Geräusch/Treibstoffpumpe im Verkehrsflugzeug

[Taliesin]

Wo genau wird denn die Druckluft in das Haupttriebwerk eingeführt um es zu starten?

Die Druckluft wird gar nicht in das Haupttriebwerk eingeführt, sondern in einem Anbauteil in mechanische Energie umgewandelt, das Triebwerk wird dann mechanisch gedreht, nicht über die Druckluft.

Und so einfach ist diese Technik bestimmt auch nicht, sonst bräuchte man nicht so lange sie zu entwickeln in den späten 30'er Jahren und 40'er.

Die Technik selber ist extrem einfach, das ist das schöne und elegante daran. Der Teufel liegt, wie so oft, im Detail. Zum Beispiel liegt einer der Teufel in der Tatsache, dass man bei niedrigen Drehzahlen im Verdichter große Schwierigkeiten bekommt. Der Massenstrom durch den Verdichter skaliert mit dem Quadrat der Drehzahl, das heisst bei niedrigen Drehzahlen neigen die ersten Stufen zum stallen, weil sich der Verdichter relativ zur Anströmung zu schnell dreht. In den letzten Stufen ist die kinetische Energie des Massenstroms so niedrig, dass er kaum gegen den Druckgradienten ankommt.
Abhilfe schafft hier Zapfluft, die in der Mitte des Verdichters entnommen werden kann. So kann man den Massenstrom in den ersten Stufen steigern, die relative Fehlanströmung wird verringert und das Triebwerk fährt problemlos hoch.

Wer sich mit der Me262 beschäftigt hat weiss, dass feindliche Abfangjäger oft in der Nähe der Landeplätze rumlungerten, um die Me262 beim landen abzufangen. Die Triebwerke liefen nur sehr langsam hoch und gingen manchmal ganz aus, so war man der Me262 ausnahmsweise mal überlegen. Diese Schwierigkeiten gehen auf fehlende Regelungen im Verdichter zurück.

Warum wird offensichtlich diese Methode bevorzugt bei Boeing und Airbus (bei den größeren Maschinen?) wenn es die Möglichkeit gibt das Anlassen mit der Hilfe von Verbrennungsmotoren direkt durchzuführen?

Im Flugzeugbau will man es meistens leicht, zuverlässig, billig und einfach zu warten. Diese Variante scheint alle diese Charakteristiken zu vereinen ;)

Was ich mir vorstellen könnte ist das man mit Verbrennungsmotoren in großer Höhe ein Problem bekommt. Aber da arbeiten die Hauptmotoren ja autark.

Die Triebwerke arbeiten schon direkt nach dem Anlassen autark. In großen Höhen könnte man Schwierigkeiten mit der dünnen Luft bekommen, aber da sich das Triebwerk die Luft vor der Verbrennung noch verdichtet (deshalb "Verdichter") macht die dünne Luft dem Triebwerk gar nichts.

 

[Toryu]

Kleine Ergänzung:

Beim Jumo 004 der Me 262 wurde das Triebwerk mittels aufgeflanschtem Zweitakt-Verbrennungsmotor angelassen.
Ähnlich war es beim ATAR 9C einiger (aller?) entsprechend ausgerüsteter Mirage III - nur war es hier eine kleine Gasturbine.
Ausnahmen bestätigen also die Regel.

Die Lösung per Zapfluft ist praktisch, weil sie eh produziert wird und weil das System weder andere Probleme verursacht (zusätzliche Treibstoffsysteme, Feuerproblematik, etc.), und dazu noch simpel und verhältnismäßig leicht ist.

 

[j-15]

Hallo,
danke soweit...
Gruß

 

[Poze]

Kleine Ergänzung:

Beim Jumo 004 der Me 262 wurde das Triebwerk mittels aufgeflanschtem Zweitakt-Verbrennungsmotor angelassen.

Ein solcher Motor ist hier in Aktion zu sehen:
http://www.clipwings.com/index.php?command=show_video&video_id=1149

 

[cool]

Das Ding ist ja putzig und sieht eigentlich recht modern aus.

Interessant ist aber die Größe im Vergleich zum Triebwerk. Die "modernen" Druckluftstarter der großen Fan-Triebwerke sind gefühlt gleich groß, wiegen etwa 25kg und wuchten aber erheblich Leistung auf die Hochdruckwelle. Ein Starter des GE90-115 (B777, größtes Triebwerk) liefert mindestens 265KW. Das Leistungsgewicht von 11KW/kg wird wohl von keinem Verbrenner zu toppen sein.

 

[j-15]

Hallo,
das hört sich bestimmt nach zu viel Freigeist an aber doch noch diese Frage:
Wenn ich den Verdichter mit wenig Energie zum Laufen bringen kann und eine ständige Luftzufuhr durch die Bewegung auf dem Boden betreibe wodurch der Verdichter weiterhin generiert wird, braucht man dann Verbrennungsgase um Schub zu erzeugen?
Natürlich gehe ich wenn überhaupt von sehr geringem Schub aus. Nur Theorie...
Danke und Gruß.

