Frage:
Auf welche Punkte in einem Strahltriebwerk wirkt die Reaktionskraft?
mins
2016-11-09 05:14:56 UTC
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Turbojet- und Turbofan-Triebwerke sollen Luft oder Verbrennungsgase beschleunigen. Manchmal werden diese Triebwerke als " Reaktionsmotoren " bezeichnet, um die Tatsache hervorzuheben, dass das Flugzeug hauptsächlich durch Newtons 3. Bewegungsgesetz vorwärts bewegt wird. P. >

enter image description here
Quelle sup>

Soweit ich weiß, wird diese Reaktion wo erzeugt Aktion wird erstellt und größer, wenn Aktion größer ist. Luft wird rückwärts beschleunigt (Aktion), und logischerweise ist die Reaktion (Drücken des Flugzeugs) am größten, wenn Luft oder Gase am stärksten beschleunigt werden, was wahrscheinlich eher im Motor als in der Auslassdüse geschieht.

Frage

Wo genau wird die Reaktionskraft (Schub) im Motor angewendet?

Mich interessiert, warum Düsentriebwerke in Bezug auf das 3. Bewegungsgesetz etwas Besonderes sind. Muss vielleicht eine Frage stellen!
@Gusdor können Sie noch eine neue Frage stellen; vielleicht mit einem Link zu diesem, um Kontext bereitzustellen
Sechs antworten:
aeroalias
2016-11-09 06:18:49 UTC
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Der vom Motor erzeugte Schub beruht auf dem Nettoergebnis verschiedener Kräfte, die auf verschiedene Oberflächen des Motors wirken. Der erzeugte Schub ist eine Funktion des Massenstroms und der Geschwindigkeitsänderung ($ T = \ dot {m} (V_ {e} -V _ {\ inf}) $). Beides muss also berücksichtigt werden und nicht nur die Beschleunigung. Der Ort des maximal erzeugten Schubes hängt vom Triebwerkstyp ab.

  • Bei Triebwerken mit hohem Bypass, wie sie von modernen Verkehrsflugzeugen verwendet werden, wird der größte Teil des Schubes vom Bypass-Lüfter erzeugt . Obwohl die Beschleunigung hier nicht die größte ist, ist die Masse x Beschleunigung - hier ist also der Schub maximal. Dort werden die maximalen Reaktionskräfte aufgebracht.

  • Bei reinen Turbojets wird der (fast) gesamte Schub vom Kern erzeugt. Bei Turbofans mit niedrigem Bypass liegt er irgendwo in der Mitte, wobei der Löwenanteil des Schubes vom Kern erzeugt wird.

Beachten Sie, dass der größte Teil der Reaktionskraft auf den Diffusor und ausgeübt wird der Kompressor aufgrund des hohen Drucks und des nach vorne gerichteten Bereichs (aufgrund von Querschnittsschwankungen) in diesem Bereich. Dieser hohe Druck wirkt auch auf die Brennkammer und erhöht die Reaktionskraft.

In der Turbine und der Düse erzeugt die Änderung des Querschnitts eine Oberfläche, die nach hinten zeigt, wo der Gasdruck wirkt, was zu einer Kraft führt, die in die dem Kompressor entgegengesetzte Richtung ausgeübt wird. Das Nettoergebnis all dieser Kräfte ergibt den Schub.

Thrust distribution

Bild von Aircraft Performance and Design von John Anderson; entnommen aus quora.com

