Was ist eigentlich Statischer Schub

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  1. #1 Nibbler91, 20.11.2010
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    Hallo zusammen.
    Der Titel des Themas sagt eigentlich schon alles, was ich wissen möchte.
    Um es kurz zu machen:
    Ich bin immer wieder über eine Frage im Fach Airframes / Systems in der ATPL-Theorie gestolpert, die ich mir persönlich nie beantworten konnte.
    Es wurde gefragt, was passieren würde, wenn der Abgasstrahl eines Turbofantriebwerkes ohne Nachbrenner Mach 1 erreichen würde.
    Die richtige Antwort lautete es würde nur noch Statischen Schub erzeugen.
    Schön - man kann sich das ja merken aber ich würd's doch lieber verstehen.
    Meine Ausbildungsunterlagen haben nie wirklich was zu diesem Thema hergegeben und da ich jetzt beim Durchstöbern (aus Langeweile) des Fragenkataloges wieder auf diese Frage gestoßen bin dachte ich mir ich frage hier mal nach.
    Also was genau ist eigentlich Static Thrust? Ich stelle mir das immer so vor, dass der Schub der dann erzeugt wird keine weitere Beschleunigung des Flugzeuges herbeiführt. Ist allerdings nur eine selbst zusammen gereimte Theorie, der ich nicht wirklich vertraue.
    Vielleicht kann mir da jemand mal das Licht an machen und mich kurz aufklären ;)
    Gruss, Nibbler
     
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    Ich muss gestehen, dass ich bisher den Begriff "Statischer Schub" auch nicht kenne, die Frage ist aber, obs den überhaupt gibt.

    Es gibt aber etwas "ähnliches" und ich bin mir fast sicher, dass die Frage darauf abzielt, allerdings ist die Antwort dann wieder Grütze bzw. etwas undefiniert:

    Es gibt den Begriff Standschub oder auch Bruttoschub genannt, damit ist der Schub (wer hätte es geglaubt) im Stand gemeint, also wenn die Differenz zwischen Einströmgeschwindigkeit und Ausströmgeschwindigkeit am grössten ist.
    Der Bruttoschub ist i.d.R. der maximale Schub den so ein Triebwerk liefern kann (Ausnahme weiter unten*), den der Schub ist:

    F = m * delta v / t
    (Masse mal Beschleunigung)

    Wobei F für die Schubkraft steht, m ist die Masse der Luft die durch das Triebwerk beschleunigt wird, Delta v die Geschwindigkeitszunahme der Luft durch das Triebwerk und das ganze geteilt durch die Zeit ( weil geschwindigkeit durch Zeit = Beschleunigung ist).

    Summa summarum: je kleiner die Eintrittsgeschwindigkeit ist, desto höher der Schub (mal salopp gesagt, irgendwann kommt ein "ramrise"-Effekt dazu, der wieder für eine Schubsteigerung sorgt, weil es vor dem Triebwerkseinlauf zu einem Druckanstieg durch den Staudruck kommt, aber den mal aussen vor)


    Die Frage nun: was will uns die Frage abverlangen und vorallem warum ist die Antwort jene ? :?!

    Was für einen Schub produziert das Triebwerk vor einer Ausströmgeschwindigkeit von Mach1, ist da mit die örtliche Schallgeschwindigkeit des Abgasstrahls gemeint oder die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs ?


    * es gibt Triebwerke die im Stand durch das Steuergerät etwas limitiert werden, weil der Druck vor den Fan-Blades gefährlich sinkt und es zu einem Strömungsabriss kommen würde weil nicht genug Luft "geliefert" werden kann. Hier ab ab der Mitte bei dem Take-Off der zweiten Maschine zu sehen: http://www.youtube.com/watch?v=a80ark8Rpsk
    Der Rechner gibt den Schub erst bei Vollgas frei, würde man den gleich Vollgas geben, i.d.R. geben die Piloten aber erst etwas Gas, rollen los und geben dann Vollgas.
     
  4. #3 Nibbler91, 20.11.2010
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    In der Frage wird ganz klar die Abgasgeschwindigkeit des Triebwerkes genannt - die soll bei Mach 1 liegen. Also so, wie Du es gesagt hattest die örtliche Schallgeschwindigkeit des Abgasstrahls.
     
