<\/a><\/noindex>*Hier und im Folgenden sprechen wir von unterschallgeschwindigkeiten. Bei \u00dcberschallgeschwindigkeiten \u00e4ndert sich die Physik, und dort ist alles ganz anders. <\/p>\n
Der Kompressor ist ein Ger\u00e4t, in dem der Luftdruck erh\u00f6ht wird. Man kann den Kompressor durch eine Gr\u00f6\u00dfe charakterisieren, die als Druckverh\u00e4ltniss bezeichnet wird. In modernen Motoren beginnt dieser Wert bereits, 40 Einheiten zu \u00fcberschreiten. Au\u00dferdem steigt dabei die Temperatur (m\u00f6glicherweise bis etwa 400 Grad Celsius).<\/p>\n
Die Brennkammer ist ein Ger\u00e4t, in dem dem komprimierten Luftstrom (nach dem Kompressor) W\u00e4rme durch die Verbrennung von Kraftstoff zugef\u00fchrt wird. Die Temperatur in der Brennkammer ist sehr hoch und kann bis zu 2000 Grad Celsius erreichen. Es k\u00f6nnte den Anschein haben, dass der Druck des Gases in der Kammer ebenfalls stark ansteigt, aber das ist nicht der Fall. Theoretisch wird angenommen, dass die W\u00e4rme bei konstantem Druck zugef\u00fchrt wird. In der Realit\u00e4t f\u00e4llt dieser jedoch leicht aufgrund von Verlusten (ein Problem der Konstruktionsunvollkommenheit). <\/p>\n
Die Turbine ist ein Ger\u00e4t, das einen Teil der Energie des Gases nach der Brennkammer in mechanische Energie f\u00fcr den Antrieb des Kompressors umwandelt. Da Turbinen nicht nur in der Luftfahrt eingesetzt werden, l\u00e4sst sich eine allgemeinere Definition finden: Es ist ein Ger\u00e4t, das die innere Energie des Arbeitsmediums (in unserem Fall ist das Arbeitsmedium Gas) in mechanische Arbeit an der Welle umwandelt. Wie Sie vielleicht verstanden haben, sind Turbine und Kompressor auf derselben Welle montiert und fest miteinander verbunden. Wenn im Kompressor der Gasdruck steigt, sinkt dieser in der Turbine; das Gas dehnt sich also aus. <\/p>\n
Die D\u00fcse ist ein verengter Kanal, in dem die potenzielle Energie des Gases in kinetische Energie umgewandelt wird (die verbleibende Energiereserve des Gases nach der Turbine). \u00c4hnlich wie in der Turbine erfolgt auch in der D\u00fcse die Expansion des Gases. Es entsteht ein Strahl, der, wenn er aus der D\u00fcse austritt, das Flugzeug antreibt. <\/p>\n
Wir haben die grundlegenden Elemente besprochen. Aber wie funktioniert das Ganze eigentlich? Lassen Sie uns also noch einmal kurz und b\u00fcndig darauf eingehen. <\/p>\n
Die Luft aus der Atmosph\u00e4re gelangt in das Eintrittsger\u00e4t, wo sie leicht komprimiert wird und in den Kompressor eintritt. Im Kompressor steigt der Luftdruck weiter an, ebenso wie die Temperatur. Nach dem Kompressor gelangt die Luft in die Brennkammer, wo sie sich mit dem Kraftstoff vermischt und entz\u00fcndet, was zu einem starken Temperaturanstieg bei ann\u00e4hernd konstantem Druck f\u00fchrt. Nach der Brennkammer str\u00f6mt das hei\u00dfe, komprimierte Gas in die Turbine. Ein Teil der Energie des Gases wird genutzt, um den Kompressor \u00fcber die Turbine zu drehen (damit er seine oben beschriebene Funktion erf\u00fcllen kann), der andere Teil der Energie wird f\u00fcr die ben\u00f6tigte Bewegung des Flugzeugs verwendet, da das Gas, nach der Turbine, in einen Strahl im D\u00fcsenbereich umgewandelt wird und in die Atmosph\u00e4re str\u00f6mt. Damit endet der Zyklus. Nat\u00fcrlich verlaufen alle Prozesse des Zyklus in der Realit\u00e4t kontinuierlich.<\/p>\n
Ein solcher Zyklus wird als Brayton-Zyklus bezeichnet, oder als thermodynamischer Zyklus mit kontinuierlichem Arbeitsprozess und W\u00e4rmezufuhr bei konstantem Druck. Nach diesem Zyklus arbeiten alle Gasturbinen.<\/p>\n
Der Brayton-Zyklus in P-V-Koordinaten<\/i><\/p>\n
H-W - der Kompressionsprozess im Eintrittsger\u00e4t
Schematische Darstellung eines Turbofan-Triebwerks, wobei 0-0 die Achse des Triebwerks ist<\/i><\/p>\n
Ein TTRD kann auch zwei Wellen haben. In diesem Fall besteht der Kompressor aus einem Niederdruckkompressor (KND) und einem Hochdruckkompressor (KVD), w\u00e4hrend die Arbeit durch die Niederdruckturbine (TND) und die Hochdruckturbine (TVD) bereitgestellt wird. Diese Anordnung ist gasdynamisch vorteilhafter.<\/p>\n
Ein reales Triebwerk dieser Art in Querschnitt<\/i><\/p>\n
Wir haben das Funktionsprinzip des einfachsten Schemas eines luftgef\u00fchrten Gasturbinenmotors betrachtet. Nat\u00fcrlich sind in modernen \u201aAirbus\u2018 und \u201aBoeing\u2018 TTRDDs eingebaut, deren Konstruktion deutlich komplexer ist, aber sie funktionieren nach den gleichen Prinzipien. Lassen Sie uns diese n\u00e4her betrachten.<\/p>\n
Zweikreis-Turbofan-Triebwerk<\/h2>\n \nTRDD unterscheidet sich in erster Linie von TRD dadurch, dass es zwei Str\u00f6mungskreise hat: einen \u00e4u\u00dferen und einen inneren. Der innere Kreis enth\u00e4lt das Gleiche wie der TRD: einen Kompressor (unterteilt in KND und KVD), eine Brennkammer, eine Turbine (unterteilt in TVD und TND) und eine D\u00fcse. Der \u00e4u\u00dfere Kreis ist ein Kanal mit einer D\u00fcse am Ende. Er enth\u00e4lt weder eine Brennkammer noch eine Turbine. Vor beiden Kreisen (direkt nach dem Lufteinlass des Triebwerks) befindet sich eine Kompressorstufe, die f\u00fcr beide Kreise arbeitet. <\/p>\n
Das ergibt ein wenig verwirrendes Bild, nicht wahr? Lassen Sie uns kl\u00e4ren, wie das funktioniert.<\/p>\n
Schematische Darstellung eines Turbofan-Triebwerks mit zwei Wellen und zwei Str\u00f6mungskreisen.<\/i><\/p>\n
Die Luft, die in den Motor gelangt, wird nach der ersten Stufe des Niederdruckkompressors in zwei Str\u00f6me aufgeteilt. Ein Teil der Luft flie\u00dft durch den inneren Kreislauf, wo die gleichen Prozesse stattfinden, die wir bereits bei der Betrachtung des Turbofan-Triebwerks beschrieben haben. Der andere Teil der Luft gelangt in den \u00e4u\u00dferen Kreislauf, wo sie Energie von der ersten Stufe der Hochdruckturbine (die, die an beiden Kreisl\u00e4ufen arbeitet) erh\u00e4lt. Im \u00e4u\u00dferen Kreislauf wird die Energie der Luft nur f\u00fcr die \u00dcberwindung hydraulischer Verluste (durch Reibung) verwendet. Am Ende gelangt diese Luft in die D\u00fcse des \u00e4u\u00dferen Kreislaufs, was einen enormen Schub erzeugt. Der Schub, der im \u00e4u\u00dferen Kreislauf erzeugt wird, kann bis zu 80 % des gesamten Schubs des Motors ausmachen. <\/p>\n
Eine der wichtigsten Eigenschaften von Turbojet-Triebwerken ist der Grad der Zweikreidigkeit. Der Grad der Zweikreidigkeit ist das Verh\u00e4ltnis des Luftdurchsatzes im \u00e4u\u00dferen Kreislauf zum Luftdurchsatz im inneren Kreislauf. Dieser Wert kann sowohl gr\u00f6\u00dfer als auch kleiner als eins sein. Bei modernen Triebwerken \u00fcberschreitet dieser Wert oft 12.
