Turboprop - Turboprop

GE T64 Propeller links, Getriebe mit Zubehör in der Mitte und Gasgenerator (Turbine) rechts

Ein Turboprop- Triebwerk ist ein Turbinentriebwerk, das einen Flugzeugpropeller antreibt .

Ein Turboprop besteht aus einem Einlass, einem Untersetzungsgetriebe, einem Kompressor , einer Brennkammer , einer Turbine und einer Treibdüse . Luft wird in den Einlass gesaugt und vom Kompressor komprimiert. Der komprimierten Luft in der Brennkammer wird dann Brennstoff zugesetzt, wo dann das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt . Die heißen Verbrennungsgase expandieren durch die Turbine. Ein Teil der von der Turbine erzeugten Leistung wird zum Antrieb des Kompressors verwendet. Die Gase werden dann von der Rückseite des Motors ausgestoßen. Im Gegensatz zu einem Turbojet enthalten die Abgase des Triebwerks nicht genug Energie, um einen nennenswerten Schub zu erzeugen, da fast die gesamte Leistung des Triebwerks für den Antrieb des Propellers verwendet wird.

Technologische Aspekte

Schematische Darstellung des Betriebs eines Turboprop-Triebwerks
Vergleich des Antriebswirkungsgrads für verschiedene Konfigurationen von Gasturbinentriebwerken

Der Abgasschub in einem Turboprop wird zugunsten der Wellenleistung geopfert, die durch Extrahieren zusätzlicher Leistung (über die zum Antrieb des Verdichters erforderliche hinaus) aus der Turbinenexpansion erhalten wird. Durch die zusätzliche Expansion im Turbinensystem ist die Restenergie im Abgasstrahl gering. Folglich erzeugt der Abgasstrahl etwa 10 % des Gesamtschubs. Bei niedrigen Drehzahlen kommt ein größerer Schubanteil vom Propeller, bei höheren Drehzahlen weniger.

Turboprops haben Bypass-Verhältnisse von 50-100, obwohl der Antriebsluftstrom bei Propellern weniger klar definiert ist als bei Ventilatoren.

Der Propeller ist über ein Untersetzungsgetriebe mit der Turbine gekoppelt , das die hohe Drehzahl /niedriges Drehmoment in niedrige Drehzahl/hohes Drehmoment umwandelt . Der Propeller selbst ist normalerweise ein Propellertyp mit konstanter Geschwindigkeit (variabler Steigung), ähnlich dem, der bei Hubkolbenmotoren von größeren Flugzeugen verwendet wird , außer dass die Anforderungen an die Propellersteuerung sehr unterschiedlich sind.

Im Gegensatz zu den Ventilatoren mit kleinem Durchmesser, die in Turbofan- Düsentriebwerken verwendet werden, hat der Propeller einen großen Durchmesser, der es ihm ermöglicht, ein großes Luftvolumen zu beschleunigen. Dies ermöglicht eine geringere Luftstromgeschwindigkeit für einen gegebenen Schubbetrag. Da es bei niedrigen Geschwindigkeiten effizienter ist, eine große Luftmenge geringfügig zu beschleunigen als eine kleine Luftmenge stark, erhöht eine geringe Scheibenbelastung (Schub pro Scheibenflächeneinheit) die Energieeffizienz des Flugzeugs, und dies reduziert der Kraftstoffverbrauch.

Propeller funktionieren gut, bis die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs hoch genug ist, dass der Luftstrom an den Blattspitzen vorbei die Schallgeschwindigkeit erreicht. Jenseits dieser Drehzahl sinkt der Anteil der den Propeller antreibenden Leistung, die in Propellerschub umgewandelt wird, dramatisch. Aus diesem Grund werden Turboprop-Triebwerke nicht bei Flugzeugen verwendet, die schneller als 0,6–0,7 Mach fliegen . Allerdings propfan Motoren, die sehr ähnlich sind Turboprop - Triebwerke, können Kreuzfahrt bei Fluggeschwindigkeiten nähert 0,75 Mach. Um die Propellereffizienz über einen weiten Bereich von Fluggeschwindigkeiten beizubehalten, verwenden Turboprops Propeller mit konstanter Geschwindigkeit (variabler Steigung). Die Blätter eines Propellers mit konstanter Geschwindigkeit erhöhen die Steigung mit zunehmender Flugzeuggeschwindigkeit. Ein weiterer Vorteil dieses Propellertyps besteht darin, dass er auch zur Erzeugung von Gegenschub verwendet werden kann, um den Bremsweg auf der Landebahn zu verkürzen. Darüber hinaus kann der Propeller bei einem Motorausfall gefiedert werden , wodurch der Widerstand des nicht funktionierenden Propellers minimiert wird.

