der link von APU ist schon ganz gut, die wiki-links kenn ich zur genüge und greifen zwar einige wichtige aspekte auf, aber ich denke der laie tut sich schwer da ein "gesammtbild" zu erkennen:
ich probiers mal
der grundlegende aufbau ist klar: luft wird mittels aerodynamisch wirkender schaufeln verdichtet, dann wird kraftstoff hinzugegeben (chemisch "gespeicherste" energie), das luft/kraftstoffgemisch verbrannt und so das volumen des gemisches stark vergrössert. im gegensatzt zum auto ändert sich hier nicht der druck, fällt sogar leicht ab, wenn man sich die theoretischen drücke durch die brennkammer in flussrichtung anschauen würde -> isobare verbrennung.
mti diesem energiereiche gemisch wird/werden die turbinen betrieben -> bei fantriebwerken nciht so kritisch, aber im idealfall wird die flussgeschwindigkeit nicht kleiner, es werden lediglich druck und temperatur abgebaut, die strömungsgeschwindigkeit soll ja noch dem vortrieb dienen.
soviel dazu, wozu 2 oder mehr wellen:
hier zählen mehrere faktoren, hintergrund ist allerdings immer die wirtschaftlichkeit der triebwerke und wenn man sich die entwicklung ansieht, dann erkennt man, dass immer grössere fan-triebwerke kommen, immer höhere bypass-verhältnisse gefahren werden (beim RR trent 900 sogar so hoch, das herkömmliche messparameter die zur schubberechnung dienen -> EPR nicht mehr zuverlässig sind, deswegen werden hier andere parameter genommen, die unter anderem auch die egt mit einschliessen, bis dato war die egt kein regelparameter, SR71 und konsortem mal ausgenommen).
bevors zu kommpliziert wird, back 2 topic.
triebwerke werden eigentlcih immer für einen bestimmten leistungsbereich gebaut, so das diese im cruise schön sparsam laufen, vorallem aber genug leistung haben. aber alle anderen bereiche bis runter zum leerlauf sollten auch zuverlässig abgedeckt werden. wichtig zu wissen ist dabei, das strahltriebwerke überproportional leistung zulegen, wenn die drehzahl steigt (wieder völlig anders als der otto-motor), so hat das J79 (phantom, starfighter) eine leerlaufdrehazhl von ~75% (genau werte kenne ich nicht, dient nur zur orientierung) und vollen schub bei ~100%.
bei grossen fan-triebwerken liegt der leerlauf der N1 (niederdruckbereich inkl. fan) bei ~20% und die N2 bei ~60%, hier ist der spagat also wesentlich grösser.
wie zu anfang geschrieben, muss sich der verdichter aerodramatischen grundlagen beugen und dazu gehört auch, das keine der schaufeln inkl fan die örtliche schallgeschwindigkeit überschreitet, dann ändern sich die aerodynamischen gesetztmässigkeiten. allerdings ist man bei verdichterschaufeln "schon" im transonischen bereich angekommen, sprich hier geht man schon rehct weit ans "limit" um optimale verdichterwirkungsgrade zu erreichen (die druckstufenverhältnisse, sprich den druckanstieg einer stufe, sind über die jahre enorm angestiegen).
man muss kein experte sein, um festzustellen, das der fan mit teilweise bis zu 3m durchmesser nicht so schnell drehen darf, wie die kleine schaufel in der letzten verdichterstufe. da man sich jetzt am fan orientieren muss, was die geschwindigkeit angeht, würde der hochdruckverdichter völlig ineffizient laufen.
um dem fan gerecht zu werden, trennt man jetzt hoch- und niederdruckbereich und sorgt dafür, das der fan (und je nach triebwerk noch ein paar wenige stufen des niederdruckverdichters) und der hochdruckverdichter jeweils im für ihn besseren bereich arbeiten kann, dabei werden die beiden verdichter auch nicht mittels getriebe o.ä. verbunden, die laufen so zu sagen jeder für sich.
- > jeder bereich wird auch von einer eigenen turbine angetrieben, wobei die hochdruckturbine meist 1 oder 2stufig ist, die niederdruckturbine mehrstufig (aus dem kopf kenne ich jetzt bis zu 5 stufen, können aber auch mehr sein).
das ganze bringt aber weitere vorteile:
- die verdichterschaufeln des hochdruckverdichters können nicht nur schneller(drehzahl) laufen, als die des niederdruckverdichters(fans) weil sie kleiner sind und deswegen später die schallgeschwindigkeit erreichen, sondern auch, weil die temperatur im hochdruckverdichter schon deutlich angestiegen ist und die schallgeschwindigkeit deswegen auch angestiegen ist (diese hängt alleine von der temperatur ab).
- stabile verdichterarbeit:
das triebwerke so "stabil" laufen ist kein zufall, meist wesentlich zuverlässiger als beispielsweise otto-motoren, so "simpel" der aufbau ist, so kompliziert die entwicklung, vorallem der schaufelformen ect.
wir erinnern uns: triebwerke sind für take off und criuse gebaut und funktionieren hier optimal, im leerlauf ist es so, das der niederdruckverdichter i.d.R. zuviel luft liefert, als der hochdruckverdichter verarbeiten kann, hätten wir nur eine welle, müsste man sich wieder entscheiden: instabiler lauf beim leerlauf oder beschleunigen/verzögern oder gute performance.
bei aktuellen triebwerken ist es sogar soweit getrieben, dass zusätztlich andere mechnische "hilfen" verbaut sind, die genau diesen "spagat" ermöglichen sollen, trotztdem ist das schnelle beschleunigen nach wie vor ein "heikler" betriebszustand. manche steuergeräte können sowas aber im anfangsstadium erkennen und auch zu einem gewissen grad verhindern.
zu dem thema gehört auch, das der hochdruckteil aufgrund der anordnung direkt vor und hinter der brennkammer liegt, bringt den vorteil, wenn das triebwerk schnell beschleunigen soll, dann läuft der hochdruckteil wesentlich schneller hoch, weil weniger masse zu bewegen ist und die hochdruckturbine als erstes energie aus den verbrennungsgasen ziehen kann.
der niederdruckteil mit fan folgt dann.
beim verzögern ähnlich, der hochdruckteil kann noch am längsten energie aus den verbrennungsgasen ziehen und läuft proportional schneller als der niederdruckteil und verhindert ein "verstopfen" des hochdruckteils, was dann zu verdichterpumpen und im extrem zum stall führen könnte.
ob nun 2 oder 3 wellen und ob die letzte nun anders rum dreht oder alle 3 in die gleiche richtung ist dann auslegungssache. 3 wellen sind "besser" aber aufwändiger in der entwicklung, Rolls Royce zeigt aber wie's geht und ist in dem bereich nicht ohne grund ganz oben mit dabei, obwohl die triebwerke mitunter das doppelte kosten.
gruss michi
In Bezug auf den letzten Thread des TO)
. Danke. :yes:
