Frage zum Thema Schubdüse

Diskutiere Frage zum Thema Schubdüse im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Welche Bedingungen in der Schubdüse müssen für minimalen Schubverlust erfüllt sein? Und welche Kriterien bestimmen die Wahl des Schubdüsentyps?...

Moderatoren: Skysurfer
  1. Saxman

    Saxman Flugschüler

    Dabei seit:
    19.11.2008
    Beiträge:
    4
    Zustimmungen:
    0
    Beruf:
    Techn. Beamter (LBA)
    Ort:
    Enkirch
    Welche Bedingungen in der Schubdüse müssen für minimalen Schubverlust erfüllt sein?

    Und welche Kriterien bestimmen die Wahl des Schubdüsentyps?


    Vielen Dank für eure Hilfe
     
  2. Anzeige

    Schau dir mal die beiden Links an:
    diesen Ratgeber und die Flugzeug-Kategorie

    Registrieren bzw. einloggen, um diese und auch andere Anzeigen zu deaktivieren
  3. #2 AlphaJet_ETSF, 22.01.2009
    AlphaJet_ETSF

    AlphaJet_ETSF Fluglehrer

    Dabei seit:
    25.08.2006
    Beiträge:
    101
    Zustimmungen:
    17
    Ort:
    ETSF
    ein wenig allgemein diese Frage....kannst du deutlicher werden?

    Wikipedia sagt z.B.:
    Hinter der Turbine ist eine konvergente Düse angebracht, durch die das Gas mit hoher Geschwindigkeit ausströmt und damit den Schub erzeugt, weshalb diese Düse Schubdüse genannt wird. Das am Turbinenausgang vorhandene Druckgefälle (Turbinenausgangsdruck – Umgebungsdruck) wird dabei vollständig in Geschwindigkeit umgesetzt. Hierbei ist es das Ziel, eine möglichst hohe Ausströmgeschwindigkeit zu erreichen, wobei der Druck des ausströmenden Gases am Schubdüsenende gleichzeitig den Umgebungsdruck erreicht haben soll, damit der Gasstrahl nicht aufplatzt

    Triebwerke mit Nachbrenner expandieren nicht vollständig, sondern führen dem verbliebenen Gasstrom bei vorhandenem Überdruck (zum Umgebungsdruck) im Nachbrenner nochmals Kraftstoff zu, was zu einer weiteren Beschleunigung des Gasstromes führt. Somit kann einer schnellen Schubanforderung entsprochen werden, wie sie etwa im Manöverflug erforderlich ist. Triebwerke mit Nachbrenner haben in der Regel eine in ihrer Geometrie veränderliche Düse (Nozzle), um stets den optimalen Wirkungsgrad zu erreichen.

    Beim J-79:
    ...........So konnte der gefürchtete Schubverlust einer in geöffneter Position bleibenden Nachbrennerdüse gänzlich abgestellt werden. Der nach einem Ausfall des Nachbrenners auftretende extreme Schubverlust wegen der noch offenen Nozzle-Düse war in vielen Fällen die Absturzursache des nur einstrahligen Starfighters................

    Hilft Dir das?
    Gruss aus ETSF
     
  4. Saxman

    Saxman Flugschüler

    Dabei seit:
    19.11.2008
    Beiträge:
    4
    Zustimmungen:
    0
    Beruf:
    Techn. Beamter (LBA)
    Ort:
    Enkirch
    Danke für die Antwort. Ein wenig konnte mir das schon helfen.
    Und-hab die Frage so gestellt wie ich sie mal irgendwo gesehen habe.
     
  5. #4 schlund, 26.01.2009
    schlund

    schlund Flieger-Ass

    Dabei seit:
    25.11.2005
    Beiträge:
    451
    Zustimmungen:
    412
    Hallo allerseits,

    das mit der Schubdüse ist sehr komplex.
    Der Schub wird ja nicht nur in der Schubdüse erzeugt, sondern ist vielmehr die
    Summe aller Druck-, Impuls- und Temperaturunterschiede im Motor.
    Ferner ist es noch ausschlaggebend, wie schnell der Flieger fliegt und
    ob sich das alles im Unter- oder Überschallbereich bewegt.
    Also das komplette Thermodynamik-und StrömungsphysikProgramm. Da gibt es nur einen Arbeitspunkt, an dem alle Parameter 100%tig stimmen. Alles andere ist dann der Arbeitsbereich. Bei den ersten BMW Motoren gab es die verschiebbare Zwiebel, beim RR Conway gab es Trimmbleche in der Düse, es gibt verstellbare Vanes etc. Wenn das auch andere FFler interessiert, kann ich mal einige Unterlagen einstellen. Ansonsten kann ich Dir auch eine grobe Übersicht mailen...wenn mein Scanner wieder lebt...:FFCry:
    Beste Grüsse, Michael
     
  6. Saxman

    Saxman Flugschüler

    Dabei seit:
    19.11.2008
    Beiträge:
    4
    Zustimmungen:
    0
    Beruf:
    Techn. Beamter (LBA)
    Ort:
    Enkirch
    hallo....vielen Dank...ich werde mal noch bisserl Informationen sammeln
     
  7. #6 Acanthurus, 27.01.2009
    Acanthurus

    Acanthurus Testpilot

    Dabei seit:
    19.07.2005
    Beiträge:
    687
    Zustimmungen:
    241
    Beruf:
    Arbeit
    Ort:
    Fest
    Tach.

    Minimaler Schubverlust... kein ganz einfaches Thema.
    Zunächst muss man sich dafür überlegen, woraus der Schub eines Triebwerks "besteht".

