Wie funktioniert ein Turbojet-Triebwerk?

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Ein Turbostrahltriebwerk ist eine Art Verbrennungsmotor, der häufig zum Antrieb von Flugzeugen verwendet wird. Luft wird über den Einlass in den rotierenden Kompressor gesaugt und auf einen höheren Druck komprimiert, bevor sie in die Brennkammer eintritt. Brennstoff wird mit der komprimierten Luft vermischt und durch eine kleine Flamme im Wirbel eines Flammenhalters gezündet.

Diese Verbrennungstechnik erhöht die Temperatur des Gases erheblich. Heiße Verbrennungschemikalien, die die Brennkammer verlassen, expandieren durch die Turbine, wo Energie gezogen wird, um den Kompressor zu betreiben. Obwohl dieser Expansionsprozess sowohl die Gastemperatur als auch den Druck am Austritt aus der Turbine reduziert, liegen beide Variablen zum größten Teil immer noch deutlich über den Umgebungsbedingungen. Der aus der Turbine austretende Gasstrom dehnt sich durch die Treibdüse auf Umgebungsdruck aus und verursacht einen Hochgeschwindigkeitsstrahl in der Abgasfahne. Wenn also die Strahlgeschwindigkeit die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs übersteigt, erzeugt dies erstaunlicherweise einen Vorwärtsschub.

Unter normalen Umständen verhindert die Pumpwirkung des Kompressors jegliche Rückströmung, dies unterstützt freundlicherweise die Strömung des Strahltriebwerks. Sie können das gesamte Verfahren mit einem Viertaktzyklus vergleichen, bei dem jedoch Ansaugen, Verdichten, Zünden, Expandieren und Auslassen gleichzeitig stattfinden. Der Wirkungsgrad eines Strahltriebwerks hängt stark vom Druckverhältnis (Brennkammereintrittsdruck/Ansaugförderdruck) und der Turbineneintrittstemperatur des Zyklus ab.

Es ist vielleicht auch aufschlussreich, Strahltriebwerke mit Propellertriebwerken zu vergleichen. Turbojet-Triebwerke nehmen eine ziemlich kleine Luftmasse auf und beschleunigen sie um einen großen Betrag, während ein Propeller eine große Luftmasse aufnimmt und sie um einen kleinen Betrag beschleunigt.

Bei großer Geschwindigkeit macht der Auspuff eines Strahltriebwerks es bei hohen Geschwindigkeiten (insbesondere Überschallgeschwindigkeiten) und großen Höhen effizient.

Bei Flugzeugen, die langsamer fahren und eine kürzere Reichweite haben, ist ein Propellermotor mit Gasturbinenantrieb, allgemein bekannt als Turboprop, weitaus häufiger und auch effizienter. Besonders kleine Flugzeuge verwenden hauptsächlich herkömmliche Kolbenmotoren, um einen Propeller anzutreiben, aber kleine Turboprops werden mit der Verbesserung der Technologie immer kleiner.

Der oben erwähnte Turbojet ist ein Single-Spool-Design, bei dem eine einzelne Welle den Kompressor mit der Turbine verbindet. Konstruktionen mit höherem Gesamtdruckverhältnis haben oft zwei konzentrische Wellen, um im Wesentlichen die Stabilität des Kompressors während der Motordrosselbewegungen zu verbessern.

Im Grunde ist es die äußere Welle, die das Turbinentriebwerk mit dem Hochdruckkompressor verbindet. Die Brennkammer bildet zusammen mit der Hochdruckverdichterspule den Kern oder Gasgenerator des Triebwerks. Wir dürfen nicht vergessen, dass die innere Welle den Niederdruckkompressor mit der LP-Turbine verbindet, um die LP-Spule zu erzeugen. Beide Spulen können frei mit ihrer optimalen Wellengeschwindigkeit arbeiten.