Das TRDD des Boeing 757-200. Im Vordergrund sind das Eintrittsger\u00e4t und der Ventilator zu sehen.<\/i><\/p>\n
Bei einigen Triebwerken wird der Ventilator von einer separaten Turbine angetrieben, die am n\u00e4chsten zur D\u00fcse des inneren Kreises platziert ist. Das Triebwerk wird dann als dreikreisig betrachtet. Ein Beispiel f\u00fcr ein solches Schema sind die Triebwerke Rolls Royce RB211 (installiert auf L1011, B747, B757, B767), D-18T (An-124), D-36 (Jak-42).<\/p>\n
D-18T im Schnitt von innen.<\/i><\/p>\n
Das Hauptmerkmal des TRDD liegt in der F\u00e4higkeit, eine gro\u00dfe Schubkraft und gute Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu TRD zu erzeugen. <\/p>\n
Damit m\u00f6chte ich mit dem Thema TRDD abschlie\u00dfen und zum n\u00e4chsten Triebwerkstyp \u00fcbergehen \u2013 dem TWD.<\/p>\n
Turboprop-Triebwerke<\/h2>\n \nDas turboprop-Triebwerk geh\u00f6rt wie das turbojet-Triebwerk zu den Gasturbinenantrieben. Es funktioniert fast genau wie ein turbojet. Ein elementares turboprop-Triebwerk besteht aus bereits bekannten Elementen: Kompressor, Brennkammer, Turbine und D\u00fcse. Hinzu kommen ein Getriebe und eine Schraube. <\/p>\n
Schematische Darstellung eines Turboprop-Triebwerks<\/i><\/p>\n
Es gibt jedoch auch eine andere Konfiguration von Turboprop-Triebwerken: mit einer Frei-Turbine.
Schematischer Aufbau eines TDM mit freier Turbine<\/i><\/p>\n
Ich m\u00f6chte darauf hinweisen, dass man turbinengetriebene Motoren nicht als ineffizienten \u00dcberrest der Vergangenheit betrachten sollte. Ich habe solche Aussagen mehrere Male geh\u00f6rt, aber sie sind falsch.
Damit schlie\u00dfen wir das Thema Turboprop-Triebwerke ab. Nach und nach kommen wir auf das Konzept der Turboshaft-Triebwerke zu.<\/p>\n
Turboshaft-Triebwerk<\/h2>\n \nWahrscheinlich h\u00f6ren die meisten Leser hier zum ersten Mal von diesem Begriff. Dieser Triebwerktyp wird in Hubschraubern eingesetzt. <\/p>\n
Der Turbinenwellenmotor \u00e4hnelt sehr dem Turboprop-Motor mit freier Turbine. Er besteht ebenfalls aus einem Kompressor, einer Brennkammer, der Kompressorturbine und einer darauf folgenden freien Turbine, die nur gasdynamisch mit den vorangegangenen Komponenten verbunden ist. Eine reaktive Schubkraft erzeugt dieser Motor jedoch nicht, da er kein Reaktionsd\u00fcsenprofil hat, sondern lediglich Abgas. Die freie Turbine besitzt eine eigene Welle, die mit dem Hauptgetriebe des Hubschraubers (des Hauptrotors) verbunden ist. Ja, alle mir bekannten Hubschrauber haben ein solches Getriebe, und in der Regel ist dies von betr\u00e4chtlicher Gr\u00f6\u00dfe. Der Grund daf\u00fcr ist, dass die Drehzahlen des Hauptrotors eines Hubschraubers sehr niedrig sind. W\u00e4hrend sie bei Flugzeugen, wie ich oben erw\u00e4hnt habe, 1500 U\/min erreichen k\u00f6nnen, betr\u00e4gt die Drehzahl bei einem Hubschrauber, zum Beispiel bei der Mi-8, gerade einmal 193 U\/min.
