Schubumkehr - Thrust reversal

Schubumkehrer im CFM56- Triebwerk eines Airbus A321

Schubumkehr , die auch als Umkehrschub ist die temporäre Abzweigung von einem Flugzeugtrieb ‚s Schub für sie gegen die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs tätig sind und Verzögerung . Schubumkehrsysteme sind in vielen Düsenflugzeugen vorhanden , um kurz nach dem Aufsetzen zu verlangsamen, den Verschleiß der Bremsen zu reduzieren und kürzere Landestrecken zu ermöglichen. Solche Geräte beeinträchtigen das Flugzeug erheblich und werden von Fluggesellschaften als wichtig für den sicheren Betrieb angesehen . Es hat Unfälle mit Schubumkehrsystemen gegeben, darunter auch tödliche.

Bei vielen Propeller-angetriebenen Flugzeugen ist auch eine Schubumkehr verfügbar, indem die Propeller mit steuerbarer Steigung in einen negativen Winkel umgedreht werden. Das äquivalente Konzept für ein Schiff wird als Achterantrieb bezeichnet .

Prinzip und Verwendung

Halb ausgefahrener Target-Type- Reverser eines RB.199- Triebwerks für die Panavia Tornado , eines der wenigen Jagdflugzeuge mit Schubumkehr

Eine Landerolle besteht aus dem Aufsetzen, das das Flugzeug auf Rollgeschwindigkeit bringt und schließlich zum Stillstand bringt. Die meisten kommerziellen Strahltriebwerke erzeugen jedoch auch im Leerlauf weiterhin Schub in Vorwärtsrichtung und wirken der Verlangsamung des Flugzeugs entgegen. Die Bremsen des Fahrwerks der meisten modernen Flugzeuge reichen unter normalen Umständen aus, um das Flugzeug von selbst zu stoppen, aber aus Sicherheitsgründen und um die Bremsenbelastung zu reduzieren, ist eine andere Verzögerungsmethode erforderlich. In Szenarien mit schlechtem Wetter, in denen Faktoren wie Schnee oder Regen auf der Piste die Wirksamkeit der Bremsen verringern, und in Notfällen wie Startabbrüchen ist diese Notwendigkeit ausgeprägter.

Eine einfache und effektive Methode besteht darin, die Richtung des Abgasstroms des Strahltriebwerks umzukehren und die Kraft des Triebwerks selbst zum Abbremsen zu nutzen. Idealerweise würde der umgekehrte Abgasstrom geradeaus gerichtet sein. Dies ist jedoch aus aerodynamischen Gründen nicht möglich, und es wird ein Winkel von 135° gewählt, was zu einer geringeren Wirksamkeit führt, als dies sonst möglich wäre. Schubumkehr kann auch im Flug verwendet werden, um die Fluggeschwindigkeit zu reduzieren, obwohl dies bei modernen Flugzeugen nicht üblich ist. Es gibt drei gängige Typen von Schubumkehrsystemen, die bei Düsentriebwerken verwendet werden: das Ziel-, Clam-Shell- und Kaltstromsystem. Einige Propellerflugzeuge, die mit Verstellpropellern ausgestattet sind, können den Schub umkehren, indem sie die Steigung ihrer Propellerblätter ändern . Die meisten Verkehrsflugzeuge verfügen über solche Geräte, und es gibt auch Anwendungen in der militärischen Luftfahrt.

Arten von Schubumkehrsystemen

Kleine Flugzeuge haben typischerweise keine Schubumkehrsysteme, außer in speziellen Anwendungen. Auf der anderen Seite haben große Flugzeuge (die mehr als 12.500 lb wiegen) fast immer die Fähigkeit, den Schub umzukehren. Hubkolbentriebwerke , Turboprop- und Düsenflugzeuge können alle mit Schubumkehrsystemen ausgelegt werden.

Propellergetriebenes Flugzeug

Verstellpropeller einer E-2C Hawkeye
Ein Schubumkehrer vom Zieltyp wird eingesetzt
Target 'Eimer' Schubumkehrer im Einsatz auf den Tay- Triebwerken einer Fokker 100

Propellergetriebene Flugzeuge erzeugen einen umgekehrten Schub, indem sie den Winkel ihrer Propeller mit einstellbarer Steigung ändern, so dass die Propeller ihren Schub nach vorne richten. Diese Schubumkehrfunktion wurde mit der Entwicklung von Propellern mit einstellbarer Steigung verfügbar, die den Winkel der Propellerblätter ändern, um die Motorleistung über einen weiten Bereich von Bedingungen effizient zu nutzen. Rückwärtsschub wird erzeugt, wenn der Propellersteigungswinkel von fein auf negativ reduziert wird. Dies wird als Beta-Position bezeichnet.

