Strahltriebwerke

Fragen zur VL von prof Vogeler an der TU Dresden

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D. A.

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D. A.

Über diese Lernkartei

Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Funktionsweise und Optimierung von Strahltriebwerken, mit Fokus auf Strömung, Temperatur, Schaufeldesign und Verbrennungsprozesse. Sie decken Themen wie Wirkungsgrad, Turbinentechnologie, Kühlsysteme und Brennkammerdesign ab, einschließlich der Berechnung von Leistung und Druckverhältnissen. Ideal für Ingenieure und Studierende, die sich mit der Effizienzsteigerung und thermischen Belastung von Triebwerken auseinandersetzen.

Karten

Lernende

Sprache

Deutsch

Kategorie

Technik

Stufe

Universität

Erstellt / Aktualisiert

08.02.2020 / 24.09.2025

Ähnliche Karteien

Was verstehen Sie unter dem Äquivalenzverhältnis? + 3 Diagramme

Massenverhältnis Luft zu Brennstoff

Jeweils parabeln bei C unten offen, bei p und Tt3 oben offen

Erklären Sie bei Unterschallverbrennung den Begriff thermisches Blockieren.

Warum muss dieses Phänomen vermieden werden.

Wenn Geschindigkeit auf M=1 steigt weil Delta T zu groß sperrt die BK

Rückwirkung auf BK Eintritt --> Druck steigt an somit Pt3 vorgegeben und nicht durch Verdichter bestimmt

In welcher Form können die meisten konvektiven W.rmeübergangsvorg.nge als Korrelation

angegeben werden?

d_T*Wärmeleitwert

Wie lautet die Definition der Nu- Zahl? Welchen physikalischen Zusammenhang beschreibt sie?

Beschreibt Zusammenhang bzw. Verlgiech Wärmeübergang in Fluid mit Wärmeleitfähigkeit

Nu=alpah*L/lambda mit alpha=WÜ Koeffizient, L=char Länge, lambda =Wärmeleitfähigkeit des Fluids

oder Nu=0,664*Re^1/2*Pr^1/3

je höher Nu, desto effektiver die Kühlung bei gegebenem FLuid,

Ähnlichkeitskennzahl

Warum werden bei hohen Gastemperaturen die Turbinenschaufeln mit einem großen Radius für die

Eintrittskanten ausgelegt?

Weil stark thermisch belastet--> Kühlkanal braucht Platz und und Wärmeübergang besser bei großer Fläche

Erläutern Sie die folgende Gleichung für gekühlte Axilturbinenschaufeln

epsilon=(m* * eta_c)/(1+m* * eta_c)

+ def der Paramter

epsilon= Kühleffektivität, m* = Kühlluftmassenstrom, eta_c=Kühlluftwirkungsgrad

epsilon=(T_HG-T_m)/(T_HG-T_Kl1), d_T notwendig ohne Film/dT_max

m*=m_kL*cp_KL/(alpa*A)=T_HG-T_m/dT_KL, Wäremkapazität/gek. Fläche

eta_c=dT_KL/T_m-T_KL1 entspricht q_ab/q_max --> m* * eta_c = Wirkungsgrad d WÜ/max mögliche Kühlung

Welche Technologien kennen Sie, um bei hohen Gastemperaturen den Wärmestrom aus dem Heißgas

in die Schaufelwand zu begrenzen?

TBC und Filmkühlung

(+ Effektive Kanalkühlung)

Nennen und beschreiben Sie die Technologien, um ein effektives konvektives Kühlsystem zu

verwirklichen.

eta_c möglichst hoch --> =dT_KL/dT_m zu KL1 --> möglicht kalte Kühlluft (Achtung Wärmespannungen) und möglicht viel Wärme in Kühlluft aufnehmen /T_KL2 hoch)

dort Kühlen wo sinnvoll, nicht zu viel Überdruck, effizient leiten

Instrumente: Prallkühlung (beste alpha, gezielt), Turbulenzgeneratoren zum durchmischen, Multi Passage, komplexe Innengeometrien

Wie ändert sich die Strömung und der W.rmeübergang in einem rechteckigen Kanal, wenn die

Seitenwände innen einmal mit zur Strömung senkrechten Rippen und ein anderes mal mit zur

Strömung schräg angeordneten Rippen versehen werden?

