Um ein Flugzeug durch die Luft zu bewegen, wird der Schub durch eine Art Antriebssystem erzeugt. Die meisten modernen Kampfflugzeuge verfügen über einen Nachbrenner, entweder an einem Low-Bypass-Turbofan oder an einem Turbojet. Auf dieser Seite werden wir einige der Grundlagen eines Turbostrahltriebwerks mit Nachverbrennung erörtern.
Damit Kampfflugzeuge mit Überschallgeschwindigkeit fliegen können, müssen sie einen starken Anstieg über die Schallgeschwindigkeit hinaus überwinden. Ein einfacher Weg, um den nötigen Schub zu erhalten, ist der Anbau eines Nachbrenners an ein Kernturbojet. Bei einem Basisturbojet wird ein Teil der Energie der Abgase des Brenners zum Antrieb der Turbine verwendet. Mit dem Nachbrenner wird ein Teil der Energie zurückgeführt, indem Kraftstoff direkt in die heißen Abgase eingespritzt wird. Auf dem Schaltplan sehen Sie, dass die Düse des Basis-Turbojets verlängert wurde und sich nun ein Ring aus gelb gefärbten Flammenhaltern in der Düse befindet. Wenn der Nachbrenner eingeschaltet wird, wird zusätzlicher Kraftstoff durch die Ringe in den heißen Abgasstrom des Turbotriebwerks eingespritzt. Der Treibstoff verbrennt und erzeugt zusätzlichen Schub, aber er verbrennt nicht so effizient wie im Verbrennungsabschnitt des Turbotriebwerks. Man erhält mehr Schub, verbrennt aber auch viel mehr Treibstoff. Daher müssen Nachbrenndüsen mit variabler Geometrie konstruiert werden und sind schwerer und komplexer als einfache Turbotriebwerksdüsen. Wenn der Nachbrenner ausgeschaltet ist, verhält sich das Triebwerk wie ein einfaches Turbotriebwerk.Sie können den Betrieb der Düsen mit unserem interaktiven Düsensimulator untersuchen.
Die Düse eines Turbotriebwerks ist in der Regel so konstruiert, dass der Abgasdruck auf den Freistrahldruck zurückgeführt wird.Die Schubgleichung für ein Turbotriebwerk mit Nachverbrennung ist dann durch die allgemeine Schubgleichung gegeben, wobei der Druck-Flächen-Term auf Null gesetzt wird. Wenn die Bedingungen des freien Stroms mit dem Index „0“ und die Austrittsbedingungen mit dem Index „e“ bezeichnet werden, ist der Schub F gleich dem Massendurchsatz m dottimes der Geschwindigkeit V am Austritt minus dem Massendurchsatz des freien Stroms mal der Geschwindigkeit.
F = e – 0
Diese Gleichung enthält zwei Terme. Aerodynamiker bezeichnen den ersten Term (m Punkt * V)e häufig als den Bruttoschub, da dieser Term weitgehend mit den Bedingungen in der Düse zusammenhängt. Der zweite Term (m Punkt * V)0 wird als Staudruckwiderstand bezeichnet und ist in der Regel mit den Bedingungen im Einlass verbunden. Der Klarheit halber wird der Triebwerksschub dann als Netto-Schub bezeichnet. Unsere Schubgleichung besagt, dass der Netto-Schub gleich dem Brutto-Schub minus dem Staudruckwiderstand ist.
Nachbrenner werden nur bei Kampfflugzeugen und dem Überschallflugzeug Concorde eingesetzt. Die Concorde schaltet die Nachbrenner ab, sobald sie in den Reiseflug übergeht. Andernfalls ginge ihr der Treibstoff aus, bevor sie Europa erreicht. Nachbrenner bieten eine mechanisch einfache Möglichkeit, den Schub zu erhöhen, und werden sowohl bei Turbojets als auch bei Turbofans eingesetzt.
Mit dem interaktiven Java-Applet EngineSim können Sie die Konstruktion und den Betrieb eines Turbotriebwerks mit Nachverbrennung untersuchen. Setzen Sie den Triebwerkstyp auf „Jet mit Nachbrenner“ und Sie können alle Parameter variieren, die den Schub und den Treibstofffluss beeinflussen.
Aktivitäten:
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