Flugzeuge mit Kolbenmotor haben in der Regel keine Schubumkehr, Turboprop- Flugzeuge jedoch im Allgemeinen. Beispiele sind PAC P-750 XSTOL , Cessna 208 Caravan und Pilatus PC-6 Porter .

Eine besondere Anwendung der Schubumkehr ist der Einsatz bei mehrmotorigen Wasserflugzeugen und Flugbooten . Diese Flugzeuge, bei der Landung auf dem Wasser, haben keine herkömmliche Verfahren Brems- und müssen verlassen sich auf Slalom und / oder Umkehrschub sowie das Ziehen des Wassers in Ordnung oder Stopp zu verlangsamen. Darüber hinaus ist Schubumkehr oft zum Manövrieren auf dem Wasser erforderlich, wo es verwendet wird, um enge Kurven zu machen oder das Flugzeug sogar rückwärts anzutreiben, Manöver, die sich als notwendig erweisen können, um einen Dock oder Strand zu verlassen.

Düsenflugzeug

Bei Flugzeugen, die Strahltriebwerke verwenden, wird die Schubumkehr erreicht, indem bewirkt wird, dass der Strahl nach vorne strömt. Der Motor läuft nicht oder dreht sich nicht rückwärts; stattdessen werden Schubumkehrvorrichtungen verwendet, um die Explosion zu blockieren und nach vorne umzuleiten. Triebwerke mit hohem Bypassverhältnis kehren den Schub normalerweise um, indem sie nur die Richtung des Bläserluftstroms ändern, da der Großteil des Schubs von diesem Abschnitt erzeugt wird, im Gegensatz zum Kern. Es gibt drei gängige Schubumkehrsysteme für Strahltriebwerke:

Zieltyp

Der Zielschubumkehrer verwendet ein Paar hydraulisch betätigter "Eimer"-Türen, um den Heißgasstrom umzukehren. Für den Vorwärtsschub bilden diese Türen die Treibdüse des Triebwerks. Bei der ursprünglichen Implementierung dieses Systems in der Boeing 707 und noch heute üblich, waren zwei Umkehrschaufeln angelenkt, so dass sie beim Ausfahren den Rückwärtsstrom des Abgases blockieren und mit einer vorderen Komponente umleiten. Diese Art von Reversiereinrichtung ist während des Auslösens an der Rückseite des Motors sichtbar.

Muscheltyp

Das Zweischalentürsystem wird pneumatisch betätigt. Bei Aktivierung drehen sich die Türen, um die Kanäle zu öffnen und den normalen Ausgang zu schließen, wodurch der Schub nach vorne gerichtet wird.

Kaskadentyp

Der Kaskadenschubumkehrer wird üblicherweise bei Turbofan-Triebwerken verwendet. Bei Turbojet-Triebwerken wäre dieses System weniger effektiv als das Zielsystem, da das Kaskadensystem nur den Fan-Luftstrom nutzt und den Haupttriebwerkskern nicht beeinflusst, der weiterhin Vorwärtsschub erzeugt.

Clam-Shell-Auslassgitter offen (Außenbordmotor) an einem Rolls-Royce Conway Turbofan einer VC10

Kaltstromtyp

Schubumkehr mit schwenkbarer Tür an den CFM-56- Triebwerken von Finnair Airbus A340-300

Zusätzlich zu den beiden Typen, die bei Turbojet -Triebwerken und Turbofan-Triebwerken mit niedrigem Bypass verwendet werden, findet sich bei einigen Turbofan-Triebwerken mit hohem Bypass ein dritter Typ von Schubumkehrer. Türen im Bypasskanal werden verwendet, um die Luft umzuleiten, die von der Fan-Sektion des Triebwerks beschleunigt wird, aber nicht durch die Brennkammer strömt (sogenannte Bypass-Luft), so dass sie einen umgekehrten Schub liefert. Das Kaltstromumkehrsystem wird durch einen Luftmotor aktiviert. Im Normalbetrieb sind die Schubumkehrschaufeln blockiert. Bei der Auswahl, faltet das System die Türen die kalten Strom endgültig zu blockieren , Düse und diesen Luftstrom zu den Kaskadenleitschaufeln leiten. Dieses System kann sowohl den Abgasstrom des Ventilators als auch des Kerns umleiten.