Ist es sinnvoll, die Reaktion auf ein Schwerpunktzentrum zu vereinfachen, wie es das Gewicht vereinfachen kann, wenn es auf den Schwerpunkt angewendet wird? Wenn ja, wo befindet es sich in einem Turbostrahl und in einem Turbofan?
@ymb1: Die Erklärung für die variable Düsengeometrie besteht einfach darin, die Abgastemperatur auszugleichen, um ein konstantes Druckniveau aufrechtzuerhalten. Die Schallgeschwindigkeit nimmt um die Wurzel der Gastemperatur zu, während die Dichte um die Umkehrung der Gastemperatur abnimmt. Zusammenfassend ist die Massendurchflussdichte in etwa proportional zur Wurzelumkehrung der Gastemperatur. Der Nachbrenner darf die vorgeschalteten Motorkomponenten nicht beeinflussen (Luftmassenstrom + Druck müssen konstant sein), daher ist ein größerer Querschnitt erforderlich. Das Einschalten der Wiedererwärmung ohne Oberflächeneinstellung führt zu einem Druckanstieg.
@aeroalias: Schöne Antwort. Im Fall des Turbostrahls / Turbofans mit niedrigem Bypass-Verhältnis könnten Sie den Fall eines (Über-) Schallabgasstroms hinzufügen, bei dem ein zusätzlicher Schubbeitrag aus dem Druckgradienten zwischen Düsenfläche und Umgebung resultiert.
Dies ist richtig für einen Turbostrahl, aber völlig falsch für einen großen Turbofan, bei dem der größte Teil des Schubes aus der Interaktion des Lüfters mit der Luft stammt, die * nicht * durch den Motorkern strömt. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz erzeugt dies eine Vorwärtskraft auf den Lüfter, die entlang der Lüfterwelle auf ein Axiallager übertragen wird, dann durch die Lagerstützstruktur (das rechteckige rosa Stück im Bild des OP) und von dort direkt in den Pylon und der Flugzeugflügel.
@mins Die Antwort darauf hängt davon ab, welche Art von Analyse Sie durchführen. Im Allgemeinen können Sie die Kraft modellieren, die von einem Punkt ausgeht, und die Ergebnisse sind aussagekräftig, insbesondere wenn Ihre Stabilitätsspanne hoch ist. Wenn Sie jedoch an einem statisch instabilen Flugzeugdesign arbeiten, erfordert die Analyse möglicherweise eine genauere Modellierung.
@CortAmmon: Ich stimme Ihrem Kommentar zu, da der Gesamtschub durch einen horizontalen Vektor dargestellt werden kann. Wo liegt der Vektorursprung für einen Turbojet und einen Turbofan? Mein derzeitiges Verständnis liegt auf der Motorachse, in der Nähe des Lüfters für einen Turbofan und zwischen dem hinteren Diffusor des Kompressors und dem Einlass der Brennkammer für einen Turbojet (Carlo Felicione schlägt eine Position näher am LPT vor). Ist das richtig?
@mins Da die einzige aufgebrachte Spannung eine Kraft ohne Drehmoment ist, kann der Anwendungspunkt überall auf der Mittellinie liegen, es spielt keine Rolle. In der [Schraubentheorie] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Screw_theory) wird es meines Erachtens als Gleitschlüssel bezeichnet. Viel Glück beim googeln dieser Schlüsselwörter: - \
Es gibt kein Drehmoment, wenn Sie den Schraubenschlüssel irgendwo * auf der Mittellinie * ausdrücken (naja, vielleicht kann auch ein axiales Drehmoment dadurch gleiten). Es gibt natürlich Drehmomente, wenn Sie den Schraubenschlüssel von der Mittellinie auf die Motorhalterungspunkte bewegen.
@MrBrushy, "* Die einzige aufgebrachte Spannung ist eine Kraft ohne Drehmoment. Der Aufbringungspunkt kann überall auf der Mittellinie liegen. Es spielt keine Rolle. *": Ich nehme an, es gibt gute Gründe, die Position der Axiallager auszuwählen. sowie zum Einstellen der Druckglieder in der Midbox des Lüfterrahmens und nicht an anderer Stelle in der Nähe der Mittellinie. Darüber hinaus ist es aufgrund des radialen Ungleichgewichts von Kompression, Verbrennung und Expansion nicht offensichtlich, dass sich das Schubzentrum auf der Motormittellinie befindet. Wir nehmen Kräfte in der Größenordnung von 100 kN auf, sodass andere als axiale Kräfte gefunden werden.
DeltaLima
2016-11-09 06:02:54 UTC
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Der größte Teil des Schubes wird in der Brennkammer erzeugt, gefolgt von den Kompressorstufen. Der Auspuff trägt nur einen kleinen Teil zur gesamten Vorwärtsgaslast bei.