Erläutern Sie Ihre Antwort mit einer Skizze.

Rippen verwirbeln Strömung, Anordnung beeinflusst Wirbelrichtung und Anzahl

generell Durch Wirbel an Berührungspunkten besserer WÜ und Strömung mal schneller mal langsamer --> gezielte WÜ Punkte

senkrecht: größere Grenzschicht, Wirbel entlang Strömung

schräg: 2 Wirbel, engegengesetzte Drehung

V: 4 Wirbel drehen nach innen (V in Richtung d Strömung) oder außen (V gegen Strömungsrichtung)

Richtung folgt schräge der Wand

Erläutern Sie die Funktionsweise der Filmkühlung.

Worauf ist zu achten?

Ausströhmende Luft kühlt Schaufeloberseite, da kein HG zu Material vordingt

Löcher groß genug (Zusetzen) und nah genug beieinander, passender Druck

Erklären Sie, warum mit dem Einsatz von Filmkühlung Kühlwirkungsgrade größer als 1 erreicht

werden können.

Def d. Gleichung --> Schaufel sieht HG Temperatur nicht --> dT_KL>T_m-T_KL1

eta_c=dT_KL/T_m-T_KL1

bzw Formel nur für konvektive Kühlung ausgelegt

Erklären Sie, warum mit dem Einsatz einer Wärmedämmschicht Kühlwirkungsgrade größer als 1

erreicht werden können.

TBC hat extrem schlechten WÜ--> Tm geht aber von Kernmaterial in Kühllungsgleichung ein

Erläutern Sie den Aufbau und die Funktion von Wärmedämmschichten.

Geben Sie Vor- und Nachteile an.

Dünne Schicht aus temperaturbeständigem aber spröden Material mit sehr schlechter WL--> Schaufel nimmt belastungen auf, TBC Wärme

Vorteile: tiefere Metalltemperaturen, geringerer Kühlluftbedarf, eringere Wärmespannungen

Nachteile: teuer, aufwändig, kann abnutzen--> sofort Totalschaden

Was sagt die Bio Zahl aus? Wie ist sie definiert?

Bi=alpha_HG*s_w/lambda_w

ähnlich zu Nusselt Zahl, vergleicht Temperaturunterschiede in Festkörper mit der in der Grenzschicht--> zeigt auf wo Verbesserung der Wärmeabfuhr sinnvoll ist

Bi>1 mehr d_t in Metall als in Grenzschicht

Wie erfolgt überschl.gig die Abschätzung des notwendigen Kühlluftbedarfs für eine GT- Schaufel zu

Beginn des Entwurfs?

Technologiegrad, Pos d Schaufel in Turbine, Material d Schaufeln, Einstufung / Vergleich mit bek Maschinen (zb Tt4 eher hoch der niedrig)

Aus Leistungsrechnung ergibt sich TT4 und Kühllufttemperaturen (T_KL1) bie passenden Drücken --> epsilon=(T_HG-T_m)/(T_HG-T_KL1) --> m*=epsilon/()eta_c(1-epsilon) mit eta_c aus Technologiestand--> m_KL=m**alpa*A/cp_L

Welchen Einfluss hat die reihenweise eingemischte Kühlluft auf stromab liegenden Turbinenstufen?

erhöhung des Massenstroms aber Abkühlung --> a ca konst

beta ändert sich --> cp anders

Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen der gewünschten Leistung einer Turbinenstufe und dem

Geschwindigkeitsdreieck, welches in der Lage ist, dieses herzustellen.

Wie ermitteln Sie das notwendige Druckgefälle für die Turbine?

a=u2*cu2-u1*cu1 --> An- und Abströmwinkel der Schaufel

d_p aus a=cp*T1*(pt3/pt2)^(R/cp+eta)-1)^(kappa/kappa-1)

Zeichnen Sie die typischen Geschwindigkeitsdreiecke für eine Turbinenlaufschaufel.

