Strahltriebwerke, Leistungskurve über Geschwindigkeit?

[innwolf]

Hallo,

aus der Graphik lese ich daß bei 0,2Mach, also bald nahc dem Abheben nur noch 80% Schub verfügbar sind. Und bei 0,6 Mach, ca. 700km/h, bis zu 10 000m Höhe etwa mit Schubrückgang wegen der Höhe aber der Wirkungsgrad ansteigt.

Und dass mit Höhe und mehr Geschwindigkeit der spezifische Verbrauch für Schub ansteigt, aber die Leistung aus Schub mal Geschwindigkeit deutlich mehr wird. Daher der Gesamtwirkungsgrad leistungsmäßig besser wird.
Ist ja auch sinnvoll, Steiglugphase in geringen Höhen mit Vollshcub ist nur kurz, es kommt auf den Verbrauch auf Strecke an.

 

[Taliesin]

nee, ich mach Motoren.

Cool
Ich habe mal Triebwerksbau studiert, arbeite heute aber als Projektleiter im Anlagenbau. Auch nett

Ohne Verluste bei Kompression und Expansion würde man das Druchverhältnis unendlich hoch wählen wollen

Und ohne Begrenzung der maximalen Turbineneintrittstemperatur

aber in einer nicht perfekten Welt stellt man dass fest, dass dir Verdichter irgendwann alle Leistung auffrisst..,

Mit der Darstellung gehe ich nicht ganz mit. Man stellt fest, dass die durch Kompression verlustbehaftet eingebrachte Wärme im Verhätnis zur in der Brennkammer eingebrachten Wärme immer größer wird. Dadurch fällt mehr ins Gewicht, dass Kompression und Expansion verlustbehaftet sind und der Prozess weniger die Chance hat, die gespreizte Isobare entlang zu marschieren, bevor er in der Turbine wieder in die Kompression muss.
Oder andersrum: Ich kann es mir nur leisten, für hohe Druckverhältnisse auszulegen, wenn ich durch hohe Wirkungsgrade sicherstellen kann, dass ich in der Brennkammer noch genug Wärme zuführen kann um in der Turbine wieder genug Leistung extrahieren zu können. Deshalb sind militärische Triebwerke auch nie für sehr hohe Druckverhältnisse ausgelegt. Zum einen ist das eine Absicherung gegen sinkende Wirkungsgrade, zum anderen wird sowieso nicht der innere Wirkungsgrad optimiert, sondern die spezifische Strömungsarbeit (also nicht Leistung pro Teilchen Sprit sondern Leistung pro Teilchen Luft, das durchs Triebwerk wandert).

Je niedriger die angesaugte Lufttemperatur, desto größer fällt der Unterschied zwischen negativer Verdichterleistung und Turbinenleistung aus, daher steigt der Wirkungsgrad mit fallender Eingengstemperatur.

Sorry, aber hier gehe ich auch nicht mit. Bei gegebener maximaler Turbineneintrittstemperatur und Umgebungstemperatur ergibt sich ein maximal erreichbares Druckverhältnis. Das Druckverhätnis bestimmt dir deinen Wirkungsgrad. Nur weil die Umgebungstemperatur und die maximale Turbineneintrittstemperatur mir mein Druckverhältnis begrenzen wird der Wirkungsgrad keine Funktion der Umgebungstemperatur.
Man kann das maximale mögliche Druckverhältnis vielleicht darstellen als Funktion der Umgebungstemperatur und dann die Formel für den inneren Wirkungsgrad so lange vergewaltigen, bis die Umgebungstemperatur drin auftaucht, aber das ist meiner Meinung nach physikalisch eigentlich falsch.

Und dass mit Höhe und mehr Geschwindigkeit der spezifische Verbrauch für Schub ansteigt

Der Verbrauch steigt mit der Geschwindigkeit und sinkt mit der Höhe.