Während die Arbeitsturbine in den Gasgeneratorabschnitt integriert sein kann, weisen viele Turboprops heute eine freie Arbeitsturbine auf einer separaten koaxialen Welle auf. Dadurch kann sich der Propeller unabhängig von der Kompressordrehzahl frei drehen.

Geschichte

Alan Arnold Griffith hatte 1926 ein Papier über das Design von Kompressoren veröffentlicht. Nachfolgende Arbeiten am Royal Aircraft Establishment untersuchten Konstruktionen auf Axialkompressorbasis, die einen Propeller antreiben würden. Ab 1929 begann Frank Whittle mit der Arbeit an Konstruktionen auf Zentrifugalkompressorbasis, die die gesamte vom Triebwerk erzeugte Gaskraft für den Strahlschub nutzen würden.

Der weltweit erste Turboprop wurde von dem ungarischen Maschinenbauingenieur György Jendrassik konstruiert . Jendrassik veröffentlichte 1928 eine Turboprop-Idee und am 12. März 1929 ließ er seine Erfindung patentieren. 1938 baute er eine kleine (100 PS; 74,6 kW) Versuchsgasturbine. Der größere Jendrassik Cs-1 , mit einer erwarteten Leistung von 1.000 PS, wurde zwischen 1937 und 1941 im Ganz-Werk in Budapest hergestellt und getestet . Er war axial durchströmt mit 15 Verdichter- und 7 Turbinenstufen, Ringbrennkammer. Erstmals 1940, Verbrennungsprobleme begrenzten seine Leistung auf 400 PS. 1941 wurde der Motor kriegsbedingt aufgegeben und die Fabrik auf konventionelle Motorenfertigung umgestellt.

Ein Rolls-Royce RB.50 Trent auf einem Prüfstand in Hucknall im März 1945

Die erste Erwähnung von Turboprop-Triebwerken in der allgemeinen Presse erfolgte in der Februar-Ausgabe 1944 der britischen Luftfahrtzeitschrift Flight , die eine detaillierte Schnittzeichnung enthielt, wie ein mögliches zukünftiges Turboprop-Triebwerk aussehen könnte. Die Zeichnung war dem zukünftigen Rolls-Royce Trent sehr nahe. Das erste britische Turboprop-Triebwerk war der Rolls-Royce RB.50 Trent , ein umgebauter Derwent II mit Untersetzungsgetriebe und einem Rotol 7 ft 11 in (2,41 m) Fünfblattpropeller. Gloster Meteor EE227 - der einzige "Trent-Meteor" - wurde mit zwei Trents ausgestattet und war damit das weltweit erste Turboprop-Flugzeug, wenn auch ein nicht für die Produktion vorgesehener Prüfstand. Es fliegt erstmals am 20. September 1945. Aus ihrer Erfahrung mit dem Trent, Rolls-Royce entwickelt , um den Rolls-Royce Clyde , das erste Turboprop - Triebwerk vollständig zu zertifizierten Typ für militärische und zivile Zwecke, und das Dart , die eine des wurde zuverlässigen Turboprop-Triebwerken, die jemals gebaut wurden. Die Dartproduktion dauerte mehr als fünfzig Jahre. Die Vickers Viscount mit Dart-Antrieb war das erste Turboprop-Flugzeug überhaupt, das in Produktion ging und in großen Stückzahlen verkauft wurde. Es war auch der erste viermotorige Turboprop. Sein Erstflug fand am 16. Juli 1948 statt. Das weltweit erste einmotorige Turboprop-Flugzeug war die von Armstrong Siddeley Mamba angetriebene Boulton Paul Balliol , die am 24. März 1948 erstmals flog.