Wie bekommen Sie einen ersten Eindruck, wie Lauf- und Leitschaufel aussehen könnten?

größere Umlenkung als bei Verdichter

An und Abströmwinkel = w --> dicke Schaufel wegen WL und Kühlkanälen

Rothalphie

Erhaltungsgröße im Laufrad, konstant entlang Stromlinie wenn Wandeinflüsse vernachlässigbar

h_rot=h_t-u*c_u

= Totalenthalphie verringert um Bewegungsenergie des Absolutsystems

ähnlich Enthalpie aber im Relativsystem

Brennkammer:

Primärzone, Sekundärzone, Mischzone

Primärzone: Verbrennung annähernd stöchiometrisch, Stabilisierte Flamme im Rückstömgebiet, Brennstoffausbreitung

Sekundärzone: Luft zur Nachverbrennung, Absenkung der Temperatur

Mischzone: größte Teil der Luft eingeleitet, Temperaturabsemkung

Was ist die Aufgabe des Sekundärlustsystems? Wie ist es aufgabaut?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Versorgung der Maschinenkomponenten mit Sperr- und Kühlluft . Aufbau= Abzapfstellen an passenden (Druck) Punkten und Leitungen zu Bestimmungsort

Welche Grundelemente Des SES sind bekannt?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Rohr, Schlitz, Dichtung (Labyrinth), Wellenabdeckung, Seitenwandraum

Wie kann im SES Arbeit der Strömung hinzugefügt/ ihr entzogen werden + Beispiel?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Änderung der Umfangskomponente, Schleppwirkiung durch Grenzschicht, Erwärmung der Luft z.B. Nach innen führende Absaugung

Skizzieren Sie die Möglichkeit, durch skalieren aus einer Gasturbinenanlage mit einer Drehzahl von

50Hz- eine 60Hz- Maschine abzuleiten? Was sind die Konsequenzen?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Änderung der Drehzahl auf 60 Hz--> Ähnlichkeit soll erhalten bleiben --> Verkleinerung im Maßstab:n/n0=l0/l=Wurzel(p/p0)

Welche Auslegungsgrößen bleiben erhalten?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

An^2, Drehzahl und Geometrie bleiben im Verhältnis gleich

BK bleibt kosntant

Auf Bauraum, engste Querschnitte und Wandstärken achtn

Welche Größe muss man sich unbedingt noch einmal ansehen nach dem Skalieren?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Wandstärken wegen Wärmeübergang und Hinterkanten + Bolzen, Dichtungen Wirkungsgrad

Warum haben große Turbomaschinen etwas bessere Wirkungsgrade und etwas mehr spez. Leistung als

skalierte kleine?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Weil Spalte und Toleranzen (Rauhigkeiten) oft absolut bleiben d.h. verhältnismäßig kleiner + weniger Wandfläche

Wie verhalten sich die Wärmeübergänge bei der Skalierung?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Temperaturen bleiben weitgehend gleich d.h. Wärmeübergang muss bei kleinster (geplanten) Anlage noch möglich sein

Re Zahlen ändern sich --> Nu Zahlen auch da Rest konstant --> Wü ändert sich

Was ist die Grundlage des AN2- Kriteriums und wie ist es anzuwenden?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

AN2 Kriterium ist an der am Stärksten durch Zug belasteten Schaufel/Stufe zu vergleichen --> gutes Vergleichkriterium ist proportional zu Spanung aber nicht gleich da mit A0*N0^2 gebildet-> uabhängig von tats Geometrie

Erläutern Sie den Begriff Heat Rate.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

= 1/eta_th == eingesetzte Energie / Leistung

Welche Komponentengruppe kann bei einer ZTL Familie skaliert oder fast gleich gehalten werden?

Warum?

Kern TW--> Strömung bleibt gleich (ähnlich) kein großer Ingenierusaufwand nötig aber durch kleine Anpassungen Leistungsänderung möglich (Fan/ Booster)

Worauf ist von Beginn der Entwicklung einer solchen ZTL- Familie zu achten?

Familiengedanke, Flugzeug/ Kraftwerk, Einsetzbarkeit/machbarkeit an größer bzw. kleinster Maschine beachten

Welche Kräfte wirken neben dem Schub auf das Flugzeug:

beim Start

beim Steigen

beim Gradeausflug

beim Start: Rollreibung, Trägheit, Wind/ Luftwiderstand beim Steigen Gravitation, Widerstand, Trägheit, Druckunterschied beim Gradeausflug: Widerstand, Winde

Welche Parameter beeinflussen die Startstrecke?