enter image description here Quelle: das Düsentriebwerk Rolls Royce (ISBN: 9781119065999)

Das Bild zeigt das Gas Lastbeitrag verschiedener Teile eines reinen Strahltriebwerks. Bei Turbofan-Motoren wird ein relativ größerer Teil vom Lüfter beigesteuert.

Eine Definition von "Gaslast" wäre eine gute Ergänzung zu dieser Antwort.
@pericynthion Die "Gaslast" ist die gesamte Axialkraft, die das Gas auf alle Motorteile (Gehäuse, Rotor- und Statorschaufeln, Brennkammer usw.) ausübt. In den Kompressor- und Turbinenabschnitten wirkt der größte Teil dieser Kraft auf die Schaufeln und nicht direkt auf das Motorgehäuse.
Auf dem Bild fehlt ein Komma mit der Aufschrift 41091
Carlo Felicione
2016-11-09 05:55:47 UTC
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Die Reaktionskräfte werden seltsamerweise auf die Lüfterscheibe ausgeübt, da sie den Löwenanteil des Schubes erzeugt, indem sie die größte durch sie strömende Luftmenge beschleunigt. Es ist das eigentliche Objekt, das mit dem Luftstrom in Kontakt kommt und ihn aus dem Gondelauslass herausdrückt.

Auf die Nieder- und Hochdruckkompressorabschnitte werden zusätzliche Reaktionskräfte ausgeübt, wenn eine Luftmasse durch sie beschleunigt wird.

Die Reaktionskraft geht verloren, wenn Luft, die durch den Gaskern strömt, den Turbinenrotoren und den Statoren des heißen Abschnitts eine Reaktionskraft entgegenwirkt, die dem Vorwärtsschub entgegenwirkt. Die Energie wird in Form mechanischer Arbeit zum Antrieb des Lüfters / LPC / HPC entnommen

Bei Turbojets, Turbofans mit niedrigem Bypass und in geringem Maße dem Gaskern eines Turbofan-Triebwerks mit hohem Bypass wird der Großteil der Reaktionskräfte zuletzt auf den vorderen Abschnitt des Strahlrohrs ausgeübt LPT-Stufe oder Stator vor dem Eintritt in das Strahlrohr aufgrund des Druckungleichgewichts zwischen diesem Abschnitt des Motors und dem Auslass der Auslassdüse bei atmosphärischem Druck

pjc50
2016-11-09 19:51:59 UTC
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Für den ganz besonderen Fall von Motoren, die im Überschallbereich betrieben werden, wird ein großer Teil des Schubes über das Einlass aufgebracht.

"Das Concorde Air Intake Control System" über http://www.pprune.org/tech-log/426900-concorde-engine-intake-thrust.html:

Riesige 75% DER TOTAL THRUST wird vom Unterschalldiffusorabschnitt des Einlasses erzeugt, was auf den enormen Anstieg des statischen Drucks zurückzuführen ist, der in diesem Abschnitt auftritt. Der "negative Schub" vom vorderen Rampenabschnitt beträgt diesmal 12%, erzeugt durch die Überschallkompressionskräfte, die auf den divergierenden Abschnitt des Einlasses wirken, was zu einer Einlassschubkomponente von 63% führt. Es ist also ersichtlich, dass die überwiegende Mehrheit der Mach 2-Schubkräfte nicht über die Motorlager, sondern über die Einlasslager und in geringerem Maße über die TRA-Düse auf die Flugzeugzelle übertragen wird.

