Turboflugtriebwerke Fragenkatalog
Fragenkatalog zum Fach Turboflugtriebwerke
Fragenkatalog zum Fach Turboflugtriebwerke
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 66 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 13.08.2016 / 01.04.2021 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/turboflugtriebwerke_fragenkatalog
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| Intégrer |
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52) Welche Effekte dominieren das instationäre Betriebsverhalten von Flugtriebwerken?
- Wärmeaufnahme oder -abgabe in den Bauteilen
- Massenträgheitsmoments des Rotors
53) Was versteht man im instationären Betrieb unter der Überschussleistung an der Welle? Was ist die Folge der Überschussleistung?
- Bei einer Beschleunigung wird quasi instantan Energie in der Brennkammer freigesetzt
- Dies führt zu einem Ungleichgewicht in der Welle. Die Turbine gibt mehr Leistung ab als der Verdichter benötigt.
- Diese Leistungsdifferenz bezeichnet man als Überschussleistung.
- Diese führt zur Drehzahländerung der Welle
54) Zeichnen Sie die Betriebslinien für eine Drehzahlerhöhung und eine Drehzahlreduzierung in das Verdichterkennfeld eines Einwellen-Einstrom-Turboluftstrahltriebwerks. Bezeichnen Sie die Achsen und Linien.
55) Wie könnte man die notwendige Zeit für eine Drehzahlerhöhung verringern?
- Das Trägheitsmoment des Rotors verringern, d.h. die Masse des Rotors verringern und/oder den Trägheitsradius des Rotors verringern.
- Die zugeführte Brennstoffmenge erhöhen.
56) Zeichnen Sie die Betriebslinien für eine Drehzahlerhöhung und eine Drehzahlreduzierung in das Niederdruckverdichterkennfeld eines Zweiwellen – Einstrom – Turboluftstrahltriebwerks. Bezeichnen Sie die Achsen und Linien.
57) Was dimensioniert den Triebwerksstarter im Normalbetrieb, z.B. bei Sea Level Static, ISA Bedingungen?
- Es kann angenommen werden, dass der aerodynamischer Widerstand der Turbomaschinen und der Reibungswiderstand der Lager bei sehr niedrigen Drehzahlen sehr klein sind.
- Am Anfang des Starts ist also das erforderliche Drehmoment \(M_b\) durch das Trägheitsmoment der Rotoren \(\theta\) und die gewünschte Beschleunigungsrate \(dn/dt\) bestimmt.
- Bei etwas höheren Drehzahlen müssen die aerodynamisch erzeugten Drehmomente von Turbine und Verdichter mit berücksichtigt werden.
58) Wie verändert sich die erforderliche Starterleistung bei sehr niedrigen Temperaturen? Was bedeutet dies für die Auslegung von Startermotoren?
- Bei sehr niedrigen Temperaturen ist das Öl sehr kalt und somit sehr zäh. Der Reibungswiderstand in den Lagern ist damit sehr viel höher als bei warmen Temperaturen.
- Es kann trotzdem davon ausgegangen werden, dass in diesem Fall der aerodynamische Widerstand der Turbomaschinen unverändert bleibt.
- Für die Dimensionierung des Starters ist also die niedrigste Temperatur in der Temperaturenvelope zu berücksichtigen.
59) Wird die Verfügbarkeit des Startes über die gesamte Flugenvelope vorausgesetzt?
- Nein.
- Wenn ein Start in großen Höhen nur mit dem Starter möglich wäre, müsste die Funktionsfähigkeit der APU bei jedem Start vorausgesetzt werden.
- Denn die APU ist im Flug die einzige Quelle für die Versorgung des Airturbine Starters mit Druckluft.
- Die APU wäre dann "dispatch critical".
- Das ist vom Flugzeughersteller nicht gewünscht.
60) Wie wird die Drehzahl festgelegt bei welcher der Starter von der Welle entkoppelt wird?
- Mit steigender Drehzahl sinkt bei gegebener Starterleistung das Drehmoment.
- Es gibt also eine Drehzahl bei der keine weitere Beschleunigung der Welle mehr möglich ist.
- Der Starter muss bei einer kleineren Drehzahl entkoppelt werden.
- Daraus folgt, dass die Zündung der Brennkammer vor der Drehzahl erfolgen muss, bei der der Starter entkoppelt wird.
- Diese Drehzahl muss hoch genug sein, so dass die Zündung erfolgen kann und genügend Energie in der Brennkammer freigesetzt wird.
- Für die Freisetzung der Energie ist ein ausreichender Wirkungsgrad der Brennkammer erforderlich.
61) Wozu führt beim Triebwerksstart die in der Brennkammer freigesetzte Energie?
- Sie führt zu einer Überschussleistung in der Turbine.
- Die vom Starter zugeführte Energie und die Überschussleistung führen zu einem erhöhten Drehmonent
- Somit wird das Triebwerk beschleunigt.
62) Was passiert beim sogenannten "hung start"?
- Bei einem "hung start" erfolgte durchaus eine Zündung in der Brennkammer.
- Die Wärmefreisetzung ist aber auf Grund sehr niedriger Wirkungsgrade sehr gering.
- Die Überschussleistung in der Brennkammer ist damit sehr gering.
- Das gesamte Drehmoment von Turbine und Starter reicht daher nicht aus um über eine gewisse Grenzdrehzahl hinaus zu beschleunigen.
63) Welche Gründe können einem "hung start" zugrunde liegen?