    -Impulsanteil: Massenstromdurchsatz x Ausströmgeschwindigkeit
    -Druckanteil: Restdruckdifferenz x Düsenquerschnittsfläche.
    -davon abgezogen wird der EINLAUFimpuls (vereinfacht Einlaufmassenstrom x Fluggeschwindigkeit)

    Sobald am Turbinenausgang noch ein Druck größer als das "kritische" Druckverhältnis vorliegt (für Luft etwa 1.8 x statischer Umgebungsdruck), kann eine normale, konvergente Düse den vorhandenen Druck nicht mehr vollständig in Gechwindigkeit umsetzen. In diesem Fall müsste man eine angepasste, konvergent-divergente Düse haben, wie sie bei Raketentriebwerken üblich sind (d.h. die Düse muss sich am Ende ERWEITERN, und zwar weil wir dort eine Überschallströmung vorliegen haben)

    Je besser die Düsenexpansion, desto größer wird der Impulsanteil, und desto kleiner der Druckanteil. Der Impulsanteil überwiegt aber dabei, so dass der Gesamt-Schub zunimmt.

    Bei Restdruckverhältnissen kleiner dem kritischen Druckverhältnis hat man auf jeden Fall eine Unterschall-Ausströmung, und der Umgebungsdruck kann sich dem Düsenaustritt aufprägen. Die Düse ist damit quasi automatisch angepasst, es gibt keinen Druckanteil. (achtung, das bedeutet NICHT, dass es egal ist, wie die Düse aussieht, denn die Form und das Kontraktionsverhältnis beeinflussen dann ihrerseits das Druckverhältnis der Turbine selbst und damit das Gesamt-Triebwerk)

    Wenn es aber nicht nur um die Düse geht sondern um den gesamten Flugfall, dann ist die Anpassung des Impulsstroms an die Fluggeschwindigkeit ein entscheidender Faktor.
    Es ist effektiver, eine GROSSE Luftmenge SCHWACH zu beschleunigen als ene KLEINERE Luftmenge STARK zu beschleunigen... d.h. man erhält MEHR schub bei gleichem Leistungseinsatz. Aus diesem Grund werden Fantriebwerke eingesetzt... der Restdruck des Kerntriebwerkes wäre überkritisch und damit im Unterschallflug INEFFEKTIV. Also nutzt man ihn, um damit einen großen Fan anzutreiben, der eine große Luftmasse durchsetzt.
    Das zugehörige Stichwort ist "Vortriebswirkungsgrad" - hatten wir hier schon mal diskutiert.

    gruß

    A.P.
     
    Wolfman gefällt das.
  8. radist

    radist переводчик<br><img src="http://www.flugzeugforum.d

    Dabei seit:
    29.03.2005
    Beiträge:
    3.528
    Zustimmungen:
    2.860
    Beruf:
    Dipl.-Ing.
    Ort:
    Plau am See
    @ Acanthurus
    Wie immer sehr informativ und verständlich - danke!
     
  9. #8 Air Power, 27.01.2009
    Air Power

    Air Power Testpilot

    Dabei seit:
    30.06.2005
    Beiträge:
    644
    Zustimmungen:
    45
    Beruf:
    Chemist
    Ort:
    LOWG
    Hallo!

    Für nähere Informationen zum Thema Schubdüsen bzw. Triebwerke kann ich dir ein Buch empfehlen:

    Willy J.G. Bräunling

    Flugzeugtriebwerke/Grundlagen, Aero-
    Thermodynamik, Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen,
    Komponenten und Emissionen.

    Springer-Verlag Berlin, 2004

    Ist zwar etwas länger und teilw. etwas kompliziert für Otto-Normalbürger, aber wenn du dich etwas näher mit der Materie beschäftigen willst, ist es mEn nicht schlecht. Ich selbst hab damit während meiner FBA gearbeitet.

    Grüsse

    Air Power
     
  10. #9 Schorsch, 27.01.2009
    Schorsch

    Schorsch Alien

    Dabei seit:
    22.01.2005
    Beiträge:
    10.623
    Zustimmungen:
    2.277
    Beruf:
    Flugzeugzeug machen.
    Ort:
    mit Elbblick
    Bei Acanthurus hab ich manchmal das Gefühl, dass der Login nicht von einer Person, sondern einem ganzen Institut benutzt wird, weil egal zu welchem Thema immer schlaue Sachen kommen. Und im Gegensatz zu meinem modifizierten Allgemeinwissen alles immer 100%ig wissenschaftlich wasserdicht.

    Danke dafür!
     
  11. #10 Acanthurus, 28.01.2009
    Zuletzt bearbeitet: 28.01.2009
    Acanthurus

    Acanthurus Testpilot

    Dabei seit:
    19.07.2005
    Beiträge:
    687
    Zustimmungen:
    241
    Beruf:
    Arbeit
    Ort:
    Fest
    Danke für die Blumen :red:
    Schorsch, ich versichere dir, wir sind nur EINE Personen ;) Und das Wissen ist einseitiger als du glaubst... Aerodramatik, Schraubhuber und ein wenig Triebwerkelei, das wars dann auch schon. Was die Fliegerei angeht, bin ich der typische kastrierte Kater... vormachen geht nicht ;)
    Musste das alles eben vor Jahren mal lernen, und obwohl nie in der Praxis eingesetzt, blieb doch ein bissle was davon hängen. Wenn man gelegentlich mal drüber schreibt, hilft das beim Erinnern.