Das Kaltstromsystem ist für seine strukturelle Integrität, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit bekannt. Während der Schubumkehrer - Aktivierung, montiert , um eine Hülse , die den Umfang des rund um Flugzeugtriebwerksgondel bewegt Kaskadenleitschaufeln achtern zu belichten , die die Motorgebläseströmung umleiten handeln. Dieses Schubumkehrsystem kann schwer und schwer in Gondeln mit großen Triebwerken zu integrieren sein.

Schubumkehrer vom Typ Kaltstrom, der auf einer Boeing 777-300 eingesetzt wird.

Betrieb

Schubumkehrhebel vor den Haupthebeln, gesehen auf einer Boeing 747-8

In den meisten Cockpit-Setups wird die Schubumkehr eingestellt, wenn die Schubhebel auf Leerlauf stehen, indem sie weiter nach hinten gezogen werden. Der Rückwärtsschub wird typischerweise unmittelbar nach dem Aufsetzen angewendet, oft zusammen mit Spoilern , um die Verzögerung zu Beginn der Landerolle zu verbessern, wenn der verbleibende aerodynamische Auftrieb und die hohe Geschwindigkeit die Wirksamkeit der Bremsen am Fahrwerk einschränken. Umkehrschub wird immer von Hand ausgewählt, entweder Hebel auf die beigefügten Verwendung Schubhebel oder die Schubhebel in eine Umkehrschub ‚Tor‘ bewegt.

Die durch die Schubumkehr bewirkte Frühverzögerung kann die Landerolle um ein Viertel oder mehr reduzieren. Verordnungen diktieren jedoch, dass ein Flugzeug auf einer Landebahn ohne den Einsatz von Schubumkehr , um Land der Lage sein muß zertifiziert wird dort im Rahmen des landen Linienflüge Service.

Sobald sich die Geschwindigkeit des Flugzeugs verlangsamt hat, wird die Schubumkehr abgeschaltet, um zu verhindern, dass der umgekehrte Luftstrom Schmutz vor die Triebwerkseinlässe schleudert, wo er aufgenommen werden kann und Fremdkörperschäden verursachen kann . Wenn die Umstände es erfordern, kann Umkehrschub der ganzen Weg zu einem Anschlag verwendet werden soll, oder sogar Schub zu erzeugen , das Flugzeug nach hinten zu schieben, obwohl Flugzeugschlepper oder Schleppstangen sind häufiger zu diesem Zweck verwendet. Wenn ein umgekehrter Schub verwendet wird, um ein Flugzeug vom Gate zurückzudrängen, wird das Manöver als Powerback bezeichnet . Einige Hersteller warnen vor der Anwendung dieses Verfahrens bei eisigen Bedingungen, da die Verwendung von Rückwärtsschub auf schnee- oder matschbedeckten Böden dazu führen kann, dass Matsch, Wasser und Landebahnenteiser in die Luft fliegen und an den Flügeloberflächen haften bleiben.

Wenn die volle Leistung der Schubumkehr nicht erwünscht ist, kann die Schubumkehr mit weniger als voller Leistung betrieben werden, sogar bis zur Leerlaufleistung, was die Belastung und den Verschleiß der Triebwerkskomponenten reduziert. Schubumkehr wird manchmal bei Triebwerken im Leerlauf gewählt, um Restschub zu beseitigen, insbesondere bei eisigen oder glatten Bedingungen oder wenn der Strahl der Triebwerke Schaden anrichten könnte.

Flugbetrieb

Ein als Powerback sichtbar gemachter Wirbel wird auf einer Boeing C-17 Globemaster III verwendet

Einige Flugzeuge, insbesondere einige russische und sowjetische Flugzeuge , sind in der Lage, den Rückwärtsschub im Flug sicher zu verwenden, obwohl die meisten von diesen Propellerantrieben sind. Viele Verkehrsflugzeuge können dies jedoch nicht. Die Verwendung der Schubumkehr während des Fluges hat mehrere Vorteile. Es ermöglicht eine schnelle Verzögerung und ermöglicht schnelle Geschwindigkeitsänderungen. Es verhindert auch den Geschwindigkeitsaufbau, der normalerweise mit steilen Tauchgängen verbunden ist, und ermöglicht einen schnellen Höhenverlust , der besonders in feindlichen Umgebungen wie Kampfzonen und bei steilen Landeanflügen nützlich sein kann.