- Bei sehr kalten Temperaturen kann die hohe Zähigkeit des Brennstoffes in Verbindung mit den kalten Zerstäubderdüsen zu Zündverzögerungen führen.
- In der Brennkammer wird damit weniger Wärme freigsetzt.
- Zusammen mit dem bei kalten Temperaturen erhöhten Widerstand in Lagern, Getrieben und Anbaugeräten kann dies zu einem Verharren bei einer Drehzahl führen.
64) Wie kann man "hung starts" vermeiden?
- durch Einbau eines größeren und leistungsfähigeren Starters
- durch Einspritzen von etwas mehr Kraftstoff
- durch Abschalten von Verbrauchern wie Hydraulikpumpen und Generatoren
65) Was ist das grundlegende Problem beim Starten im Flug ohne Starter?
- die erlaubte Fluggeschwindigkeit beim "windmill start" ist begrenzt
- die Flugsicherung limitiert diese gerade beim Anflug auf Flughäfen
- dies ist somit der dimensionierende Fall
- das durch die Strömung aufgebrachte Drehmoment an der Welle ist geringer
- dadurch werden wesentlich geringere Drehzahlen der Hochdruckwelle erreicht
- der Wirkungsgrad der Brennkammer ist damit möglicherweise geringer
- die Last durch den Energiebedarf des Flugzeuges ist schwer vorherzusagen
- der Korridor für erfolgreiche Starts ist somit noch kleiner
66) Zeichnen Sie eine typsiche "Relight Envelope". Beschriften Sie alle Achsen und Linien.
1) Wie lässt sich der Betriebsbereich von Turboluftstrahltriebwerken beschreiben?
- durch das Höhen-Machzahl-Diagramm
- durch die Temperaturenvelope
- durch die erwarteten Flugmissionen
2) Wodurch wird der Betriebsbereich von Turboluftstrahltriebwerken festgelegt?
- durch den Betriebsbereich der erwarteten Anwendungen (Flugzeuge)
- der Betriebsbereich des Triebwerks muss zumindest den Betriebsbereich des Flugzeuges abdecken
3) Wo finden Sie Aussagen zum Betriebsbereich von Luftfahrtantrieben?
- in den einschlägigen Regularien der Luftfahrtbehörden
- in Europa ist das die EASA
- die Vorschrift für Strahlantriebe ist die EASA CS - E
4) Wie wird der Betriebszustand eines Triebwerks festgelegt?
- durch die Flugbedingung, d.h. Höhe, Umgebungstemperatur, Flugmachzahl
- durch die Schubhebelstellung, ausgedrückt durch einen geeigneten Regelparameter
- durch den Zustand des jeweiligen Triebwerks (Alter, Verschmutzung, Produktionstoleranzen)
5) Welche thermodynamischen Größen resultieren aus Höhe, Umgebungstemperatur und Flugmachzahl?
- \(p_0, T_{t0}, p_{t0}\)
- das sind die Randbedingungen für den thermodynamischen Arbeitsprozess
6) Welche Ähnlichkeitskenngrößen sind für eine Ähnlichkeitsbetrachtung von Turboluftstrahltriebwerken zu berücksichtigen?
- Machzahl
- Reynoldszahl
7) Wie lässt sich die reibungsbehaftete, adiabate Strömung in einem Rohr konstanten Durchmessers im h-s-Diagramm darstellen?
- durch die Fanno-Linie
8) An welcher Stelle werden Rohre gegebenenfalls kritisch durchströmt?
- am Rohrende
9) Welche Ähnlichkeitskenngrößen sind für die Strömung in einem Triebwerkseinlauf von Bedeutung?
- Flugmachzahl
- Machzahl am Fan-Eintritt bzw. im engsten Querschnitt des Einlaufs
10) Skizzieren sie ein Ähnlichkeitskennfeld für den Unterschalleinflauf eines modernen Verkehrsflugszeuges. Bezeichnen Sie die Achsen und Linien.
11) Warum beobachtet man bei Nebenstromtriebwerken im Windmühlenbetrieb sehr hohe Nebenstromverhältnisse?
- der Fan rotiert wie eine Windmühle
- der Strömungswiderstand des Nebenstromkanals ist gering
- der Strömungswiderstand der Kernstroms ist hoch
12) Wie lässt sich modellhaft ein ähnlicher Betriebspunkt einer Turbomaschine beschreiben?
- im Strömungskanal herrschen ähnliche Machzahlen
- die Anströmwinkel der Relativgeschwindigkeiten sind für die Rotoren ähnlich
- die Anströmwinkel der Absolutgeschwindigkeiten sind für die Statoren ähnlich
13) Welche Annahmen wurden bei der Herleitung der idealen Kennlinie einer Verdichterstufe getroffen?
- konstanter mittlerer Radius
- konstanter Abströmwinkel \(\beta_2\)
- inkompressible Strömung (\(c_{ax1}/c_{ax2}=const.\))
- konstante Umfangsgeschwindigkeit
14) Welche Aspekte führen zu der nicht idealisierten Kennlinie einer Verdichterstufe?
- endlich viele Schaufeln
- Verluste durch benetze Oberflächen und Ablösungen
- Falschanströmung
15) Welche Ähnlichkeitsparameter entsprechen der Druck- und der Volumenzahl?
- spezifische Leistung oder Druckverhältnis äquivalent zur Druckzahl
- Massenstromparameter äquivalent zur Volumenzahl
- Beide Paramter sind über die Umfangsmachzahl mit \(\psi\) und \(\varphi\) gekoppelt
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