Der Kuznetsov NK-12 ist immer noch der stärkste Turboprop

Die Sowjetunion baute auf den deutschen Turboprop-Vorarbeiten der Junkers Motorenwerke aus dem Zweiten Weltkrieg, während auch BMW, Heinkel-Hirth und Daimler-Benz an Entwurfsprojekten arbeiteten. Während die Sowjetunion über die Technologie verfügte, um die Flugzeugzelle für einen strategischen Bomber mit Düsenantrieb zu bauen, der mit Boeings B-52 Stratofortress vergleichbar war , produzierte sie stattdessen die Tupolev Tu-95 Bear, angetrieben mit vier Kuznetsov NK-12 Turboprops, die mit acht Kontra- rotierende Propeller (zwei pro Gondel) mit Überschallspitzengeschwindigkeiten, um maximale Reisegeschwindigkeiten von über 575 Meilen pro Stunde zu erreichen, schneller als viele der ersten Düsenflugzeuge und vergleichbar mit Jet-Reisegeschwindigkeiten für die meisten Missionen. Der Bär sollte bis zum Ende des 20. Die USA verwendeten in den 1950er Jahren Turboprop-Triebwerke mit gegenläufigen Propellern wie die Allison T40 in einigen Versuchsflugzeugen. Das T40-angetriebene Convair R3Y Tradewind Flugboot wurde für kurze Zeit von der US Navy betrieben.

Das erste amerikanische Turboprop-Triebwerk war das General Electric XT31 , das erstmals im experimentellen Consolidated Vultee XP-81 eingesetzt wurde . Die XP-81 flog erstmals im Dezember 1945, das erste Flugzeug, das eine Kombination aus Turboprop- und Turbojetantrieb verwendete . Die Technologie von Allisons früherem T38-Design entwickelte sich zur Allison T56 , die zum Antrieb des Lockheed Electra- Verkehrsflugzeugs, seines militärischen Seepatrouillenderivats P-3 Orion und des militärischen Transportflugzeugs C-130 Hercules verwendet wurde.

Der erste Turbinenantrieb, wellengetriebenen Hubschrauber war die Kaman K-225 , eine Entwicklung von Charles Kaman ‚s K-125 synchropter , die eine gebrauchte Boeing T50 Turbomaschine zur Macht es am 11. Dezember 1951.

Verwendungszweck

Im Vergleich zu Turbofans sind Turboprops bei Fluggeschwindigkeiten unter 725 km/h (450 mph; 390 Knoten) am effizientesten, da die Strahlgeschwindigkeit des Propellers (und des Abgases) relativ niedrig ist. Moderne Turboprop-Flugzeuge arbeiten mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie kleine Regionaljet- Flugzeuge, verbrauchen jedoch zwei Drittel des Treibstoffs pro Passagier. Im Vergleich zu einem Turbojet (der für erhöhte Geschwindigkeit und Kraftstoffeffizienz in großer Höhe fliegen kann ) hat ein Propellerflugzeug jedoch eine niedrigere Decke.

Die Beech King Air und Super King Air sind mit zusammen 7.300 Exemplaren (Stand Mai 2018) die am häufigsten ausgelieferten Turboprop- Geschäftsflugzeuge

Im Vergleich zu Kolbenmotoren können ihr größeres Leistungsgewicht (das kürzere Starts ermöglicht) und ihre Zuverlässigkeit ihre höheren Anschaffungskosten, Wartung und Kraftstoffverbrauch ausgleichen. Als Düsentreibstoff leichter sein kann als erhalten Avgas in abgelegenen Gebieten, Turboprop-Flugzeug wie der Cessna Caravan und Quest - Kodiak wird eingesetzt als bush Flugzeuge .

Turboprop-Triebwerke werden im Allgemeinen in kleinen Unterschallflugzeugen verwendet, aber die Tupolev Tu-114 kann 470 kn (870 km/h, 541 mph) erreichen. Große Militärflugzeuge wie die Tupolev Tu-95 und zivile Flugzeuge wie die Lockheed L-188 Electra wurden ebenfalls mit Turboprop betrieben. Der Airbus A400M wird von vier Europrop TP400- Triebwerken angetrieben, die nach dem 11 MW (15.000 PS) Kuznetsov NK-12 die zweitstärksten jemals produzierten Turboprop-Triebwerke sind .