    Habe gerade nochmal nachgerechnet... das kritische Druckverhältnis (TOTALdruck NACH Turbine. also am Eingang der Schubdüse) zum statischen Umgebungsdruck ist p_tot_düse/p_stat=(1+(k-1)/2)^(k/k-1)= 1.89
    (k für Luft bei moderaten Temperaturen 1.4)

    Betreibt man eine normale konvergente (also einfach-kegelige) Düse mit MEHR als diesem Druckverhältnis, so findet in der Abströmung allerlei Lustiges statt... nämlich ein wechselndes Bild aus Verdichtungsstößen und Expansionsfächern. Mittig darin sieht man dann, speziell bei Nachbrennerbetrieb, wo das alles so schön beleuchtet ist, die Mach-Scheiben - Kreisrunde, helle Flecken.
    Hier sehr schön zu sehen:
    http://www.flugzeugforum.de/forum/showpost.php?p=864252&postcount=10

    Gerne unterliegt man dem Irrtum, dass der Nachbrennerbetrieb das Druckverhältnis der Düse erhöht - das ist nicht der Fall. Der eigentliche Nutzwert liegt in der VOLUMENerhöhung und damit der höheren Austrittsgeschwindigkeit. Da man aber "nur" das Volumen, nicht aber den Druck per Nachbrenner erhöht, ist die thermodynamische Effizienz recht gering.

    Das bringt uns zum Thema Verstelldüsen. Bei überkritischem Druckverhältnis entsteht im engsten Querschnitt der Düse normalerweise der Schalldurchgang (Ma=1). Dieser hat die seltsame Eigenschaft, den Massenstrom zu "kalibrieren". D.h. bei vorgegebener Temperatur und Querschnittsfläche kann man den Druck erhöhen wie man will, man kann nicht mehr Masse durch die Düse bekommen. Damit man aber nach wie vor ein variables Triebwerksverhalten haben kann, muss man die Düse verstellbar machen. Insbesondere beim Nachbrennereinsatz muss deshalb die Düse deutlich GEÖFFNET werden, damit der größere Vlumenstrom "durchpasst". Passiert dies nicht, so "blockiert" die Düse, was nicht wirklich gesund ist...

    Wenn also im Düsenaustritt "nur" Mach 1 erreicht wird, wie kann man dann damit Überschall fliegen?
    Da kommt nun der im oberen Posting erwähnte Durckanteil ins Spiel, denn der Druck am Düsenaustritt ist NICHT bis auf den Umgebungsdruck abgesenkt worden und SCHIEBT somit das Triebwerk.
    Zum Anderen ist die Temperatur des austretenden Gases sehr hoch, und damit auch seine SCHALLgeschwindigkeit. Mach 1 im Abgasstrahl ist also VIEL schneller wie Mach 1 des in kalter Luft fliegenden Flugzeuges. Es ist also eine deutliche Übergeschwindigkeit des Strahls vorhanden (welcher im Übrigen auch in der freien Nachexpansion stellenweise überschallschnell wird).

    gruß

    A.P.
     
    AE gefällt das.
  12. #11 AlphaJet_ETSF, 28.01.2009
    AlphaJet_ETSF

    AlphaJet_ETSF Fluglehrer

    Dabei seit:
    25.08.2006
    Beiträge:
    101
    Zustimmungen:
    17
    Ort:
    ETSF
    @Acanthurus:

    Wenn ich zwei Hüte aufhätte, würde ich sie beide vor dir ziehen......so bleibt mir nur der eine!
    Sagenhaft.....und das alles, obwohl du es anscheinend (nicht mehr) brauchst ..... *köpfschüttel*
    :TOP:
     
  13. #12 Werner Schulte, 07.02.2009
    Werner Schulte

    Werner Schulte Kunstflieger

    Dabei seit:
    06.02.2009
    Beiträge:
    26
    Zustimmungen:
    3
    Ort:
    Bornheim
    Schubdüse

    Hallo,

    einige Beiträge weiter oben steht:

    "Dieser hat die seltsame Eigenschaft, den Massenstrom zu "kalibrieren". D.h. bei vorgegebener Temperatur und Querschnittsfläche kann man den Druck erhöhen wie man will, man kann nicht mehr Masse durch die Düse bekommen."

    Der Massestrom wird durch den "choked flow" nicht begrenzt, sondern die Strömungsgeschwindigkeit. Sie richtet sich nach der Schallgeschwindigkeit, die wiederum maßgeblich von der Temperatur und ein wenig von der Zusammensetzung des Abgases abhängt.

    Könnte man den Druck erhöhen, so würde proportional zu den gestiegenen Dichte auch der Massestrom zunehmen und damit der Impuls, sprich Schub. Dazu bräuchte man aber ein anderes Triebwerk mit mehr Luftdurchsatz. Sinn des Nachbrenners ist ja gerade, OHNE Veränderung des Triebwerkes den Schub zu erhöhen, was eben durch Heizen und damit Erhöhung der Schallgeschwindigkeit am Austritt gelingt. Leider nicht sehr effektiv, wie wir alle wissen.

    - - - -

    Auf dieses Forum bin ich gestoßen, weil ich als Absturzursache für die F104 häufig "offene Schubdüse" gelesen habe und wissen wollte, was das ist bzw. war. Mein Problem ist, ich kann zwar ein paar Formeln raussuchen und mit Glück auch anwenden, aber ich habe nicht plastisch verstanden, was z.B. in der Schubdüse oder z.B. in einer Laval-Düse wirklich passiert. Begriffe wie "Schallstelle", "Drucksprung" etc. kann ich brav aufsagen, aber es frustriert mich, daß ich diese Dinge nicht anfassen kann und mir nicht vorstellen kann, wie die Moleküle sich wirklich verhalten beim Schalldurchgang.