Die Douglas DC-8- Serie von Verkehrsflugzeugen ist seit ihrer Inbetriebnahme im Jahr 1959 für den umgekehrten Schub während des Fluges zertifiziert. Sicher und effektiv für schnelle Sinkflüge bei akzeptablen Geschwindigkeiten, erzeugte sie dennoch erhebliches Flugzeug-Buffing, so dass die tatsächliche Nutzung auf Passagierflügen weniger verbreitet war und häufiger bei Fracht- und Fährflügen, bei denen der Komfort der Passagiere keine Rolle spielt.

Die Hawker Siddeley Trident , ein Verkehrsflugzeug mit 120 bis 180 Sitzplätzen, war in der Lage, durch Umkehrschub mit bis zu 10.000 ft/min (3.050 m/min) abzusinken, obwohl diese Fähigkeit selten verwendet wurde.

Das Überschallflugzeug Concorde könnte den umgekehrten Schub in der Luft nutzen, um die Sinkgeschwindigkeit zu erhöhen. Es wurden nur die Innenbordmotoren verwendet, und die Motoren wurden nur im Unterschallflug und wenn sich das Flugzeug unter 30.000 ft Höhe befand , in den umgekehrten Leerlauf gebracht . Dies würde die Sinkgeschwindigkeit auf etwa 10.000 ft/min erhöhen.

Die Boeing C-17 Globemaster III ist eines der wenigen modernen Flugzeuge, das im Flug mit Gegenschub arbeitet. Das von Boeing hergestellte Flugzeug ist in der Lage, während des Fluges einen umgekehrten Schub an allen vier Triebwerken einzusetzen, um steile taktische Sinkflüge mit bis zu 4.600 m/min 274km/h). Die 1969 eingeführte Lockheed C-5 Galaxy verfügt auch über eine Rückwärtsfahrfunktion, allerdings nur bei den Innenbordmotoren.

Die Saab 37 Viggen (im November 2005 ausgemustert ) hatte auch die Fähigkeit, sowohl vor der Landung einen Umkehrschub zu verwenden, um die benötigte Landebahn zu verkürzen, als auch nach der Landung zu rollen, wodurch viele schwedische Straßen als Kriegspisten dienen konnten .

Das Shuttle-Trainingsflugzeug , eine stark modifizierte Grumman Gulfstream II , nutzte im Flug einen umgekehrten Schub, um die Aerodynamik des Space Shuttle zu simulieren, damit Astronauten Landungen üben konnten. Eine ähnliche Technik wurde bei einer modifizierten Tupolev Tu-154 verwendet, die die russische Raumfähre Buran simulierte .

Wirksamkeit

Der erzeugte Schub und die erzeugte Leistung sind proportional zur Geschwindigkeit des Flugzeugs, wodurch der umgekehrte Schub bei hohen Geschwindigkeiten effektiver wird. Für maximale Wirksamkeit sollte es schnell nach dem Aufsetzen aufgetragen werden. Bei Aktivierung bei niedrigen Geschwindigkeiten ist eine Beschädigung durch Fremdkörper möglich. Es besteht eine gewisse Gefahr, dass ein Flugzeug mit Schubumkehrvorrichtungen, die kurzzeitig den Boden verlassen, aufgrund sowohl der Wirkung der Schubumkehr als auch des Nose-Up-Pitch-Effekts der Spoiler den Boden wieder verlässt . Bei Flugzeugen, die für ein solches Ereignis anfällig sind, müssen die Piloten darauf achten, eine feste Position am Boden einzunehmen, bevor sie den umgekehrten Schub anwenden. Bei Anwendung, bevor das Bugrad Bodenkontakt hat, besteht die Möglichkeit einer asymmetrischen Auslösung, die zu einem unkontrollierbaren Gieren in Richtung der Seite mit höherem Schub führt, da das Steuern des Flugzeugs mit dem Bugrad die einzige Möglichkeit ist, die Kontrolle über die Richtung zu behalten Reisen in dieser Situation.

