
- Wirkungsgrad von Flugzeugtriebwerken: Vergleich von gegenläufigen und axialen ND-Turbinen für Flugzeuge
- Die Geschichte der Flugzeugkraftwerke in Kürze: Von den "7 lb. per hp"-Tagen zu den " 1 lb. per hp" von heute
- "The Quest for Power" ein 1954 Flight Artikel von Bill Gunston
- "Engine-Verzeichnis" . Flug International . 24.09.1997.