    Wenn mir dabei einer helfen könnte, wäre ich echt dankbar. Spezialist für Jets bin ich nicht. Bei den Unterschallströmungen kann ich zwei bis drei Formeln anwenden. Die Schallströmungen sind mir einfach suspekt.

    Warum muß z.B. das Abgas schneller austreten, als die Fluggeschwindigkeit? Bei der Rakete im Weltall geht das auch nicht. Die fliegt mit 28.000 km/h und das Abgas schafft doch nur Schallgeschwindigkeit. Oder wird es durch die Form der Düsen bis auf 29.000 km/h beschleunigt ??? :confused:

    Ich lese immer, daß im Einlauf des Überschalltriebwerkes die Luft "abgebremst" werden muß. Wie jetzt? Einfach nur bremsen oder per Diffusor verzögern und im Druck erhöhen? Da gibt es den Drucksprung beim Unterschreiten der Schallgeschwindigkeit. Tolle Sache, wenn man es nachgemessen hat, aber was geschieht dort wirklich? Was machen die Luftteilchen.

    Auf Antworten freut sich

    Werner Schulte
     
  14. #13 Acanthurus, 12.02.2009
    Acanthurus

    Acanthurus Testpilot

    Dabei seit:
    19.07.2005
    Beiträge:
    687
    Zustimmungen:
    241
    Beruf:
    Arbeit
    Ort:
    Fest
    Da hast du natürlich recht :red:
    Was ich eigentlich meinte ist, dass die ABSTRÖMUNG (Düsenaustritt) keinen Einfluss mehr stromauf des Schalldurchgangs hat, sofern das Druckverhältnis überkritisch bleibt. D.h. ich bekomme zunächst nicht mehr Massendurchsatz, wenn ich die Düsengeometrie ändere.
    Normalerweise tritt der SChalldurchgang bereits im Leitgitter der ersten Turbinenstufe statt. Damit steht (zunächst) der Massendurchsatz fest und damit auch das, was die Turbine zu fressen bekommt. Natürlich kann sich das Arbeitsdruckverhältnis der Turbine durch Änderung des Drucks in der Abströmung noch verändern und somit rückwirkend über den Verdichter auch den Turbineneingang beeinflussen

    Du hast einige Fragen gestellt... Also fangen wir mal etwas Überschallaerodynamik an... Thema Lavaldüse zuerst, da wir das nachher für den Einlauf "umdrehen" können.

    Bei reinen Unterschallströmungen ist es ja so, dass wir die Düse mit einem abnehmenden Querschnittsverlauf versehen müssen, um die Strömung zu beschleunigen.
    Der Massendurchsatz ist in jedem Querschnitt gleich: dM= rho*V*A. Das is die einfache Kontinuitätsgleichung der Strimröhre. Rho ändert sich im Unterschall nicht so riesig. Also muss, um V zu vergrößern, A kleiner werden. Einfach.
    Wenn wir das Spielchen ne weile treiben, erreichen wir irgendwann (bei einem gewissen Druckverhältnis, siehe oben) einen Punkt, an dem wir gerade Schallgeschwindigkeit erreichen. Und dann ändern sich die Spielregeln plötzlich gewaltig.
    Zwar gilt nach wie vor dM= rho*V*A, ABER die Dichte rho nimmt in einer beschleunigten Strömung im Überschall schneller AB als die Geschwindigkeit ZUNIMMT. Damit dann der Massenstrom dM gleich bleibt, muss die Querschnittsfläche der Düse im Überschall ZUNEHMEN. Wir brauchen also idealerweise eine Düse, bei der der Querschnitt zunächst ABNIMMT (Unterschallteil) und dann wieder ZUNIMMT (Überschallteil). So ein Ding
    heißt LAVALdüse, man kennt es eigentlich in der Praxis nur von Raketentriebwerken.

    Jetzt also umgekehrt, die "Düse Rückwärts", der Einlauf. Wie funktioniert der?

    Der Triebwerksverdichter "braucht" eine reduzierte Zuströmgeschwindigkeit, da bei zu schneller Durchströmung der Einstellwinkel der Laufschaufeln zu flach liegt, ähnlich eines Propellers in Segelstellung. Das würde zwar im Reiseflug gehen, aber im Standfall zu Ablösungen führen. Außerdem wäre die Vektorsumme aus Umfangsgeschwindigkeit und Zuströmgeschwindigkeit zu groß, wir kämen viel zu früh in den verlustbehafteten Überschallbereich.

    Zudem wollen wir aus thermodynamischen Gründen (Wirkungsgrad) das Triebwerk mit einem großen Gesamtdruckverhältnis (Brennkammerdruck zu Umgebungsdruck) ausführen. Der Einlauf liefert bereits einen Teil des dafür nötigen Verdichtungsvorganges, indem die Strömung verzögert wird (am Rande: bei einem Staustrahltriebwerk ist das der EINZIGE Verdichtungsanteil).
    Der Einlauf soll also die Strömung auf eine geringere Geschwindigkeit bringen und dabei möglichst VIEL Druck aufbauen.
    Im Unterschall ist das wiederum recht einfach: Ein sich erweiterndes Rohrstück vors Triebwerk, und fertig ist der Pitot-Einlauf.

