Wie wird die einströmende Luft in den verschiedenen Systemen eines Strahltriebwerks geleitet?

Jul 09, 2023

Die einströmende Luft ist innerhalb des Triebwerks durch verschiedene Strahlströme gekennzeichnet.

Strahltriebwerke komprimieren die einströmende Luft durch eine Reihe von Kompressoren und kombinieren sie mit zerstäubtem Kraftstoff in der Brennkammer. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird gezündet, expandiert und durch den Auspuff abgegeben, um Schub zu erzeugen. Ein weiterer, größerer Luftstrom strömt lediglich durch den Bypassstrom, ohne komprimiert oder gezündet zu werden.

Das Bypass-Verhältnis ist das Verhältnis zwischen dem Massendurchsatz der Luft, die den Motorkern umgeht (Sekundärstrom), und dem Massendurchsatz der Luft, die in den Kern des Motors eintritt (Primärstrom). Ein dritter Strom, der parasitäre Luftstrom (Zapfluft), strömt vom Kompressor und wird außerhalb der Brennkammer zur Kühlung und Druckbeaufschlagung verschiedener Systeme verwendet. In diesem Artikel werden die drei Luftströme im Strahltriebwerk untersucht.

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Die vom Ventilator einströmende Luft gelangt in eine Reihe von Niederdruck-(LP)-Verdichtungsstufen (Booster), bevor sie in den Hochdruck-(HP)-Verdichter gelangt. Jede Kompressionsstufe besteht aus einer rotierenden Komponente und einer stationären Komponente. Die Luft wird beim Durchgang durch jede Stufe komprimiert und konditioniert. Die Luftgeschwindigkeit nimmt mit steigendem Druck (und Temperatur) ab.

Die Luft vom ND-Kompressor wird durch die Einlassleitschaufeln (IGVs) in den HD-Kompressor geleitet, um etwaige durch Rotation verursachte Restturbulenzen zu reduzieren. Die hocherhitzte Druckluft wird zur Verbrennung mit unter Druck stehendem Kraftstoff vermischt. Heiße Gase dehnen sich aus und übertragen die Energie auf die HD- und ND-Turbinen. Die Luft strömt durch den Motorauslass und erzeugt Schub.

Parasitäre Luft wird zur Druckbeaufschlagung und Kühlung interner Komponenten des Motors verwendet. Zapfluft aus dem Primärstrom wird verwendet, um Sümpfe, Ventile und andere interne Systeme unter Druck zu setzen. Parasitäre Luft wird auch zur Kühlung der Sümpfe und Hochtemperaturkomponenten, einschließlich Turbinenschaufeln und Düsen, verwendet.

Es ist bemerkenswert, dass die Luft zwar bereits auf etwa 930 Grad F (500 Grad C) erhitzt ist, aber relativ kühler ist als die Temperaturen in und um die Brennkammer (~2.730 Grad F/1.500 Grad C).

Parasitäre Luft wird auch für den Kabinendruck, die Klimaanlage und andere interne Systeme verwendet. Es liefert auch warme Luft für die Anti-Eis-Systeme am Triebwerkseinlass und an den Flugzeugflügeln. Insbesondere wirkt sich jede dem Kompressionsabschnitt entzogene Luftmenge negativ auf die Motoreffizienz aus. Die Zapfluft wird jedoch über zahlreiche Ventile präzise gesteuert und kritischen Triebwerks- und Flugzeugsystemen zugeführt.

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Der Sekundärluftstrom umgeht den Triebwerkskern und strömt an der Außenseite des Triebwerks, wodurch der Großteil des Triebwerksschubs bereitgestellt wird. Die vom Lüfter einströmende Luft wird durch Auslassleitschaufeln (OGVs) geleitet, um die Wirkung der Zentrifugalkräfte des rotierenden Lüfters zu minimieren. Der Sekundärluftstrom sorgt dafür, dass der gesamte Motor von außen gekühlt wird und trägt gleichzeitig zur Minimierung der Motorgeräusche bei.

Ein Teil der Sekundärluft wird zur weiteren Kühlung von Turbinendeckbändern und -gehäusen verwendet. Turbinenkomponenten dehnen sich aufgrund unterschiedlicher Temperaturen aus und ziehen sich zusammen. Dadurch verändert sich der Abstand zwischen Gehäuse und Schaufeln, was Auswirkungen auf die Effizienz des Motors hat. Sekundärluft wird an die an den Turbinengehäusen installierten aktiven Abstandskontrollleitungen weitergeleitet, um den Blattabstand in allen Flugphasen zu optimieren.

Da die Sekundärlufttemperatur stark von der Flughöhe des Flugzeugs abhängt, wird der Luftmassenstrom über Spaltregelventile gesteuert. Sekundärluft wird auch für andere externe Komponenten verwendet, darunter den Kernraum und die Kühlung des Zündsystems.

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Autor – Omar ist ein Luftfahrt-Enthusiast und hat einen Doktortitel. in Luft- und Raumfahrttechnik. Omar verfügt über zahlreiche Jahre Erfahrung in Technik und Forschung und möchte sich auf forschungsbasierte Luftfahrtpraktiken konzentrieren. Neben der Arbeit liebt Omar das Reisen, den Besuch von Luftfahrtstandorten und das Beobachten von Flugzeugen. Sitz in Vancouver, Kanada