Schematische Darstellung des Turbinenwellenmotors<\/i><\/p>\n
Der Motor TV3-117 des Hubschraubers Mi-8. Rechts sind der Auspuff und die Antriebswelle sichtbar.<\/i><\/p>\n
Wir haben also vier Arten von Gasturbinenmotoren betrachtet. Ich hoffe, mein Text war f\u00fcr Sie verst\u00e4ndlich und hilfreich. Bei Fragen oder Anmerkungen k\u00f6nnen Sie gerne Kommentare hinterlassen. <\/p>\n
Vielen Dank f\u00fcr Ihre Aufmerksamkeit.habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"\u0412\u0441\u0435\u043c \u043f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442! \u0412 \u044d\u0442\u043e\u0439 \u0441\u0442\u0430\u0442\u044c\u0435 \u044f \u0445\u043e\u0447\u0443 \u0440\u0430\u0441\u0441\u043a\u0430\u0437\u0430\u0442\u044c \u043e \u0442\u043e\u043c, \u043a\u0430\u043a \u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u0430\u044e\u0442 \u0430\u0432\u0438\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0433\u0430\u0437\u043e\u0442\u0443\u0440\u0431\u0438\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0413\u0422\u0414). \u042f \u043f\u043e\u0441\u0442\u0430\u0440\u0430\u044e\u0441\u044c \u0441\u0434\u0435\u043b\u0430\u0442\u044c \u044d\u0442\u043e \u043d\u0430\u0438\u0431\u043e\u043b\u0435\u0435 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u044b\u043c \u0438 \u043f\u043e\u043d\u044f\u0442\u043d\u044b\u043c \u044f\u0437\u044b\u043a\u043e\u043c. \u0410\u0432\u0438\u0430\u0446\u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0413\u0422\u0414 \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u0440\u0430\u0437\u0434\u0435\u043b\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430: \u0442\u0443\u0440\u0431\u043e\u0440\u0435\u0430\u043a\u0442\u0438\u0432\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0420\u0414) \u0434\u0432\u0443\u0445\u043a\u043e\u043d\u0442\u0443\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0442\u0443\u0440\u0431\u043e\u0440\u0435\u0430\u043a\u0442\u0438\u0432\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0420\u0414\u0414) \u0422\u0443\u0440\u0431\u043e\u0432\u0438\u043d\u0442\u043e\u0432\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0412\u0414) \u0422\u0443\u0440\u0431\u043e\u0432\u0430\u043b\u044c\u043d\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0438\u0433\u0430\u0442\u0435\u043b\u0438 (\u0422\u0412\u0430\u0414) \u041f\u0440\u0438\u0442\u043e\u043c, \u0422\u0420\u0414 \u0438 \u0422\u0420\u0414\u0414 \u043c\u043e\u0433\u0443\u0442 \u0441\u043e\u0434\u0435\u0440\u0436\u0430\u0442\u044c \u0432 \u0441\u0435\u0431\u0435 \u0444\u043e\u0440\u0441\u0430\u0436\u043d\u0443\u044e \u043a\u0430\u043c\u0435\u0440\u0443, \u0432 […]<\/p>\n","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[702],"tags":[],"class_list":["post-35229","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-novosti-interneta"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t
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