Im Jahr 2017 waren die am weitesten verbreiteten Turboprop- Flugzeuge die ATR 42 / 72 (950 Flugzeuge), Bombardier Q400 (506), De Havilland Canada Dash 8 -100/200/300 (374), Beechcraft 1900 (328), de Havilland Kanada DHC-6 Twin Otter (270), Saab 340 (225). Weniger verbreitet und ältere Verkehrsflugzeuge sind die BAe Jetstream 31 , Embraer EMB 120 Brasilia , Fairchild Swearingen Metroliner , Dornier 328 , Saab 2000 , Xian MA60 , MA600 und MA700 , Fokker 27 und 50 .

Zu den Turboprop- Geschäftsflugzeugen zählen Piper Meridian , Socata TBM , Pilatus PC-12 , Piaggio P.180 Avanti , Beechcraft King Air und Super King Air . Im April 2017 befanden sich 14.311 Business-Turboprops in der weltweiten Flotte.

Zuverlässigkeit

Zwischen 2012 und 2016 beobachtete der ATSB 417 Ereignisse mit Turboprop-Flugzeugen, 83 pro Jahr, über 1,4 Millionen Flugstunden: 2,2 pro 10.000 Stunden. Drei waren „hohes Risiko“ mit Triebwerksausfall und ungeplanter Landung in einmotorigen Cessna 208 Caravans , vier „mittleres Risiko“ und 96 % „geringes Risiko“. Zwei Vorfälle führten zu leichten Verletzungen durch Triebwerksfehler und Geländekollisionen in landwirtschaftlichen Flugzeugen und fünf Unfälle im Zusammenhang mit Luftarbeit: vier in der Landwirtschaft und einer in einer Ambulanz .

Aktuelle Motoren

Janes alle Flugzeuge der Welt . 2005–2006.

