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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41) Warum ist ein Triebwerk bei einer Erweiterung der Flugenvelope zu größeren Flughöhen neu zu qualifizieren?
- In größeren Höhen sinkt die Reynoldszahl in den Turbomaschinen
- somit sinken die Wirkunsgrade von Verdichtern und Turbinen
- die Stabilitätsgrenzen der Verdichter sinken
- die Betriebslinien in den Verdichterkennfeldern steigen
- es besteht erhöhte Gefahr von Instabilitäten in den Verdichtern
42) Ein Einstrom – Einwellen – Turbolufstrahltriebwerk mit Nachbrenner wird bei konstantem \(T_{t4}/T_{t2}\) im sogenannten „trockenen Betrieb“ betrieben. Nun wird der Nachbrenner gezündet. Warum muss die verstellbare Düse geöffnet werden?
- Ohne Nachbrenner (trockener Betrieb) ist \(T_{t8}\) annähernd gleich \(T_{t5}\)
- Nach Zündung des Nachbrenners ist \(T_{t8}\) wesentlich größer als \(T_{t5}\)
- Durch den Brennstoffmassenstrom wird \(m_4/m_8\) kleiner
- Es wird angenommen dass in beiden Fällen die Änderung in \(p_{t5}/p_{t8}\) vernachläsigbar ist
- Die Turbine wird also angedrosselt und leistet weniger spezifische Arbeit
- Die Betriebslinie steigt somit
- Dem wirkt das Öffnen der verstellbaren Düse entgegen
43) Ein Einstrom-Einwellen-Turboluftstrahltriebwerk wird auf einem Freiluft-Freiluftprüfstand erprobt. Es herrscht kein Wind. Druck und Temperatur sind in der Umgebung gleichmäßig verteilt. Die beobachtete Betriebslinie liegt wie unten dargestellt höher als erwartet. Woran könnte das liegen?
- Die effektive Düsenfläche könnte zu klein sein.
- Die effektive Strömungsfläche im Leitkranz der Turbine könnte zu klein sein.
- Der Wirkungsgrad des Verdichters könnte schlechter sein als erwartet.
- Der Wirkungsgrad in der Turbine könnte schlechter sein als erwartet.
- Der Druckverlust in der Brennkammer könnte zu groß sein.
- Kapazitätsmethode (Capacity Method)
- Wärmebilanzmethode (Heat Addition)
- Anwendung und Abgleich beider Methoden
45) Ein Zweistrom-Zweiwellen-Turboluftstrahltriebwerk wird auf einem Freiluft-Freiluftprüfstand erprobt. Es herrscht kein Wind. Druck und Temperatur sind in der Umgebung gleichmäßig verteilt. Der Massenstrom durch das Kerntriebwerk soll mit Hilfe der Kapazitätsmethode bestimmt werden. Welche Annahmen werden dabei getroffen?
- Es wird angenommen, dass die Hochdruckturbine kritisch durchströmt ist.
- Daher wird der vorgegebene Massenstromparameter in Ebene 4 als gegeben angenommen.
- Es wird angenommen, dass das Kühlsystem wie erwartet arbeitet.
- Es wird angenommen, dass keine Leckagen oder Zapfluft dem Verdichter entnommen werden.
- Es wird angenommen, dass der Brennkammerdruckverlust und der Wirkungsgrad der Brennkammer wie erwartet sind.
46) Ein Zweistrom-Zweiwellen-Turboluftstrahltriebwerk wird auf einem Freiluft-Freiluftprüfstand erprobt. Es herrscht kein Wind. Druck und Temperatur sind in der Umgebung gleichmäßig verteilt. Der Massenstrom durch das Kerntriebwerk soll mit Hilfe der Wärmebilanzmethode bestimmt werden. Welche Annahmen werden dabei getroffen?
- Es wird angenommen dass die Hochdruckturbine kritisch durchströmt ist
- Daher wird der vorgegebene Massenstromparameter in Ebene 4 als gegeben angenommen.
- Es wird angenommen, dass das Kühlsystem wie erwartet arbeitet.
- Es wird angenommen, dass keine Leckagen oder Zapfluft dem Verdichter entnommen werden.
- Es wird angenommen, dass der Brennwirkungsgrad wie erwartet ist.
47) Nennen Sie die zu iterierenden Parameter und die Zielfunktion für die Kapazitätsmethode und die Wärmebilanzmethode.
- Kapazitätsmethode: Massenstrom durch das Kerntriebwerk wird iteriert
errechneter Massenstromparameter der Hochdruckturbine = vorgegebener Massenstromparameter der Hochdruckturbine
- Wärmebilanzmethode: Massenstrom durch das Kerntriebwerk wird iteriert
errechnete Turbinenaustrittstemperatur = gemessene Turbinenaustrittstemperatur
48) Der Schub eines Einstrom-Einwellen-Turboluftstrahltriebwerks soll ohne Messung von Kräften geregelt werden. Welche Ansätze kennen Sie?
- Regelung mit Hilfe des Drehzahlparameters (N1 Control)
- Regelung mit Hilfe des Triebwerksdruckverhältnisses (EPR Control)
49) Wie lässt sich der stationäre Betrieb von Fluggasturbinen beschreiben?
- ein- und austretende Massenströme bei den einzelnen Komponenten sind gleich
- die den Komponenten zugeführte und abgeführte Energie sind gleich
- es herrscht ein Leistungsgleichgewicht zwischen Verdichter und Turbine
50) Welche Manöver gehören zum instationären Betrieb von Fluggasturbinen?
- Starten und Wiederzünden
- Laständerungen
- Abschalten
51) Was unterscheidet instationäre und dynamische Vorgänge bei Fluggasturbinen?
- instationäre Vorgänge haben Zeitkonstanten im Bereich von Sekunden
- dynamische Vorgänge sind um Größenordnungen schneller
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.