Der Schubumkehrmodus wird nur für einen Bruchteil der Flugzeugbetriebszeit verwendet, beeinflusst ihn jedoch stark in Bezug auf Design , Gewicht, Wartung , Leistung und Kosten. Die Strafen sind erheblich, aber notwendig, da sie eine Bremskraft für zusätzliche Sicherheitsmargen, eine Richtungssteuerung während des Landens und eine Unterstützung bei abgelehnten Starts und Bodenoperationen auf kontaminierten Start- und Landebahnen bieten, auf denen die normale Bremswirkung verringert ist. Fluggesellschaften betrachten Schubumkehrsysteme als einen wesentlichen Bestandteil, um ein Höchstmaß an Betriebssicherheit von Flugzeugen zu erreichen .

Schubumkehr-bedingte Unfälle und Vorfälle

Der Einsatz der Schubumkehr während des Fluges hat direkt zu den Abstürzen mehrerer Transportflugzeuge beigetragen:

  • Am 11. Februar 1978 stürzte Pacific Western Airlines Flug 314 , eine Boeing 737-200 , während einer abgelehnten Landung am Flughafen Cranbrook ab . Der linke Schubumkehrer hatte sich nicht richtig verstaut; es entfaltete sich während des Steigflugs, wodurch das Flugzeug nach links rollte und auf dem Boden aufschlug. Von 5 Besatzungsmitgliedern und 44 Passagieren überlebten nur 6 Passagiere und ein Flugbegleiter.
  • Am 9. Februar 1982 stürzte Japan Airlines Flug 350 300 m vor der Start- und Landebahn des Flughafens Tokio Haneda ab, nachdem der geistig instabile Kapitän absichtlich eine Schubumkehr auf zwei der vier Triebwerke der Douglas DC-8 eingesetzt hatte bei 24 Passagiertoten.
  • Am 29. August 1990 stürzte eine Lockheed C-5 Galaxy der US- Luftwaffe kurz nach dem Start vom Luftwaffenstützpunkt Ramstein in Deutschland ab . Als das Flugzeug anfing, von der Landebahn zu steigen, löste sich plötzlich einer der Schubumkehrer aus. Dies führte zum Verlust der Kontrolle über das Flugzeug und zum anschließenden Absturz. Von den 17 Personen an Bord überlebten 4 den Absturz.
  • Am 26. Mai 1991 hatte Lauda Air Flug 004 , eine Boeing 767-300ER , eine versehentliche Auslösung des Schubumkehrers des linken Triebwerks, was dazu führte, dass das Verkehrsflugzeug in der Luft einen schnellen Sturzflug machte und auseinanderbrach. Alle 213 Passagiere und 10 Besatzungsmitglieder wurden getötet.
  • Am 31. Oktober 1996 stürzte TAM Linhas Aéreas Flug 402 , eine Fokker 100 , kurz nach dem Start vom internationalen Flughafen Congonhas-São Paulo in São Paulo , Brasilien , ab und traf zwei Wohnhäuser und mehrere Häuser. Alle 90 Passagiere und 6 Besatzungsmitglieder sowie 3 Personen am Boden starben bei dem Absturz. Der Absturz wurde auf das unkontrollierte Auslösen eines fehlerhaften Schubumkehrers am rechten Triebwerk kurz nach dem Start zurückgeführt.
  • Am 10. Februar 2004 stürzte Kish Air Flug 7170 , eine Fokker 50 , beim Anflug auf den internationalen Flughafen Sharjah ab . Insgesamt kamen 43 der 46 Passagiere und Besatzungsmitglieder an Bord ums Leben. Die Ermittler stellten fest, dass die Piloten die Propeller vorzeitig auf Schubumkehr gestellt hatten, wodurch sie die Kontrolle über das Flugzeug verloren.
  • Am 17. Juli 2007 stürzte TAM Linhas Aéreas Flug 3054 , ein Airbus A320 nach der Landung auf dem Congonhas-São Paulo International Airport , São Paulo , Brasilien , ab und traf eine Shell- Tankstelle, Autos und schließlich das TAM Express- Gebäude, wobei insgesamt 199 Menschen ums Leben kamen Menschen, 187 an Bord des Flugzeugs und 12 am Boden, hinterließen keine Überlebenden. Der Absturz wurde auf eine Fehlfunktion des rechten Schubumkehrers zurückgeführt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links