  5. cool

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    Ich versteh die Frage einfach nicht, zumindest nicht, warum ein Triebwerk nur noch statischen Schub (Bruttoschub) produzieren soll, wenn der Abgasstrom die örtliche Schallgeschwindigkeit erreicht.
    Für mich lässt sich das nicht direkt miteinander verbinden. Der Bruttoschub wird im Stand bei definierten Umstandsbedingungen (ISA-Bedingungen) ermittelt und ist erstmal unabhängig vom Abgasstrom bzw. dessen Geschwindigkeit. Propeller bewegen viel Masse bei geringer Beschleunigung, Luftstrahltriebwerke mit geringem Bypass oder garkeinem, Beschleunigen wenig Masse dafür umso mehr, das kann dann bis zum erreichen der örtlichen Schallgeschwindigkeit gehen (und auch darüber hinaus, üblicherweise bei Nachbrennerbetrieb was dann auch zu stehenden Wellen im Abgasstrom führt, die man eindrucksvoll sehen kann)
     
  6. #5 Taliesin, 20.11.2010
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    Dabei ist aber wichtig, auf was sich Mach 1 bezieht. Mach 1 ist die Schallgeschwindigkeit, aber die Schallgeschwindigkeit ist eine Funktion der Temperatur. Mach 1 der Umgebungsluft in 12km sind etwa 300m/s, aber es ist nicht ungewöhnlich, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Innenkreises 500m/s erreicht, ohne dabei eine Überschallströmung zu sein.

    Wie bereits schon richtig gesagt wurde ist Schub F = m/s* delta v. Zum Schub gehört aber auch (bei angepasster Düse) A9 (p9-p0), also Düsenfläche mal Druckunterschied Austritt-Eintritt. Vielleicht ist das mit statischem Schub gemeint.
     
  7. #6 Nibbler91, 20.11.2010
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    Das ist ja schon klar, da die Schallgeschwindigkeit ja mit abnehmender Temperatur auch langsamer wird und der Abgasstrahl ja in 12km Höhe oder auch am Boden höhere Temperaturen aufweist als die Umgebungsluft.
    Wie gesagt in der Frage wird lediglich gefragt, was passiert wenn der Abgasstrahl auf eine Geschwindigkeit von Mach 1 beschleunigt wird.
    Die richtige Antwort ist halt dass nur noch statischer Schub geliefert wird.
    Mehr kann ich da leider nicht zu sagen. Wie gesagt in meinen Unterlagen habe ich bez. statischen Schubes nix gefunden. Im Unterricht wurde das ebenfalls nicht geklärt und im auch sonst wo habe ich nicht wirklich was dazu gefunden.
    Ich habe die Frage jetzt im Moment nicht hier, sonst würde ich die mal 1 zu 1 hier reinschreiben.
    Gruss, Nibbler
     
  8. #7 Taliesin, 21.11.2010
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    Ich meinte natürlich eine nicht angepasste Düse, bei angepasster Düse ist ja p9 gleich p0 und der Term fällt weg.
    Ich denke der statische Schub ist A9(p9-p0), dann ist der dynamische Schub gleich Massenstrom mal Geschwindigkeitsdifferenz und der statische Schub ist Fläche mal Druckdifferenz. Macht Sinn.
    Triebwerke haben in der Regel auch keine angepasste Düse, das ist ein Trick für die Vorlesung, damit die Rechnung einfacher wird
     
  9. #8 Nibbler91, 21.11.2010
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    Ok...so wie ich das sehe war die Entscheidung die Frage in diesem Forum zu stellen wiedermal genau richtig. Hört sich alles ganz nett an - jetzt muss ich es nur noch verstehen :D
    Erstmal: Was genau ist eine "angepasste Düse"?
    Des weiteren: Mit "Massendurchsatz mal Geschwindigkeitsdifferenz" kann ich was anfangen (sofern Du mit Massenstrom den Durchsatz meinst) - das wurde einfach schlichtweg als Schub bezeichnet (ohne den Zusatz dynamisch).
    Aber welchen Sinn macht es die Fläche mal die Druckdifferenz zu nehmen und was hat das dann für Folgen, wenn nur noch statischer Schub vorhanden ist.
    Und warum wiedermal diese magische Grenze Mach1 bzw warum bei Mach1 (also Abgasgeschwindigkeit) nur noch statischer Schub?
    Sorry, falls ich was falsch verstanden habe, aber diese Frage aus dem Fragenkatalog hat mir schon die ein oder andere "schlaflose Nacht" beschert in der ich mir die Zeit mit Grübeln vertrieben habe ;)
    Für mich hörte sich statischer Schub irgendwie immer an wie Schub, der keinen weiteren Vortrieb bringt oder keine weitere Beschleunigung ermöglicht oder wie auch immer
    Gruss, Nibbler
     