    Im Überschall wirds schwieriger, denn eine Lavaldüse funktioniert lederleider nicht in gleichem Maße rückwärts wie eine konvergente Unterschalldüse.

    Die Verzögerung einer Überschallströmung zum Zwecke der Druckanhebung und Verlangsamung geht im Allgemeinen nicht ohne Verdichtungsstöße. In einem Verdichtungsstoß erfolgt die Verzögerung der Strömung SCHLAGARTIG - das Wort "Schockwelle" hat sich in der deutschen Populärwissenschaft eingeprägt, im Englischen ist die Shock Wave sogar das "richtige" Wort dafür. Ich bleibe mal bei "Stoß" oder "Verdichtungsstoß".

    Ein Verdichtungsstoß hat nun die traurige Eigenschaft, dass er VERLUSTBEHAFTET erfolgt. Zwar steigt der Druck über einen Verdichtungsstoß hinweg stark (sprungartig) an, jedoch ist die DRUCKAUSBEUTE nicht so groß, wie sie theoretisch bei echt adiabater Kompression möglich wäre. Ein Verdichtungsstoß ist eine "schlechte" Art der Druckerhöhung.
    Es gibt unterschiedliche Arten von Verdichtungsstößen. Worst Case ist der SENKRECHTE Verdichtungsstoß, bei dem die Strömung sprungartig von Überschall auf Unterschall verzögert wird. Die Stoßfront verläuft senkrecht zur Strömungsrichtung (deshalb SENKRECHTER Stoß...). Dieser Senkrechte Stoß hat die schlechtestmögliche Ausbeute an Druckerhöhung. Je höher die Machzahl, desto schlimmer.
    Verwendet man einen "normalen" Pitoteinlauf in einer Überschallströmung (Beispiel: F-16), so wird sich im Einlauf ein senkrechter Verdichtungsstoß ausbilden, welcher Leistung/Wirkungsgrad schluckt. Der Machzahlbereich, in dem man sowas sinnvoll einsetzen kann, ist deshalb begrenzt.
    Will man eine aerodynamisch sauberere, aber technisch VIEL aufwendigere Lösung haben, so verwendet man Rampeneinläufe (typisch für F-14, Tornado, Mig29, Su27 etc..).
    Bei denen macht man sich SCHRÄGE Verdichtungsstöße zu Nutze. Bei einem SChrägstoß wird die Strömung zwar verzögert, aber nicht bis in den Unterschall. Die Druckausbeute ist deutlich besser. Mit einem cleveren System MEHRERER SChrägstöße kann man die Strömung bis knapp über Mach 1 verzögern. Danach folgt ein letzter, senkrechter Stoß, der aber nur wenig Verluste bringt, da er nur bei kleiner Überschallmachzahl erfolgt.
    Das "Problem" an der Sache ist nun, dass die Geometrie der Verdichtungsstöße zum Betriebszustand und zur Flugmachzahl genau passen muß, um optimale Druckausbeute zu bringen. Deshalb sind solche Rampen normalerweise verstellbar. Wird die Verstellung (wie beim dt. Tornado) NICHT verwendet, so ist die Druckausbeute im Einlauf suboptimal, da das Stoß-System nicht 100%ig passt und sich zu früh ein stärkerer senkrechter Stoß einstellt.
    Hier ist ganz grob das System aus schrägen Verdichtungsstößen skizziert:
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/9/90/Concordeintake.gif
    2. Teilbild, die gestrichelten Linien.

    Soviel also zum Thema Überschalleinlauf.

    Noch zum Verdichtungsstoß selbst:
    Bei diesem wird die Strömung SCHLAGARTIG (auf einer Strecke, welche etwa in der Größenordnung der mittleren freien Wegglänge der Moleküle zwischen zwei Kollisionen entspricht) abgebremst, verdichtet und aufgeheizt. Diese Schlagartigkeit rührt aus dem "hyperbolischen Charakter" der Strömung her... was ist das denn schon wieder? In Überschallströmungen kann sich Druckinformation nicht wie im unterschall gleichmässig und in alle Richtungen im ganzen Strömungsfeld ausbreiten, sondern nur innerhalb der sog. "Charakteristiken"... das ist der Bereich INNERHALB des machßschen Kegels stromab des betrachteten Punktes. Insbesondere kann sich ein erhöhter Druck in einem Gebiet STROMAB nicht kontinuierlich auf das Strömungsfeld STROMAUF auswirken. Die Auswirkung erfolgt dann irgendwann SCHLAGARTIG per Verdichtungsstoß.
    Warum schlagartig?

    Man stelle sich als Gedankenexperiment eine Reihe von Druckerhöhungswellen vor, welche durch ein Medium laufen... z.B. verursacht durch den höheren Druck am Ende einer Diffusorströmung.
    Die erste Teilwelle läuft "ganz normal" mit Schallgeschwindigkeit durch und verursacht dabei eine kleine Druck- und Temperaturerhöhung. jetzt kommt die nächste Welle. Diese findet ein bereits leicht aufgeheiztes Medium vor, in dem die Schallgeschwindigkeit GRÖSSER ist. Sie läuft also SCHNELLER durch das Medium. Die nächste wird NOCH SCHNELLER usw. Die "jüngeren" Wellen sind aber schneller als die älteren und holen diese ein. Das geht so lange, bis ALLE Wellen der Druckerhöhung in einer EINZIGEN steilen Wellenfront zusammenlaufen - dem Verdichtungsstoß.
    Das ist zwar keine 100% korrekte Erklärung, aber sie ist recht anschaulich.