Gewicht, Umgebungstemperatur/ Druck, Feuchtigkeit, Schub, Polare

Was beeinflusst den Widerstand des Flugzeugs?

Polare, Anstellwinkel --> Flughöhe/Luftdichte

Was geht jeder Neuentwicklung in der Triebwerksindustrie voraus?

Marktanalyse, Wettbewerbsvergleich, Familiengedanke

In welche Phasen kann ein solches Entwicklungsprojekt eingeteilt werden?

0Technologiedefinition, -aquisition 1Machbarkeitsstudien / Konzepte 2 Konzeptausarbeitung und Detailliertes Design 3 Produktentwicklung 4 Herstellung und Vertrieb 5 After Market / Service 6Entsorgung

Was sind die treibenden technischen Parameter bei einem Triebwerksneuentwurf?

Kompressionsverhältnis, Tt4 erhöhren --> Materialien (Temperatur), im Endeffekt Effiezienz, eta_$

Was verstehen Sie unter der Projektspezifikation (Pflichtenheft)?

Wie kommt sie zustande?

Aufzählung alle Produktspezifikationen die zu erfüllen sind. Entsteht durch Marktanalyse, Stand der Technik, Forschungsziele und Kundenwünsche

Skizzieren Sie die Festlegung des Auslegungspunktes für eine Triebwerksentwicklung

Auslegungspunkt abh. von Mission (Langstrecke, Kurzstrecke, militärisch)--> Def von Bedingungen und Leistungen sowie Effizenzanfprderungen

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Was sagt die Bio Zahl aus? Wie ist sie definiert?

Bi=alpha_HG*s_w/lambda_w

ähnlich zu Nusselt Zahl, vergleicht Temperaturunterschiede in Festkörper mit der in der Grenzschicht--> zeigt auf wo Verbesserung der Wärmeabfuhr sinnvoll ist

Bi>1 mehr d_t in Metall als in Grenzschicht

Wie erfolgt überschl.gig die Abschätzung des notwendigen Kühlluftbedarfs für eine GT- Schaufel zu

Beginn des Entwurfs?

Technologiegrad, Pos d Schaufel in Turbine, Material d Schaufeln, Einstufung / Vergleich mit bek Maschinen (zb Tt4 eher hoch der niedrig)

Welchen Einfluss hat die reihenweise eingemischte Kühlluft auf stromab liegenden Turbinenstufen?

erhöhung des Massenstroms aber Abkühlung --> a ca konst

beta ändert sich --> cp anders

Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen der gewünschten Leistung einer Turbinenstufe und dem

Geschwindigkeitsdreieck, welches in der Lage ist, dieses herzustellen.

Wie ermitteln Sie das notwendige Druckgefälle für die Turbine?

a=u2*cu2-u1*cu1 --> An- und Abströmwinkel der Schaufel

d_p aus a=cp*T1*(pt3/pt2)^(R/cp+eta)-1)^(kappa/kappa-1)

Zeichnen Sie die typischen Geschwindigkeitsdreiecke für eine Turbinenlaufschaufel.

Wie bekommen Sie einen ersten Eindruck, wie Lauf- und Leitschaufel aussehen könnten?

größere Umlenkung als bei Verdichter

An und Abströmwinkel = w --> dicke Schaufel wegen WL und Kühlkanälen

Rothalphie

Erhaltungsgröße im Laufrad, konstant entlang Stromlinie wenn Wandeinflüsse vernachlässigbar

h_rot=h_t-u*c_u

= Totalenthalphie verringert um Bewegungsenergie des Absolutsystems

ähnlich Enthalpie aber im Relativsystem

Brennkammer:

Primärzone, Sekundärzone, Mischzone

Primärzone: Verbrennung annähernd stöchiometrisch, Stabilisierte Flamme im Rückstömgebiet, Brennstoffausbreitung

Sekundärzone: Luft zur Nachverbrennung, Absenkung der Temperatur

Mischzone: größte Teil der Luft eingeleitet, Temperaturabsemkung

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