Hersteller Land Bezeichnung Trockengewicht (kg) Startleistung (kW) Anwendung
DEMC  Volksrepublik China WJ5E 720 2130 Harbin SH-5 , Xi'an Y-7
Europrop International  europäische Union TP400-D6 1800 8203 Airbus A400M
Allgemeine Elektrik  Vereinigte Staaten CT7 -5A 365 1294
Allgemeine Elektrik  Vereinigte Staaten CT7 -9 365 1447 CASA/IPTN CN-235 , Lassen Sie L-610 , Saab 340 , Suchoi Su-80
Allgemeine Elektrik  Vereinigte Staaten Tschechien  H80-Serie 200 550–625 Drossel Modell 510 , Let 410NG , Let L-410 Turbolet UVP-E, CAIGA Primus 150 , Nextant G90XT
Allgemeine Elektrik  Vereinigte Staaten T64 -P4D 538 2535 Aeritalia G.222 , de Havilland Canada DHC-5 Buffalo , Kawasaki P-2J
Honeywell  Vereinigte Staaten TPE331- Serie 150–275 478-1650 Aero/Rockwell Turbo Commander 680/690/840/960/1000 , Antonov An-38 , Ayres Thrush , BAe Jetstream 31/32 , BAe Jetstream 41 , CASA C-212 Aviocar , Cessna 441 Conquest II, Dornier 228 , General Atomics MQ -9 Reaper , Grum Ge man , Mitsubishi MU-2 , North American Rockwell OV-10 Bronco , Piper PA-42 Cheyenne , RUAG 228NG , Short SC.7 Skyvan , Short Tucano , Swearingen Merlin , Fairchild Swearingen Metroliner
Honeywell  Vereinigte Staaten LTP 101 -700 147 522 Lufttraktor AT-302 , Piaggio P.166
KKBM  Russland NK-12MV 1900 11033 Antonow An-22 , Tupolew Tu-95 , Tupolew Tu-114
Fortschritt  Ukraine TV3-117 VMA-SB2 560 1864 Antonov An-140
Klimow  Russland TV7-117 S 530 2100 Iljuschin Il-112 , Iljuschin Il-114
Fortschritt  Ukraine AI20 M 1040 2940 Antonov An-12 , Antonov An-32 , Iljuschin Il-18
Fortschritt  Ukraine AI24 T 600 1880 Antonov An-24 , Antonov An-26 , Antonov An-30
LHTEC  Vereinigte Staaten LHTEC T800 517 2013 AgustaWestland Super Lynx 300 (CTS800-4N), AgustaWestland AW159 Lynx Wildcat (CTS800-4N), Ayres LM200 Loadmaster (LHTEC CTP800-4T) (Flugzeug nicht gebaut), Sikorsky X2 (T800-LHT-801), TAI/AgustaWestland T- 129 (CTS800-4A)
OMKB  Russland TVD-20 240 1081 Antonov An-3 , Antonov An-38
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PT-6- Serie 149–260 430–1500 Air Tractor AT-502 , Air Tractor AT-602 , Air Tractor AT-802 , Beechcraft Model 99 , Beechcraft King Air, Beechcraft Super King Air , Beechcraft 1900 , Beechcraft T-6 Texan II , Cessna 208 Caravan , Cessna 425 Corsair/Conquest I , de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter , Harbin Y-12 , Embraer EMB 110 Bandeirante , Let L-410 Turbolet , Piaggio P.180 Avanti , Pilatus PC-6 Porter , Pilatus PC-12 , Piper PA-42 Cheyenne , Piper PA-46-500TP Meridian , Shorts 360 , Daher TBM 700 , Daher TBM 850 , Daher TBM 900 , Embraer EMB 314 Super Tucano
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW120 418 1491 ATR 42 -300/320
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW121 425 1603 ATR 42 -300/320, Bombardier Dash 8 Q100
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW123 C/D 450 1603 Bombardier Dash 8 Q300
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW126 C/D 450 1950 BAe ATP
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW127 481 2051 ATR 72
Pratt & Whitney Kanada  Kanada PW150 A 717 3781 Bombardier Dash 8 Q400
PZL  Polen TWD-10B 230 754 PZL M28
RKBM  Russland TVD-1500S 240 1044 Suchoi Su-80
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich Dart Mk 536 569 1700 Avro 748 , Fokker F27 , Vickers Viscount
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich Tyne 21 569 4500 Aeritalia G.222 , Breguet Atlantic , Transall C-160
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich 250 -B17 88,4 313 Fuji T-7 , Britten-Norman Turbine Islander , O&N Cessna 210 , Soloy Cessna 206 , Propjet Bonanza
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich Allison T56 828–880 3424–3910 P-3 Orion , E-2 Hawkeye , C-2 Greyhound , C-130 Hercules
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich AE2100 A 715,8 3095 Saab 2000
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich AE2100 J 710 3424 ShinMaywa US-2
Rolls Royce  Vereinigtes Königreich AE2100 D2, D3 702 3424 Alenia C-27J Spartan , Lockheed Martin C-130J Super Hercules
Rybinsk  Russland TVD-1500V 220 1156
Saturn  Russland TAL-34-1 178 809
Turbomeca  Frankreich Arrius 1D 111 313 Socata TB 31 Omega
Turbomeca  Frankreich Arrius 2F 103 376
Walter  Tschechien M601 Serie 200 560 Let L-410 Turbolet , Aerocomp Comp Air 10 XL , Aerocomp Comp Air 7 , Ayres Thrush , Dornier Do 28 , Lancair Propjet , Let Z-37T , Let L-420 , Myasishchev M-101T , PAC FU-24 Fletcher , Progress Rysachok , PZL-106 Kruk , PZL-130 Orlik , SM-92T Turbo Finist
Walter  Tschechien M602 A 570 1360 Lassen Sie L-610
Walter  Tschechien M602 B 480 1500

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Literaturverzeichnis

  • Green, W. und Cross, R. Das Jet-Flugzeug der Welt (1955). London: MacDonald
  • Gunston, Bill (2006). Die Entwicklung von Strahl- und Turbinentriebwerken, 4. Auflage . Sparkford, Somerset, England, Großbritannien: Patrick Stephens, Haynes Publishing. ISBN 0-7509-4477-3.
  • Gunston, Bill (2006). World Encyclopedia of Aero Engines, 5. Auflage . Phoenix Mill, Gloucestershire, England, Vereinigtes Königreich: Sutton Publishing Limited. ISBN 0-7509-4479-X.
  • James, DN Gloster Flugzeug seit 1917 (1971). London: Putnam & Co. ISBN  0-370-00084-6

Weiterlesen

Externe Links