Luft- und Raumfahrt

Wie ein Düsentriebwerk funktioniert

Wie ein Düsentriebwerk funktioniert


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Sie haben sich vielleicht gefragt, wie ein Düsentriebwerk funktioniert, haben aber die Idee aufgegeben, dass Sie die Raketenwissenschaft verstehen könnten. Aber es ist tatsächlich ein einfaches Konzept, das die Person an Ihrer Seite bei Ihrem nächsten Flug beeindrucken wird. Wir werden also die damit verbundenen Prozesse erklären, damit jeder die zugrunde liegenden Prinzipien hinter Düsentriebwerken gut verstehen kann.

Düsentriebwerke, die üblicherweise für Flugzeuge verwendet werden, sind eine Art Gasturbinentriebwerk. Jetzt kennen Sie vielleicht Dampfturbinen, bei denen ein Brennstoff verbrannt wird, um fließenden Hochtemperaturdampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt und anschließend eine Welle dreht, bevor er aus dem System ausgestoßen wird. Das Drehen dieser Welle ist Ausgangsleistung und es ist diese Drehung, die ein rotierendes Objekt antreibt. Eine Gasturbine ähnelt den gleichen Grundprinzipien, jedoch ist ein unter Druck stehendes Gas für den Antrieb der Turbine verantwortlich. In Strahltriebwerken treibt das Hochtemperatur-Druckgas die Rotation des Kompressors vorne an, aber was noch wichtiger ist, was aus dem System verbraucht wird, fliegt hinten mit hohen Geschwindigkeiten heraus und erzeugt einen sogenannten Schub.

Einfach ausgedrückt, Triebwerke haben einen Kern, der in drei Hauptabschnitte unterteilt ist:

  • Kompressor - An der Vorderseite des Motors befinden sich Lüfterblätter, einige rotierende (Rotoren) und einige statische (Statoren), die Luft in den Motor ziehen. Es gibt viele Reihen von Schaufeln, und wenn die Luft durch jede Reihe strömt, wird sie stärker unter Druck gesetzt und die Temperatur steigt an.
  • Brennkammer - Diese Druckluft wird dann mit Kraftstoff (meistens Jet A oder Jet A-1 vom Kerosin-Typ) besprüht, und dann entzündet ein elektrischer Funke das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Kammer. Dies führt dazu, dass das Luft / Kraftstoff-Gemisch verbrennt und Druck und Temperatur massiv erhöht.
  • Turbinen - Das heiße Druckgas wird von einer Turbine am Heck aus dem Motor gezogen, die dem Gas Energie entzieht und einen Druck- und Temperaturabfall verursacht. Wenn der Druck abnimmt, fließt das Gas schneller (denken Sie daran, einen aufgeblasenen Ballon loszulassen). Die Energie aus dem Gas, das die Turbine hinten antreibt, treibt die Rotation des Kompressors an, der vorne Luft ansaugt.

Die Hochgeschwindigkeitsgase, die durch die Düse hinten freigesetzt werden, verursachen den Schub. Um dies zu verstehen, verweisen wir auf Newtons drittes Bewegungsgesetz: Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Wenn das Gas aus dem Rücken strömt, wird eine gleiche und entgegengesetzte Kraft nach vorne ausgeübt. Denken Sie daran, wenn Sie die Wand eines Schwimmbades drücken, um in die entgegengesetzte Richtung zu gleiten. Obwohl die Kraft Ihres Drückens auf die Wand gerichtet ist, bewirkt eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft, dass Sie sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

Bei ungefähr 400 Meilen pro Stunde entspricht ein Pfund Schub einer Pferdestärke, aber bei höheren Geschwindigkeiten erhöht sich dieses Verhältnis und ein Pfund Schub ist größer als eine Pferdestärke. Bei Geschwindigkeiten von weniger als 400 Meilen pro Stunde nimmt dieses Verhältnis ab. Diese Kraft ermöglicht es großen Flugzeugen wie der 747, mit Geschwindigkeiten von bis zu 600 Meilen pro Stunde zu fliegen.

Es gibt auch verschiedene Arten von Strahltriebwerken wie den Turboprop. Sie werden anhand der großen extrudierten Propeller an der Vorderseite erkennen, ob es sich um einen Turboprop-Typ handelt, der für den Schub verantwortlich ist, da der größte Teil der Energie aus dem Gas von den hinteren Turbinen auf den Kompressor übertragen wird, sodass das ausgeübte Gas nicht dafür verantwortlich ist der Schub.

Turbowelle ist der Typ, der in Hubschrauberrotoren, Kraftwerken und sogar im M1-Tank zu finden ist. Der Prozess ähnelt dem Turboprop, aber anstatt Propeller anzutreiben, kann die rotierende Welle eine Vielzahl von Geräten wie Pumpen, Generatoren, Räder und im Allgemeinen alles antreiben, was sich dreht.

Moderne Großflugzeuge verwenden einen High-Bypass-Turbofan, der dem Standard-Turbostrahltriebwerk ähnelt, mit der Ausnahme, dass ein großer Lüfter vorne mehr Luft zum Triebwerk ansaugt. Es strömt jedoch nicht die gesamte Luft durch den Kompressor und die Turbinen, wobei der größte Teil der Luft tatsächlich den Kern umgeht und durch Kanäle an der Außenseite des Kerns strömt (im Durchschnitt wird fünfmal mehr Luft umgangen als tatsächlich durch den Kern). Diese sind insbesondere bei Unterschallgeschwindigkeiten (dh unter der Schallgeschwindigkeit 768 Meilen pro Stunde) effizienter und auch viel leiser, während sie dennoch in der Lage sind, ein Fahrzeug, das schwerer als eine Lokomotive ist, in weniger als 60 Sekunden von 0 auf 200 Meilen pro Stunde zu beschleunigen.


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