Luftfahrtantriebe I
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
Kartei Details
| Karten | 41 |
|---|---|
| Lernende | 51 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 02.08.2014 / 04.08.2024 |
| Weblink |
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Wieso geht die zur Verfügung stehende Nutzarbeit in einem ETL bei Tt4 = konst für sehr hohe Druckverhältnisse pt3/p0 auf Null zurück ?
- wenn Verdichterarbeit gesteigert werden muss muss mehr Arbeit durch die Turbine aufgebracht werden
--> weniger für Schub übrig
Geben Sie die Änderung der Totalenthalpie von der Ebene 0 bis 2 im Einlauf eines TL-TW bei einer Flugmachzahl von
0.5 an.
VL. Kap. 4 S. 4
--> Änderung = 0
Warum muss ein Überschalleinlauf regelbar sein ?
Welche Regelmöglichkeiten kennen Sie ?
Warum:
- umso höher die Ma-Zahl, desto höher die Einlaufverluste (ab Ma=1,3 nicht mehr vertretbar)
--> wenn regelbar dann können Totaldruckverluste gering gehalten werden
Was tun:
- verstellbare Rampen und Kegel
- Lufteinblas- und Ausblasklappen
- Grenzschichtabsaugung
Erklären Sie das Phänomen „Einlaufbrummen“.
VL. Kap. 4 S. 14
- tritt bei stakr unterkritischem Einlauf auf (zu kleine Verdichterdrehzahl --> passt nicht zu Volumenstrom am Eintritt des Überschalleinlaufs)
- senkrechter Verdichtungsstoß wandert weit vor den Einlauf aber findet dort keine feste Position sondern schwingt
- Regelungsmöglichkeit:
- Änderung der Verdichterdrehzahl
- Änderung der Einlaufgeometrie
- Abblasklappen
Geben Sie die ungefähre untere Flug- Machzahl an, für die eine Einlaufregelung evtl. noch vermieden werden kann ?
VL. Kap. 4 S. 9
Für Ma<1,3 wird keine Regelung benötigt.
Warum benötigt ein mehrstufiger Hochleistungsverdichter Verstell- Leitreihen und Abblaseventile ? Was bewirken
diese beiden Eingriffsmöglichkeiten ?
Warum:
- Problematisch ist Betrieb mit geringer Verdichterdrehzahl, z.B. beim Anfahren
- vordere Verdichterstofen werden mit zu geringer Axialgeschwindigkeit beaufschlagt
--> Fehlanströmung (Inzidenz) der Schaufel
--> Ablösung
--> zu geringer Druckaufbau an den hinteren Stufen
--> zu geringe Verzögerung der Strömung (führt ebenfalls zur Fehlanströmung)
Was tun:
- Leitschaufelverstellung (Entlastung der vorderen Stufen durch Änderung der Anströmrichtung)
- Abblasen (Entlastung der vorderen Stufen durch Erhöhung des Einlaufmassenstromes --> Erhöhter Druckaufbau)
Skizzieren Sie das Schema einer Rohrbrennkammer. Welche anderen Brennkammertypen kennen Sie ?
Rohr-BK:
- ältester Typ
- seperate Brennräume
- heute keine Anwendung mehr:
- hohes Gewicht
- großes Volumen
- ungünstige T-Verteilung über den Umfang
Ring-BK:
- moderner Typ
- Nachteil:
- Festigkeitsprobleme durch Wärmedehnung
- Vorteile:
- kompakte Bauweise
- einfache Konstruktion
- geringe Verluste
- gleichmäßige T- und p-Verteilung über Umfang
Erläutern Sie die physikalische Bedeutung der beiden Kennwerte OTDF und RTDF.
OTDF:
- lokal höchste Temperatur an Turbineneintritt
- Gesamt-T-Verteilung an Turbineneintritt
- Entscheidend für Statorintegrität
RTDF:
- radiale T-Verteilung an Turbineneintritt
- Entscheidend für Rotorintegrität
Erläutern Sie die physikalische Bedeutung der dimensionslosen Schaufelkühlparameter ε, m* und ηc.
Worin besteht der Wert der Funktion ε = f( m*, ηc ) ?
epsilon:
- Kühleffektivität
- Wie gut wird Material gekühlt?
eta-c:
- Kühlwirkungsgrad
- Wie effektiv wird die verfügbare Kühlluft genutzt?
m*:
- Wieviel Kühlluft wird für bestimmte Temperatur benötigt?
Welche Methoden der Schaufelkühlung kennen Sie, um den Wärmestrom vom Heissgas in die Schaufelwand deutlich zu verringern ?