 

[Taliesin]

Wenn ich den Verdichter mit wenig Energie zum Laufen bringen kann und eine ständige Luftzufuhr durch die Bewegung auf dem Boden betreibe wodurch der Verdichter weiterhin generiert wird, braucht man dann Verbrennungsgase um Schub zu erzeugen?
Natürlich gehe ich wenn überhaupt von sehr geringem Schub aus. Nur Theorie...

Man erzeugt so auch sehr geringen Schub, aber das ist ja nicht das, was man haben will. Man möchte nicht, dass die Hilfsturbine läuft und die Triebwerke mit Pressluft füttert. Man möchte, dass die Triebwerke selbstständig laufen und Schub liefern. Man möchte damit ja demnächst zur Landebahn taxen und dann auch abheben.
Aus dem Triebwerk kommt nur mehr Energie raus, als man rein getan hat, wenn man eine bestimmte Menge Kraftstoff rein tut und die Triebwerke oberhalb der selbsterhaltenden Drehzahl laufen. Darunter kann die Turbine dem Abgasstrahl nicht genug Energie entziehen, um den Verdichter zu betreiben und das Triebwerk geht aus.

Ich muss gestehen, so ganz habe ich die Frage nicht verstanden, ich hoffe das hat sie trotzdem beantwortet ;)

 

[Toryu]

Verbrennungsgase sind unter nettomäßiger Betrachtung so oder so nötig:
Die APU muss ja laufen, um Bleed-Air zu erzeugen. Die zum Hochfahren der Triebwerke benötigte Energie im Starter ist auch nicht die Energie bei der Leerlaufdrehzahl - sie ermöglicht lediglich ein zuverlässiges Zünden des Triebwerks (Minimaldrehzahl für ausreichende Verdichtung). Das Triebwerk dreht dann selber auf seine Leerlaufdrehzahl hoch.

Beispiel:
http://www.youtube.com/watch?v=uNcWwUUk5Vw
0:11 - Startvorgang (Einleiten der Zapfluft) beginnt
0:41 - Drehzahl nimmt schlagartig zu, nachdem Treibstoff eingespritzt wird (bei den meisten Triebwerken irgendwo oberhalb ~20% N2*)
1:06 - müsste in etwa die Leerlaufdrehzahl sein

Zum Vergleich ein Startup eines einwelligen Kampfflugzeugtriebwerks (ATAR 9C) einer Mirage IIIRS:
http://www.youtube.com/watch?v=WmxZsRLIvWw
Man hört das Starten der Noelle-Anlassturbine und das Zünden des Kraftstoffs deutlich.
Dreht viel schneller hoch als die großen Turbofantriebwerke mit den viel größeren bewegten Massen!

___
* N2 = Drehzahl der Hochdruckwelle bei einen zweiwelligen Triebwerk

 

[Taliesin]

Beispiel:
http://www.youtube.com/watch?v=uNcWwUUk5Vw
0:11 - Startvorgang (Einleiten der Zapfluft) beginnt
0:41 - Drehzahl nimmt schlagartig zu, nachdem Treibstoff eingespritzt wird (bei den meisten Triebwerken irgendwo oberhalb ~20% N2*)
1:06 - müsste in etwa die Leerlaufdrehzahl sein

Was für ein Pfeifen hört man deiner Meinung nach ab 0:50? Müsste das nicht der Treibstoff sein?
Man hört auch danach etwas, das ich als Brennkammerbrummen identifizieren würde.

 

[cool]

ab 0:40 müsste das der "Light Up", denn das packt der Starter nicht, auf einmal so die N1 zu Beschleunigen. Kann sein, dass ab 0:50 irgendwelche internen Abblasventile zumachen bzw. andere aufmachen, so genau hab ich die Start-Sequenz von so nem CF6 auch nett im Kopf (müsste ja einer sein).
Generell startet das CF6 aber ziemlich gutmütig und dreht schnell hoch.

 

[Toryu]

Also ich schätze, dass es sich im eine harmonische Schwingung in den Verdichterschaufeln handelt. Ein sehr ähnliches Geräusch hört man auch bei älteren Strahltriebwerken (z.B. RR Conway).

 

[j-15]

Man erzeugt so auch sehr geringen Schub, aber das ist ja nicht das, was man haben will. Man möchte nicht, dass die Hilfsturbine läuft und die Triebwerke mit Pressluft füttert. Man möchte, dass die Triebwerke selbstständig laufen und Schub liefern. Man möchte damit ja demnächst zur Landebahn taxen und dann auch abheben.
Aus dem Triebwerk kommt nur mehr Energie raus, als man rein getan hat, wenn man eine bestimmte Menge Kraftstoff rein tut und die Triebwerke oberhalb der selbsterhaltenden Drehzahl laufen. Darunter kann die Turbine dem Abgasstrahl nicht genug Energie entziehen, um den Verdichter zu betreiben und das Triebwerk geht aus.