    Zuletzt noch zum Thema "warum-muss der Strahl-schneller-sein-als-die-umgebende-Luft"
    Das ist NUR im athnmosphärischen Flug so. Bei Raketen ist das in der Tat langsamer (relativ zum Bezugsystem des Raketenstarts). Strahlgeschwindigkeit ist im einstelligem km/s bereich, die Fluggeschwindigkeit kann durchaus zweistellig sein. (Google-Suche Ziolkowski-Gleichung).
    Spätestens seit Einstein muss ja auch klar sein, dass das Startplatz-Bezugssystem ohnehin willkührlich ist.

    Bei (Reise)Flug in umgebender Luft muss aber SCHUB erzeugt werden, nicht um die Massenträgheit des Körpers zu überwinden, sondern um den Luftwiderstand auszugleichen. Und damit quasi auf der Düsenfläche genug schuberzeugender Totaldruck (gegenüber dem totalen Umgebungszustand) herrscht, muss die Geschwindigkeit im Austritt größer sein als die Fluggeschwindigkeit.
    Im Unterschall ist das recht leicht per Bernoulli nachzurechnen, im Überschall wirds komplizwickter.

    Kurzum: der Unterschied zwischen Jet und Rakete kommt aus dem Druckzustand der umgebenden Luft.

    So, Rekordlängenposting, sorry, aber das waren ja auch keine banalen Fragen.

    Gruß
    A.P.
     
    Flying_Wings, Aeronaut und Spoelle gefällt das.
  15. #14 The Configurator, 12.02.2009
    The Configurator

    The Configurator Fluglehrer

    Dabei seit:
    03.11.2007
    Beiträge:
    175
    Zustimmungen:
    15
    Beruf:
    Angestellter
    Ort:
    Niedersachsen
    @Acanthurus,

    das eine oder andere was man gelernt hat, ist wieder hochgekommen. Danke.

    Mit freundlichen Grüßen,

    Günter
     
  16. #15 Werner Schulte, 13.02.2009
    Werner Schulte

    Werner Schulte Kunstflieger

    Dabei seit:
    06.02.2009
    Beiträge:
    26
    Zustimmungen:
    3
    Ort:
    Bornheim
    Schallströmung


    Aha, soso, anschaulich :confused:

    Also mal erst: mit den Raketen habe ich etwas geflunkert. Es war mir klar, daß sie auch bei mehreren zigtausend Stundenkilometern "nur" die einfache Schallströmung relativ zum Raumfahrzeug haben. Prinzipiell hätte das beim Jet auch so sein können, mir ist aber einleuchtend, daß der Widerstand enorm ist und der Antrieb nicht notwendigerweise ausreicht. Sehe ich das falsch, daß es sich hierbei um ein quantitatives Faktum handelt und nicht um ein prinzipielles?

    Beruflich muß gelegentlich Sicherheitsventile und deren Abblaseleitungen nachrechnen bzw. auslegen, daher war ich mir mit der Schallströmung aus dem Triebwerk auch ziemlich sicher. Allerdings werden unsere Berechnungen immer sehr vereinfacht und normiert vorgenommen, u.a. auch, weil sie vom TÜV bzw. anderen Prüfstellen nachvollzogen werden müssen. Wenn möglich, versucht man, ganz ohne Koni und Diffusoren auszukommen und läßt den Carnotschen Stoßverlusten freien Lauf. Da die Aufgabenstellung ja nur ist, die Menge irgendwie rauszubekommen und die Drücke mitunter gewaltig sind, ist das kein Problem - wenn auch das Herz des Strömungsbegeisterten dabei blutet.

    - - - -

    Wenn ich recht verstehe, erhöhe ich mit dem Nachbrenner sinngemäß den Wirkungsgrad der Turbine, weil die Drosselverluste durch den Schallsprung und die anschließende Verzögerung auf Unterschall verschwinden und das Druckverhältnis an dieser Stelle unterkritisch wird. In einer Beschreibung der F 104 habe ich gefunden, daß beim Einschalten des Nachbrenners die Drehzahl der Turbine zunächst leicht abfällt und dann wieder auf dern ursprünglichen Wert ansteigt. Ich reime mir das jetzt mal so zusammen, daß die Turbinenleistung durch den höheren Gegendruck etwas geringer wird und der Drehzahlregler diesen Abfall dann wieder ausgleicht. Das Kerntriebwerk müßte also im Verbrauch ebenfalls (schwach) zunehmen.

    Die Schuberhöhung könnte also demnach nur funktionieren, wenn ich die Schubdüse dabei schließe (meine auch gesehen zu haben in einem Video, daß die Dinger regelrecht zuklappen beim Start)

    Wenn ich gedanklich dann von hinten auf das Triebwerk schaue und mir die Schubdüse aus Glas vorstelle, müßte ich auf der Kreisfläche des Turbinenausganges eben genau den höheren Druck haben, der auch mein Flugzeug stärker vorwärts schiebt, während die Segmente der Schubdüse durch die Geschwindigkeitserhöhung gar nicht den gleichen statischen Druck sehen und damit die Differenz aus dem Druck mal der beiden Kreisflächen als Schub wirksam wird. Es müßte sogar so sein, daß die Schubdüsenverstellung ohne großen Kraftaufwand funktioniert, weil die Segmente quasi durch den schnellen Strahl "angesaugt" werden.