 

[Doppelnik]

Cool
Ich habe mal Triebwerksbau studiert, arbeite heute aber als Projektleiter im Anlagenbau. Auch nett Und ohne Begrenzung der maximalen Turbineneintrittstemperatur Mit der Darstellung gehe ich nicht ganz mit. Man stellt fest, dass die durch Kompression verlustbehaftet eingebrachte Wärme im Verhätnis zur in der Brennkammer eingebrachten Wärme immer größer wird. Dadurch fällt mehr ins Gewicht, dass Kompression und Expansion verlustbehaftet sind und der Prozess weniger die Chance hat, die gespreizte Isobare entlang zu marschieren, bevor er in der Turbine wieder in die Kompression muss.
Oder andersrum: Ich kann es mir nur leisten, für hohe Druckverhältnisse auszulegen, wenn ich durch hohe Wirkungsgrade sicherstellen kann, dass ich in der Brennkammer noch genug Wärme zuführen kann um in der Turbine wieder genug Leistung extrahieren zu können

Du hast es besser formuliert, aber es ist genau das was ich auch geschrieben habe, im Extremfall würde ich bei einem hohen Druckverhältnis bis auf die maximale Turbineneintritstemperatur verdichten und könnte gar keine Wärme mehr zuführen. Wenn ich dann die Einlasstemperatur herunterkühlen würde, wäre es hingegen wieder möglich.

Natürlich ist der Wirkungsgrad auch eine Funktion (keine direkte) der Einlasstemperatur. Bei niedrigen Einlasstemperaturen und gleichem p2 habe ich bei gleicher Turbinenleistung (T3 = Konstant) eine identische Turbinenleistung aber niedrigere Verdichterleistung. Im nächsten Schritt kann ich hierbei ein höheres Druckverhältnis durch eine gesteigerte Drehzahl realisieren und steigere den Wirkungsgrad weiter. Im Grunde genommen wird dies ja bei Flugturbinen ähnlich gelöst, indem der Niederdruckteil bei großer Höhe und niedrigen Temperaturen schneller dreht (=> Druckverhältnis steigt, Wirkungsgrad auch). Das Druckverhältnis (bis zu 50:1 ) von Flugtriebwerken wird von Gasturbinen in bodennähe nirgends erreicht (eben wegen der oben beschrieben Problematik).

Aus einer MTU Veröffentlichung:"Das Gesamtdruckverhältnis will man deutlich über den derzeit knapp erreichten Wert von 50:1 steigern und gleichzeitig die erforder- liche Kühlluftmenge drastisch reduzieren"

https://www.mtu.de/fileadmin/DE/7_News_Media/2_Media/Broschueren/Technologie/01_Spitzentechnologie_made_by_MTU.pdf

 

[Taliesin]

im Extremfall würde ich bei einem hohen Druckverhältnis bis auf die maximale Turbineneintritstemperatur verdichten und könnte gar keine Wärme mehr zuführen. Wenn ich dann die Einlasstemperatur herunterkühlen würde, wäre es hingegen wieder möglich.

Ja genau, das ist der Extremfall.

Natürlich ist der Wirkungsgrad auch eine Funktion (keine direkte) der Einlasstemperatur. Bei niedrigen Einlasstemperaturen und gleichem p2 habe ich bei gleicher Turbinenleistung (T3 = Konstant) eine identische Turbinenleistung aber niedrigere Verdichterleistung.

Ich glaube, dass wir erstmal die Ebenen im Triebwerk klar ziehen müssen, bevor wir das diskutieren. Gehst du mit den Ebenen im Triebwerk hier konform?

 

[Doppelnik]

Ich hatte den Fan nicht vor Augen, bei mir ist T1 gedanklich Verdichtereintritt gewesen, aber die Graphik stimmt natürlich

 

[Taliesin]

Bei niedrigen Einlasstemperaturen und gleichem p2 habe ich bei gleicher Turbinenleistung (T3 = Konstant) eine identische Turbinenleistung aber niedrigere Verdichterleistung. Im nächsten Schritt kann ich hierbei ein höheres Druckverhältnis durch eine gesteigerte Drehzahl realisieren und steigere den Wirkungsgrad weiter.

Ok, dann musst du das hier mit den korrekten Ebenen mal neu formulieren, das erschließt sich mir noch nicht

 

[Doppelnik]

Nee, nicht nötig ich richte mich nach Deiner Graphik. Wenn ich an Gasturbinen denke, denke ich halt nicht direkt an Triebwerke