Ich muss gestehen, so ganz habe ich die Frage nicht verstanden, ich hoffe das hat sie trotzdem beantwortet ;)

Hallo,
genau das wollte ich wissen, es geht ja nicht immer auch darum abheben zu wollen...
Ich denke an Akkumulatoren und per Körperkraft unterstützende betriebene Aggregate.
Natürlich wird ein Schubantrieb auf dem Boden weniger wirksam sein als ein an ein Getriebe gekoppeltes, die ja auch durchaus effizient sein können.
So etwas wie ein besserer Hybrid Antrieb für ein Fahrrad.
Sollte man über so etwas weiter nachdenken?
Danke und Gruß.

 

[Taliesin]

Ich denke an Akkumulatoren und per Körperkraft unterstützende betriebene Aggregate.
Natürlich wird ein Schubantrieb auf dem Boden weniger wirksam sein als ein an ein Getriebe gekoppeltes, die ja auch durchaus effizient sein können.

Es gibt sowas hier: http://www.safran-group.com/site-safran-en/aerospace/aircraft-equipment/egts-the-electric-green-taxiing/
Für die Fortbewegung am Boden macht sowas unter Umständen durchaus Sinn. Es gibt ja Flughäfen, wo die Fahrt zur Startbahn wegen der Größe und Auslastung des Flughafens durchaus mal 30 Minuten dauern kann. Wenn man dort elektrisch fahren kann und die Triebwerke aus bleiben können, dann kann man schnell mal ein paar hundert Kilo Treibstoff sparen, die sich dann natürlich aufsummieren.
Je kürzer die Fahrten zur Startbahn, desto weniger lohnt es sich, da die Triebwerke ja auch warmlaufen müssen, bevor man sie auf vollen Schub belasten kann.

Alles andere, wie zB elektrische Flugzeuge, Hybridantriebe oder ähnliches wird es in der näheren Zukunft sicherlich nicht geben. Dazu müsste unter anderem die Energiedichte von Batterie um den Faktor 10 besser werden. Dann wäre da noch das Problem wie man die Batterien schnell, sicher und zuverlässig wieder auflädt.. elektrische Flugzeuge werden wir in unserem Leben sicherlich nicht sehen.

 

[cool]

Generelles Problem in der Luftfahrt ist ja, dass jedes KG auf die Betriebszeit gesehen recht teuer bezahlt werden muss, Aggregate die "mitfliegen" aber nur einen kleinen Teil der Flugzeit laufen müssen schon extrem effizient sein, damit sich sowas lohnt.

Hybride in Verbindung mit Strahltriebwerken halte ich für vorerst obsolet, Triebwerke laufen lange Zeit bei konstanter Schub/Leistungsabgabe und das ist eigentlich der Zustand bei dem man die Elektromotoren weniger braucht, zudem laufen TW schon in einem recht hohen Leistungsbereich (prozentual auf die Maximalleistung gesehen), also ohnehin schon im "richtigen" Bereich.
Ein Prius spielt seine Karten auch in der Stadt aus, auf der BAB bei konstantem Tempo ist der Vorteil gegenüber herkömmlichen Autos marginal, er ist zwar immer noch leicht besser, aber das liegt dann an anderen konstruktiven Maßnahmen.

Der grobe Weg bei Strahltriebwerken ist eigentlich: Druckverhältnis im Kompressor nach oben, Brennkammereintrittstemperatur nach oben, Verbrennungstemperatur nach oben, Drehzahl Fan nach unten (neben vielen anderen "Nebenbaustellen"). Maßgeblich ist das aber von der Temperaturbeständigkeit der verwendeten Materialien abhängig und die müssen im Turbinenbereich Höchstarbeit leisten, da kommen sehr hohe Temperaturen, Fliehkräfte und ein sauerstoffhaltiger Gasstrom(mit Verbrennungsrückständen) zusammen.

Sollte man über so etwas weiter nachdenken?

Ich bin generell ein "Fan" von Hybridaggregaten, in Verbindung mit effizienten Verbrennungsmotoren(idR. Ottomotoren) sehe ich hier momentan den größten Nutzen. Eigentlich ist das in den Grundzügen nicht völlig abgehobene Technik, zumal es auch schon vor über 100Jahren Autos mit Elektroantrieb gab. Leider wurde das auch erst Ende der 90er wieder so richtig an Angriff genommen und dann auch nur von Toyota.
Klar, über alternative Antriebe muss man nachdenken, auch wenn sich das stellenweise erstmal nach Spinnerei anhören sollte.

 

[j-15]

Hallo,
das sind super Infos.
Vielen Dank an Euch!
Gruß