    Könnte man das in etwa so sagen ? (wenn auch vielleicht nicht superexakt ausgedrückt)

    Einige Beiträge weiter oben steht ein Zitat, daß durch den Schubverlust bei Ausfall des Nachbrenners und offender Düse die Starfighter abgestürzt sind. Kommt mir irgendwie unlogisch vor, denn gerade bei Nachbrennerbetrieb müßte diese Düse doch weiter geschlossen sein - oder hab ich jetzt ein Verständnisproblem ? :confused:

    Verstehen könnte ich, wenn die Verstellung ausfällt und die Düse einfach nur auffährt, dann gibts eben genau am Turbinendurchtritt einen Haufen Verluste, die das Flugzeug quasi wieder abbremsen.

    Nach welchem Kriterium wird die Düsenverstellung überhaupt geregelt? Oder wird sie nur per Steuerung nach einer Kurve dem Leistungshebel nachgeführt?

    - - - - -

    Den Verdichtungsstoß habe ich nicht verstanden. Die Erklärung werde ich mir in den nächsten Tagen nochmal gepflegt zu Gemüte führen. Daß die Gesetze andere werden, ist mir bekannt. Die Lavaldüse habe ich für das Studium gerechnet - müßte heute aber erstmal wieder suchen und rumprobieren, weil ich das nie mehr angewendet habe. Verstanden habe ich es aber schon damals nicht richtig, was mich wurmt, da ich mich sonst auf dem Gebiet der Strömungen und Thermodynamik eigentlich ziemlich zuhause fühle.

    Ich merke aber, daß mir hier geholfen werden kann :) :)

    Erstmal danke dafür. Diese Stoßwellen, die wabern mir im Moment im Bauch herum. Den Sinn der Einlauframpe erahne ich jetzt auch. "Die Strömung abbremsen" klingt immer so nach verlustreicher Drosselung. Man findet die Formulierung aber sehr häufig und die meisten Leute schlucken das einfach und nehmen es so hin. Besser wäre also "verzögern, wobei versucht wird, den Drucksprung in die richtige Richtung zu lenken.

    Also bis die Tage mal

    Gruß

    Werner Schulte
     
  17. #16 Acanthurus, 13.02.2009
    Acanthurus

    Acanthurus Testpilot

    Dabei seit:
    19.07.2005
    Beiträge:
    687
    Zustimmungen:
    241
    Beruf:
    Arbeit
    Ort:
    Fest
    Hi..

    Sorry wenn ich dir keine anschaulichere Erklärung für die Stoßentstehung bieten kann. Eine mathematisch-gruselige hätt ich noch, aber die ist overkill.

    habe grad nicht die Zeit, das alles auf einmal anzusprechen, aber kurz zum Nachbruzzler:

    Der Nachbrenner hat den Zweck, bei einigermaßen gleichem Massenstrom und Turbinenaustrittsdruck das Gasvolumen und die Temperatur zu erhöhen. Dadurch steigt die Schallgeschwindigkeit signifikant an, und auch die Geschwindigkeit selbst.
    Um jetzt nicht noch intensiver in die Schalldurchgangs-Verblockung reinzukommen, muss die Düse GEÖFFNET werden, da sonst der ursprüngliche Massendurchsatz durchs TW nicht gehalten werden kann..

    Also NB an, Düse auf. Bis die Düse geöffnet ist steigt kurzfristig der Druck hinter der Turbine an, weil der Durchsatz nicht gehalten werden kann. Damit hat die Turbine ein kleineres Arbeitsdruckverhältnis und wird kurzfristig etwas langsamer. Sobald dann der Düsenquerschnitt wieder stimmt wird die alte Drehzahl wieder erreicht.

    Der Nachbrenner ändert am Wirkungsgrad des Kerntriebwerkes zunächst nichts, da dieses mit fast den gleichen Betriebsparametern (Durchsatz, Druckverhältnisse etc.) läuft. Der thermodynamische Wirkungsgrad des Gesamttriebwerks einschließlich NB ist aber deutlich SCHLECHTER als ohne NB, denn die Nachverbrennung findet auf geringerem Druckniveau statt als das in der Brennkammer der Fall ist (Erinnerung therm. Wirkungsgrad: die Energiezufuhr durch Verbrennung soll bei möglichst hoher Temperatur /Druck stattfinden).
    Könnte ich also dieselbe Spritmenge in der Brennkammer einsetzen statt im nachbrenner, ohne das TW zu überfordern, wäre das effektiver.

    Der Vorteil des NB ist eben, dass auf recht einfache Weise ein sehr hoher Leistungsdurchsatz erzeugt werden kann... aber eben auf Kosten eines schlechten Wirkungsgrades.
     
  18. #17 Werner Schulte, 13.02.2009
    Werner Schulte

    Werner Schulte Kunstflieger

    Dabei seit:
    06.02.2009
    Beiträge:
    26
    Zustimmungen:
    3
    Ort:
    Bornheim
    "Also NB an, Düse auf. Bis die Düse geöffnet ist steigt kurzfristig der Druck hinter der Turbine an, weil der Durchsatz nicht gehalten werden kann. Damit hat die Turbine ein kleineres Arbeitsdruckverhältnis und wird kurzfristig etwas langsamer. Sobald dann der Düsenquerschnitt wieder stimmt wird die alte Drehzahl wieder erreicht."

    Herr gib Hirn !