  10. cool

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    Die Schubdüse "entspannt" den Abgasstrom (oder auch Fan-Strom bei geteilten Düsen wie zb. 747) weiter und wandelt Druck in Geschwindigkeit um, denn wie weiter oben schon festgestellt: Massenstrom mal Geschwindigkeitsdifferenz ergibt Schub. Restdruck im Abgasstrahl verpufft ungenutzt in der Atmosphäre und lässt nur den Strahl "aufpilzen" (wie lautet der Fachbegriff dafür :?! )
    Demnach wär der Wunsch der Konstruckteure eine Schubdüse, die in jedem Leistungszustand den Restdruck vor der Düse genau auf Umgebungsdruck entspannt und so eine maximale erhöhung der Geschwindigkeit bringt.

    In der Praxis ist das aber nicht immer möglich (oder praktikabel), insofern muss man nun den Druckverlust über die Düse rausrechnen, ich bezweifle aber ernsthaft, dass dies von einem nicht-Techniker verlangt wird, damit schlagen sich üblicherweise Ingenieursanwärter rum.

    Keine Ahnung wo da der direkte Zusammenhang liegen soll. Wenn ich mir nun den "Spass" mache und das ganze als "Static Thrust" in google einhacke komme ich auf eben den Standschub/Bruttoschub der hat aber wieder erstmal wenn überhaupt nur indirekt mit der Abgasgeschwindigkeit zu tun.
    Die magische Grenze von Mach1 wär jetzt für die Bauart der Schubdüse wichtig, die herkömmliche Version (Unterschall) arbeitet nur bis Mach1, darüber wird eine Düse benötigt, die auch mit Überschallströmung zurechtkommt, da sich ab dem Punkt die gesetztmässigkeiten ändern. Wird in einer herkömmlichen Düse die kritische Geschwindigkeit erreicht (also Mach1) dann expandieren die Gase nicht weiter, sondern die Geschwindigkeit und druck bleiben gleich, aber die Düse verringert nach wie vor den Querschnitt, in dem Fall bricht der Massenstrom zusammen, man könnte auch sagen, dass die Düse "verstopft".
    In dem Fall (auch hier bezweifle ich stark, dass dies von euch abverlangt wird) würde aber der Schub des Triebwerks weder 0 sein, noch auf Standschub anwachsen.

    Ich hab das Gefühl, dass die Frage aus dem englischen/amerikanischem übersetzt wurde, und entweder was vergessen worden ist oder schlichtweg Details weggelassen wurden, ohne die keine Aussage möglich ist.

    PS: Wenn man sich die Umstandsbedingungen anschaut und theoretisch ein Triebwerk in einer Test-Cell betreibt und die Parameter so legt, dass bei gegebenem Massestrom keine weitere Geschwindigkeitszunahme mehr möglich ist, die Schubdüse also "ausreitzt" und genau auf Umgebungsdruck entspannt, so wäre der maximal erreichbare Standschub erreicht, aber das ist theoretisches geplänkel und für den ATPL eigentlcih uninteressant (aus meiner Sicht)
     
  11. #10 Taliesin, 21.11.2010
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    Eine angepasste Düse entspannt den statischen Druck im Luftstrom auf den statischen Druck der Umgebung. Das sagt noch nichts über die Totaldrücke aus.
    Totaldruck = 0,5 * rho * Geschwindigkeit² + statischer Druck
    Ich weiss nicht was du mit "Sinn" meinst, das ist einfach so. Druck mal Fläche ergibt Kraft. Kraft = Schub.
    Um eine Strömung auf Überschall zu beschleunigen braucht man eine konvergente-divergente Düse. Die ist jedoch im Nebenstrom eines Triebwerks nicht vorhanden, das heisst, dass der Nebenstrom nicht weiter beschleunigt werden kann. Wenn auch der innere Strom Mach 1 schnell ist, hat auch dieser keine Geschwindigkeitsdifferenz. Es bleibt nur der statische Schub mit Düsenfläche * Druckdifferenz.
     
