Temperatur und Drehzahl der Turbine

[et al.]

Hallo zusammen,
ich habe da mal eine komplexere Frage zur Performance von Triebwerken, speziell der Turbine. Und zwar geht es um einen typischen Drehzahlverlauf der Hochdruckturbine und den jeweiligen Temperaturen dazu. Sobald das Flugzeug das Gate verlässt und sich zur Startbahn bewegt liegt der Drehzahlbereich bei etwa 7% der Volllast? Sehe ich das schon mal richtig? Meine Frage ist nun, wie sich die Temperatur bei etwa 7% der Drehzahl prozentual zur Temperatur bei Volllast verhält.
Genauer gesagt, benötige ich ein Diagramm, welches den typischen Drehzahlverlauf eines Triebwerks über die die Zeit darstellt im Vergleich zu den Temperaturen über die Zeit. Ich hoffe, dass mir dabei jemand weiterhelfen kann und mir gegebenenfalls ein paar Werte sagen kann (Auch zum Drehzahlverlauf vom Gate bis zum Erreichen der Reiseflughöhe).

Vielen Dank schon mal im Voraus ;)

 

[Sjöflygplan]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Nein, die Drehzahl ist definitiv höher. Ich habe nur die Drehzahlen der Cessna C525 CJ1+ mit ihren Willliams FJ44 im Kopf und da liegt die Drehzahl bei Ground Idle bei 47% N1 (also der Low-Pressure-Teil des Triebwerks).

Beim Start dreht das Triebwerk auf ~ 100% N1 hoch, abhängig von Temperatur und Druckhöhe und ob ein Flex T/O gemacht wird, also ein Start mit absichtlich verringerter Startleistung zur Schonung des Triebwerks. Nach dem Überschreiten einer Höhe x (wird z. B. vom Betreiber im Operations Manual festgelegt) reduziert man auf MCT – Maximum Continuous Thrust. Der lag meines Wissens nach bei der CJ1+ bei 92-95% N1 (?). Hab die Bücher gerade nicht da, sonst würde ich nachschauen.

 

[et al.]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Danke für die Info!
Haben sie zufällig auch Daten parat, wie es um die Temperatur in der Turbine steht? Hauptsächlich bin ich auf die Temperatur aus, welche beim Ground Idle vorherrscht. Wichtig wäre für mich das Verhältnis der Temp. bei den genannten 40% der Drehzahl zur Volllast. Meine Vermutung ist, dass ich auch bei geringer Drehzahl bereits annähernd die Maximaltemperatur erreiche.

 

[Taliesin]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Meine Vermutung ist, dass ich auch bei geringer Drehzahl bereits annähernd die Maximaltemperatur erreiche.

Die Vermutung ist auf jeden Fall falsch.
Es gibt bei Gasturbinen eine sogenannte ISO-Mischtemperatur. Diese Temperatur tritt aufgrund nicht idealer Durchmischung zwar kaum lokal auf, ist aber eine gute Vergleichsgröße unterschiedlicher Gasturbinen. Diese Temperatur stellt ein Maß für die Belastung der ersten Hochdruckturbinenreihe dar und lässt sich berechnen, indem man rückwärts über die Turbinen rechnet. Ausgehend von der Abgastemperatur kann man, bei Kenntnis des Druckverhältnisses und guter Annahmen der Totaldruckverluste (im Zweifelsfall einfach 0,98-0,99) kann man die Turbineneintrittstemperatur der Hochdruckturbine berechnen.
Da bei sinkender Drehzahl sowohl das Druckverhältnis als auch die Abgastemperatur sinken, kann bei niedriger Drehzahl niemals die maximale Temperatur in der Hochdruckturbine auftreten.

 

[et al.]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Stimmt, da haben sie vollkommen Recht! Dann wäre es doch auch nicht falsch, anzunehmen, dass Temperatur und Drehzahl zeitlich den selben Verlauf haben?

 

[Taliesin]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Die Temperatur ist natürlich träge und neben der Drehzahl spielt noch die Eintrittstemperatur eine Rolle, aber in irgendeiner Form ist die Turbineneintrittstemperatur sicherlich eine Funktion der Drehzahl.

 

[cool]

AW: Temperatur und Drehzahl der Turbine

Je nach Modell unterscheiden sich die Drehzahlen Temperaturen und letztere (in den technischen Daten) auch deshalb, weil verschiedene Hersteller verschieden messen und diese Messwerte event. nochmal "trimmen" bevor die zur Anzeige gebracht werden.

Ein größeres Fan-Triebwerk hat etwa 55-60% N2 Drehzahl im Leerlauf und eine EGT von rund 400°, unter Volllast geht die Drehzahl auf +-100% (oder mal 105%, aber hier ist wieder ersichtlich, dass all diese Angaben Hersteller/Modellspezifisch sind) und etwa 900° EGT.
Während die N2 auch im Reiseflug vergleichsweise hoch dreht, geht die EGT aber auf rund -+700° runter, was sicher nicht zuletzt an der geringen Aussentemperatur und der geringeren Verdichtung liegt.

Die Temperatur variiert also deutlich und ist nicht zwingen von der Drehzahl abhängig. Die Hilfstriebwerke der Flugzeuge (APU) laufen zb. immer auf 100% Drehzahl und die EGT verändert sich entsprechend mit der Last, die ich dem Triebwerk abfordere.

Ob der Temperaturabfall über eine Turbinenstufe allerdings eine Funktion der Drehzahl ist, kann ich so nicht sagen, denke aber nicht, viel mehr wird das auch mit der unterschiedlichen Eintrittstemperatur zusammenhängen.
Der Arbeits"takt" einer Turbine kann man ja als adiabate Zustandsänderung bezeichnen, oder?