1.) innere Kühlung
- z.B. Konvektions- oder Prallkühlung
- T=1300...1600K
2.) äußere Kühlung
- z.B. Film-/ Transpirations-/ Effusionskühlung
- T>1600K
- mit zusätzlicher Oberflächenbeschichtung aus Keramik
Wie wird der Axialschub von Verdichter und Turbine bei einem Triebwerk in die Aufhängung gelenkt ?
( Skizze )
- massive Gussteillager im vorderen und hintern Bereich des TW (Frontframe/Turbinframe)
Ein TL- TW wird im AP betrieben. Es soll der Nachbrenner gezündet werden. Muß die Schubdüse verstellt werden ?
Begründung
Ja, weil Schubdüse geöffnet werden muss um den Druck zu senken um den Druckgradienten anzupassen.
- NB an (A8=konstant --> P-total-8/p-total-5=konstant
- T-total-7/p-total-7 steigen
- Turbinenarbeit sinkt
- Verdichterarbeit sinkt
- T-total am Verdichter sinkt
- Drehzahl sinkt
--> wenn A8 erhöht wird --> p-total-8 und p-total-5 sinken --> Turbinenarbeit bleibt konstant
Skizzieren Sie den Verlauf des totalen und des statischen Drucks über eine Verdichterstufe / Turbinenstufe.
- Totalgrößen können nur über Rotoren verändert werden
Axialverdichter:
- Totaldruckerhöhung über Rotor durch E-Zufuhr
- statischer Druck steigt bei Stator und Rotor durch Verzögerung der Strömung
Axialturbine:
- Totaldruckerabfall über Rotor durch E-Abgabe
- statischer Druck sinkt bei Stator und Rotor durch Berschleunigung der Strömung
Erläutern Sie den physikalischen Unterschied zwischen dem polytropen und dem isentropen Wirkungsgrad am
Beispiel Verdichter.
delta-His --> ideale Prozess
delta-Hp --> reale Prozess
d-His --> infinitisimal kleines isentropes Stück des idealen Prozesses
d-Hp --> realer Prozess
Erläutern Sie den physikalischen Unterschied zwischen dem polytropen und dem isentropen Wirkungsgrad am
Beispiel Turbine.
delta-His --> ideale Prozess
delta-Hp --> reale Prozess
d-His --> infinitisimal kleines isentropes Stück des idealen Prozesses
d-Hp --> realer Prozess
Was unterscheidet PTL-, ZTL- und ETL- Triebwerke ?
PTL --> Propeller-Turbinenluftstrahltriebwerk
ZTL --> Zweistrom-Turbinenluftstrahltriebwerk
ETL --> Einstrom-Turbinenluftstrahltriebwerk
Welche grundlegenden Gemeinsamkeiten weisen diese Bauformen auf ?
Gemeinsamkeiten:
- Turbinenluftstrahltriebwerke
- im Kerntriebwerk ist eine Turbomaschine
- luftatmend
Unterschiede:
- PTL: ähnelt Nutzleistungsgasturbine da ca. 90% der Leistungsaufnahme in der Turbine für den Propeller zur Verfügung gestellt wird
- ZTL:
- hohe Schubkraft durch großen Massenstrom
- Großteil des Massenstroms im Bypass
- Lärmreduzierung durch langsam durchströmten Bypass
- größerer Bauaufwand durch mehrwellige Ausführung
- vorwiegend zivile Nutzung
- ETL:
- geringerer Massenstrom
- angesaugter Massenstrom = Kernmassenstrom
- geringerer Bauaufwand
- Schuberhöhung durch Nachbrenner möglich
- vorwiegend militärische Nutzung
Beschreiben Sie die Schubentstehung im ETL.
Schubkraft = Differenz von Ein- zu Austrittsimpuls
- E-Zufuhr am Verdichter
- Totaldrucksteigerung durch Verdichterarbeit
- E-Zufuhr durch Massenstromerhöhung in Brennkammer
- Totaltemperatursteigerung durch Verbrennung
--> Änderung des Impulsstromes zwischen Ein- und Austritt
--> Solang Eintritts-I > Austritts-I --> positiver Schub
Warum ist die Turbomaschine für grosse Leistungen dem Kolbenmotor als Flugantrieb auch für die
Propelleranwendung überlegen ?
- höhere Leistungsdichte der Turbomaschine (durch große Massenströme)
- kontinuierliche Arbeitsweise
- bei Kolbenmotor ist Luftzufuhr durch Ventilquerschnitt begrenzt
Welchen Grund vermuten Sie, dass die Turbomaschine für kleine Leistungen ( < 150 kW ) als Flugantrieb nicht zum
Einsatz kommt ?