  12. cool

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    Da komm ich nciht ganz mit:
    1. wird hier von einem Turbofan mit geteilter Schubdüse ausgegangen?
    2. welche Geschwindigkeit wird hier in relation zu welcher gegeben? Wo geht die Geschwindigkeitsdifferenz hin, wenn der Hot-Stream Mach 1 erreicht?
     
  13. #12 Taliesin, 21.11.2010
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    Im ersten Post steht was von Turbofantriebwerk. Ich habe Nibbler so verstanden wie als wäre mit Mach 1 gemeint, dass der innere Strom so schnell ist wie die Umgebungsluft, sonst müsste eine Temperatur gegeben sein. Das ist keine sehr realitätsnahe Angabe, wie schon bereits gesagt.
     
  14. cool

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    Deswegen hatte ich auch nach der Art der Schallgeschwindigkeit gefragt, in deienm Fall stimmt natürlich: fehlt die Differenzgeschwindigkeit von Ein- zu Austritt dann liefert das Triebwerk keinen Schub mehr, muss aber nach wie vor Arbeit verrichten (wenn auch nur zum antrieb der Komponenten, denn Schub erzeugen tut es ja nciht mehr).
    Irgendwie komisch gestellt die Frage und reichlich Variablen offen, scheinbar ist das so eine Frage/ANtwort-Kombination, die man einfach hinnehmen muss bzw. auswendig lernen :rolleyes:
     
  15. #14 Taliesin, 21.11.2010
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    Wenn es noch eine Druckdifferenz gibt erzeugt es trotzdem noch Schub.
    Druckdifferenz mal Düsenfläche ist dann immer noch Schub
     
  16. cool

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    dann wird diese ausbleiben. Da die Schubgleichung auf dem Impulssatz basiert und dieser recht simpel als Masse * Beschleunigung definiert ist, ein Triebwerk nur Luftmasse beschleunigen kann und nicht deren Masse steigern (die Kraftstoffmasse die bei der Verbrennung zugeführt mal aussen vor), bei Delta V = 0 auch die Beschleunigung null ist und demzufolge auch die Impulsgleichung 0 ist, wird kein Schub mehr produziert, egal wie einzelne Triebwerksteile isoliert betrachtet arbeiten.
     
  17. #16 Nibbler91, 21.11.2010
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    Also überschallschnelle Strömung setzt eine Konvergent - Divergente Düse vorraus. Das ist mir klar (bzw. war mir klar - hatte aber nicht mehr daran gedacht - also danke für die Erinnerung ;))
    Diese Frage hätte ich mir eigentlich sparen können :red:
    Was die Übersetzung aus dem Englischen angeht: Ich mache die Fragen in Englisch - aber wie gesagt: Ich hab den Fragenkatalog nicht hier zu Hause sondern in meiner Wohnung, in der ich so die Tage Montag bis Freitag verbringe und kann daher nicht nachschauen. Ich werd's dann die Woche nochmal raussuchen.
    Auf jedenfall schonmal bis hierher vielen Dank für die Bemühungen an euch beide.
    @cool: Was die Aussage angeht, dass ich das eigentlich nicht wissen müsste und das für den ATPL nicht relevant ist sehe ich genau so. Da stimme ich Dir zu 100% zu - keine Frage. Das man es einfach so hinnehmen sollte oder auswendig lernen muss sehe ich etwas anders. Prinzipiell hast Du recht und man muss die Hintergründe nicht verstanden haben um die Prüfung zu bestehen. Das liegt eh schon längst hinter mir. Allerdings habe ich immer versucht soviel wie möglich auf Verständnis zu lernen - bei den Dingen, bei denen ich keine Zeit zum aufwendigen recherchieren mehr hatte habe ich (in diesem Fall eben auch) die richtige Antwort hingenommen und es mir gemerkt.
    Ich habe mir vorgenommen nach der Prüfung in aller Ruhe diese "Wissenslücken" nach und nach zu schliessen, weil ich es lieber verstehen möchte anstatt es auswendig zu wissen ;).
    Tja...in dieser Phase befinde ich mich zur Zeit. Daher ist es eigentlich nur rein Interesse halber ;)
    Gruss, Nibbler
     
  18. #17 Taliesin, 21.11.2010
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    Der Impulssatz bilanziert Kräfte auf einen Punkt oder Kontrollvolumen. Wie bereits gezeigt, ist Druck * Fläche eine Kraft, die mit bilanziert werden muss und Schub erzeugt.