    Das hätte ich als Thermodramatiker wirklich wissen müssen. :red:

    An die geänderte Gasdichte durch die Erwärmung bei Nachbrennerbetrieb habe ich nicht gedacht. Zum Teufel auch, man macht solche Berechnungen jahrelang und sie sind auch richtig (sind sie das wirklich ?? :eek: :mad:) , aber Sicherheitsventile haben nunmal - bisher - weder verstellbare Schubdüsen noch Nachbrenner die Reaktionskraft beim Abblasen wird per Einzeiler mal eben überschlagen, nur um sicher zu gehen, daß die Rohrleitung nicht abgerissen wird.

    Man kann also sagen, daß durch die Nachheizung die Dichte reziprok zur Temperatur sinkt (gleicher Druck gefordert) bzw. das Volumen prop. zunimmt. Da die Schallgeschwindigkeit aber nur radiziert zunimmt, muß die Fläche des engsten Querschnittes erhöht werden, sonst würde das gestiegene Volumen nicht bei gleichem Druck durchgehen.

    Vielen Dank erstmal und sag, wenn ich damit zu sehr quäle. Ich will keine Jets bauen, aber mein Verständnis etwas erweitern.

    Eine mathematische Erklärung für den Verdichtungsstoß habe ich selbst. Diese auswendig zu lernen, bringt nur schwache Befriedigung. Ich werde aber dran bleiben.

    Gruß

    Werner Schulte
     
  19. #18 Acanthurus, 13.02.2009
    Acanthurus

    Acanthurus Testpilot

    Dabei seit:
    19.07.2005
    Beiträge:
    687
    Zustimmungen:
    241
    Beruf:
    Arbeit
    Ort:
    Fest
    Mir persönlich hilft eine rein mathematische Erklärung auch nicht weiter.

    Deine Formulierung mit Dichte, Temperatur und Querschnitt ist kurz und gut.

    Ich denke, wir müssen hier mal irgendwann im Forum ein wenig Überschall-Aerodynamik zur Verdauung anbieten. Das ist alles qualitativ gar nicht sooo schwer zu verstehen... da finde ich einige Aspekte der Unterschallaerodramatik sogar weniger anschaulich (Dauerthema Zirkulation, Auftriebsentstehung). Kommt halt etwas Thermodynamik dazu, aber mit P=rho*R*T und c=sqrt(k R T) ist man da schon beinahe ausreichend bedient.

    gruß

    A.P.
     
  20. Anzeige

    Hallo

    Schau dir doch mal die Luftfahrt-Kategorie an

    Registrieren bzw. einloggen, um diese und auch andere Anzeigen zu deaktivieren
  21. #19 Werner Schulte, 13.02.2009
    Werner Schulte

    Werner Schulte Kunstflieger

    Dabei seit:
    06.02.2009
    Beiträge:
    26
    Zustimmungen:
    3
    Ort:
    Bornheim
    Hi,

    das läßt ja Hoffnung aufkeimen :) :)

    Gruß

    Werner Schulte
     
  22. Hirsch

    Hirsch Flieger-Ass

    Dabei seit:
    01.10.2003
    Beiträge:
    309
    Zustimmungen:
    45
    Ort:
    Ellrich/Thüringen
    Wir bitten darum!
    Ich denke, wenn alles in der sprachlich-knappen Qualität :TOP: Deines Rekordlängen-Posting ist, kann man prima nachkommen. Warum schafft sowas kein Lehrbuch...? Da ich kaum einen blassen Dunst von der Überschall-Aerodynamik habe und immer staunend vor den Postulaten "Verdichtungsstoß", "sprunghafte Änderung der..." und dergleichen sitze, aber selbiges schon immer mal verstehen wollte, bin ich offenen Ohres (Auges) dabei...
     
Moderatoren: Skysurfer
Thema: Frage zum Thema Schubdüse
Besucher kamen mit folgenden Suchen
  1. schubdüse

    ,
  2. konvergente düse jet

    ,
  3. schubduese

    ,
  4. verstellbare schubdüse,
  5. bei überkritischem druckverhältnis konvergente divergente schubdüsen,
  6. kann ein flugzeug mit konvergenter düse überschall erreichen,
  7. schubd
Die Seite wird geladen...

Frage zum Thema Schubdüse - Ähnliche Themen

  1. Frage zum Thema "Sauerstoffschlauch scratch gebaut" !

    Frage zum Thema "Sauerstoffschlauch scratch gebaut" !: Hallo liebe Kollegen ! Kurze Frage an die "Scratch-Fachleute" unter Euch : Gibt es irgendein Material (Kabel etc.), mit dem man diese...
  2. Fragen zur Brennkammer des J-79 Triebwerkes

    Fragen zur Brennkammer des J-79 Triebwerkes: Hallo zusammen, ich hätte da mal einige Fragen zur Brennkammer des J-79 Triebwerkes, welches ja unter anderem in der F-104 eingebaut war, da ich...
  3. Fluggerätemechaniker (Triebwerk), Frage zum Einstellungstest

    Fluggerätemechaniker (Triebwerk), Frage zum Einstellungstest: Hallo! Meine Tochter hat sich für o.g. Ausbildungsberuf bei der Bw beworben und hat eine Einladung zum Einstellunstest erhalten. Gerne würde ich...
  4. Grundsatzfrage zum A350

    Grundsatzfrage zum A350: Was mich interessieren würde: warum hat man den A350 nichtt mit einem Rumpf konzipiert der für 10-abreast geeignet ist, sondern nur für 9? für...
  5. MiG-21F-13 Detailfrage

    MiG-21F-13 Detailfrage: Hallo Kollegen, ich baue gerade an der Trumpeter MiG-21F-13 in 1/48. Hinter dem Cockpit sieht man oft ein Gewirr von Leitungen, das am Modell nur...