- TM ist wesentlich komplexer
--> teurer
--> höherer Bauaufwand
--> hohe Unterhaltungskosten
--> höherer Wartungsaufwand
Was verstehen Sie unter thermischen Blockieren ?
- Q-Zufuhr bei Strömungen mit konstantem Querschnitt lässt bei gegebenem Ma1 (Eintritt) Ma2 maximal gegen 1 gehen
- wenn Ma=1 --> keine Q-Zufuhr mehr möglich
- bei weitere Q-Zufuhr wird Geschwindigkeit im Unterschall reduziert und im Überschall erhöht
--> Rückwirkung auf Eintritt --> thermisches Blockieren
--> Q-Zufuhr ist begrenzt durch maximale Totaltemperatur und Massenstromdichte bei Ma=1
Wie entwickelt sich die Machzahl in einer Unterschallströmung mit festem Querschnitt bei Wärmezufuhr ?
Begründen Sie Ihre Antwort.
- v erhöht sich auf maximal Ma=1 (begrenzt durch thermisches Blockieren)
- Grund:
- Q-Zufuhr bzw. T-Erhöhung wirkt wie Querschnittsreduzierung
- Gasvolumen steigt an
- Gasdichte steigt
- bei Massenstrom = konstant --> v steigt
Was geschieht mit dem Totaldruck in einer Unterschallströmung mit festem Querschnitt bei Wärmezufuhr ?
Begründen Sie Ihre Antwort.
- Totaldruck sinkt
Grund:
- höhere Strömungsverluste durch Beschleunigen
- höhere Totaldruckverluste durch erhöhte Teilchenbewegung --> Reibung
- durch Q-Zufuhr steigt die Entropie s
--> Verringerung des effektiven Querschnitts
Warum sind für eine Gasströmung bei gegebenen Totalzuständen für jeden gegebenen Querschnitt zwei Machzahlen
physikalisch möglich ?
1.) Unterschall mit hoher Dichte und niedriger Geschwindigkeit
2.) Überschall mit niedriger Dichte und hoher Geschwindigkeit
Warum wird bei einem konvergent - divergenten Kanalverlauf bei genügend geringem Gegendruck im engsten
Querschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht ?
Drücken Sie den Massenstrom in diesem Querschnitt für diesen Fall mit Hilfe von A* und den Totalzuständen aus.
Konvergent:
- Unterschallströmung beschleunigt
- Ma=1 kann erreicht werden
- Ma=1 ist nur im engsten Querschnitt stabil
Divergent:
- Unterschallströmung verzögert
- Überschallströmung beschleunigt
- hier kann nicht Ma=1 erreicht werden
Massenstrom: Km= (m-Strom*Wurzel(T))/A*p --> m-Strom=(p*A*Km)/Wurzel(T)
Was verstehen Sie unter einem senkrechten Verdichtungsstoß ?
Allgemein:
- Verdichtungsstöße --> gasdynamisches Phänomen
- führen zu diskontinuierlicher Zustandsänderung
- senkrechter VS geht mit E-Dissipation in unendlich kurzer Zeit einher
- ist im Regelfall mit einer Verzögerung der Strömung von Ma>1 auf Ma<1 verbunden
- hohe Totaldruckverluste bei gleichzeitiger Erhaltung der Totaltemperatur
--> Entropieerhöhung --> Anstieg der stat. Größen (Druck, Dichte, Temperatur)
Was geschieht mit den Totalgrößen Tt und pt über einen Verdichtungsstoß ?
T-total: bleibt konstant da diskontinuierliche Zustandsänderung
p-total: sinkt stark
Wodurch wird die Energie zwischen Fluid und rotierendem Strömungskanal nach der Eulerschen
Turbomaschinengleichung übertragen ?
An der E-Übertragung in TM sind nur die umfangskomponenten der Geschwindigkeit beteiligt.
Warum liegt das Optimum für den Stufenwirkungsgrad bei relativ niedrigen Belastungskoeffizienten ?
- gesteigerte Umlenkung steigert die aerodynamische Belastung der Schaufeln
--> Strömungsablösung --> Strömungsverluste steigen --> Wirkungsgrad sinkt
Warum werden Turbomaschinenstufen nicht immer in diesem Optimum ausgelegt ?
- Gefahr der Strömungsablösung und Überschreitung der Stabilitätsgrenzen
- die variablen Betriebspunkte im "Leben" der TM; z.B. hoch oder runter fahren
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