    Wenn ich den Totaldruck einer Strömung steigere und sie aufzuheize, kann ich sie trotzdem mit gleicher Geschwindigkeit wieder in die Atmosphäre entlassen. Dann ist immer noch der Totaldruck und der statische Druck höher als am Eingang und ich habe immer noch Schub
     
  19. cool

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    Moin :)
    Also vorneweg muss ich zugeben, dass ich eher praktisch veranlagt bin und mir solche Sachen eher in Eigenregie "aneigne", deswegen kann es durchaus sein, dass mir einzelne Aspekte nicht automatisch als schlüssig erscheinen, aber ich hab nach wie vor nen Knoten dabei im Kopf:
    Das Druck * Fläche = Kraft darstellt ist soweit klar, das mit der Energiezufuhr durch Wärme ist auch klar (und event. auch die dadurch entstandene Drucksteigerung, was in einem Triebwerk aber ausser im Einlass/Kompressor/Diffusorkanal nicht stattfindet, weil es sich ja um eine Isobare Verbrennung handelt).
    Wenn ich mir das ganze nun als Röhre vorstelle, in der eine Seite offen ist und in der sich ein Überdruck nach aussen hin befindet, dann versucht sich der Inhalt mit der Umgebung auszugleichen, dabei muss aber das Medium aus der Röhre nach aussen fliessen. Limitiere ich das ganze in dem ich sage: es darf dabei zu keiner Geschwindigkeitsänderung kommen, dann kann ich den Druckunterschied doch auch nciht Schubeffektiv nutzen. Die Wärme heizt lediglich die Atmosphäre und der Druck im Abgasstrahl lässt diesen aufpilzen, Schub bleibt bei null.
    Man könnte das auch mit einer vorgespannten Waffe vegleichen: der Verschluss ist mittels einer Feder vorgespannt: isoliert betrachtet, übt die Feder eine Kraft auf die verriegelung (oder was auch immer) aus, solange diese aber nicht betätigt wird, passiert garnichts.
    Wird entriegelt und dieser Verschluss setzt sich in Bewegung, in dem Moment wird eine Masse beschleunigt und eine Schubkraft freigesetzt, die ich auch spüren kann, habe ich die Waffe in der Hand. Verbiete ich (wie auch immer) dem Verschluss eine Geschwindigekitsänderung, dann ist es egal wie stark die Feder ist oder wie hoch die Masse (Temperatur sowieso) des Verschlusses ist und letztendlich auch wie viel Energie in der Feder gespeichert ist, das System produziert als Ganzes betrachtet keinerlei Schub.

    Gut das wir vernünftig darüber diskutieren können, ich kenne Foren, da wären schon lange die Fetzen geflogen :TOP:

    Absolut :TOP:, wer aufhört besser zu werden, hat aufgehört gut zu sein (Philip Rosenthal, Unternehmer, *1916).
    Insofern kann ich das gut nachvollziehen, ich meinte damit auch nicht, dass du aufhören sollst sowas zu hinterfragen, sondern dass ich eher den Hintergrundgedanken des Fragenden einschätzen wollte, sprich wie ins Detail geht er, ect.
     
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  21. #19 Taliesin, 22.11.2010
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    Die Analogie mit der Pistole hinkt, weil kein Sicherungsstift die Wirkung des Drucks blockiert.
    Du siehst nicht, wie der Druck wirken kann, weil du auf die Geschwindigkeit fixiert bist, aber das ganze ist ein stationärer Prozess und der Druck liegt immer an und kümmert sich nicht um die Austrittsgeschwindigkeit. Stromaufwärts liegt sogar noch höherer Druck an.
    Ich habe mal mein LAT Skript eingescant für die Herleitung der Schubgleichung.
     

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  22. #20 Taliesin, 22.11.2010
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    Die letzte Schubgleichung kann noch so vereinfacht werden, dass A1(p1-p0) raus fällt. Schub ist dann:
    F = (m1 + mb)c9 +A9(p9-p0) - m1 * c0
    Den positiven Teil nennt man Gross Thrust, den negativen Teil nennt man Momentum Drag.
     

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