Der Wortlaut dieses Zitats ist ernsthaft irreführend. Die Kraft wird zwar auf den Diffusor ausgeübt, aber nicht dadurch erzeugt. Weil der Grund, warum der Schub existiert, der Druckanstieg in der Brennkammer und die Tatsache ist, dass die hintere "Wand", die diesen Druck hält, der beschleunigende Abgasstrom ist, so dass die Vorwärtskraft auf das Flugzeug ausgeübt wird, während die Heckkraft dies nicht tut.
ymb1
2016-11-10 22:03:26 UTC
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Für jede Aktion in der Natur gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

Dieser Satz allein ist unvollständig und irreführend, da diese kurze Version fehlschlägt um das Zweikörpersystem zu erwähnen, für das es gedacht war.

Die Aktion und Reaktion kann tatsächlich in Position getauscht werden. Der Unterschied zwischen einem Gasgenerator und einem Strahltriebwerk besteht in der bloßen (übermäßigen Vereinfachung) Hinzufügung der Düse, um die Luft aus dem Abgas zu beschleunigen.

Sie können den allgemeinen Satz also sicher umkehren und wie folgt schreiben: Der Schub auf den Motor (Aktion) bewirkt den Luftmassenstrom (Reaktion). Und Sie werden sich nicht irren.

Die Antwort auf Ihre Frage; Alle Teile erfahren eine normale Kraft (Schub). Einige sind vorwärts, andere rückwärts.

Schamlose Kopie aus Wikipedia:

Ursprung des Motorschubs

Das Vertraute Die Erklärung für den Strahlschub bezieht sich nur auf das, was in den Motor, die Luft und den Kraftstoff gelangt und was herauskommt, das Abgas und eine unausgeglichene Kraft. Diese Kraft, Schub genannt, ist die Summe der Impulsdifferenz zwischen Ein- und Ausgang und jeder unausgeglichenen Druckkraft zwischen Ein- und Ausgang; Ein Blick nach innen zeigt, dass der Schub aus allen unausgeglichenen Impuls- und Druckkräften resultiert, die im Motor selbst erzeugt werden. Diese Kräfte, einige vorwärts und einige rückwärts, wirken sich auf alle stationären und rotierenden Innenteile wie Kanäle, Kompressoren usw. aus, die sich im Primärgasstrom befinden, der von vorne nach hinten durch den Motor strömt. P. >

Schubübertragung auf das Flugzeug

Der Triebwerksschub wirkt entlang der Triebwerksmittellinie. Das Flugzeug "hält" den Triebwerk am Außengehäuse des Triebwerks in einiger Entfernung von der Triebwerksmittellinie (an den Triebwerkshalterungen). Diese Anordnung bewirkt, dass sich das Motorgehäuse verbiegt (bekannt als Rückgratbiegen) und sich die runden Rotorgehäuse verziehen (Ovalisierung). Die Verformung der Motorstruktur muss mit geeigneten Montageorten kontrolliert werden, um ein akzeptables Rotor- und Dichtungsspiel aufrechtzuerhalten und ein Reiben zu verhindern. Ein bekanntes Beispiel für eine übermäßige strukturelle Verformung war die ursprüngliche Installation des Pratt & Whitney JT9D-Triebwerks im Boeing 747-Flugzeug. Die Motorbefestigungsanordnung musste mit einem zusätzlichen Druckrahmen überarbeitet werden, um die Durchbiegungen des Gehäuses auf ein akzeptables Maß zu reduzieren.

enter image description here

Wir sehen in diesem 3.000 lbf-Triebwerk (Bild von Flug ), dass jede Brennkammer eine Netto Vorwärtskraft von 50 lbf ( Unterschied zwischen Flammenrohr und Außengehäuse). Mit 16 Brennkammern ergibt sich ein Vorwärtsschub von 800 lbf entlang der Mittellinie.

Andere Teile werden auf die gleiche Weise behandelt. Obwohl ich zugeben muss, dass einige direkter sind als die anderen.

Josef Vorel
2018-05-19 11:29:47 UTC
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Nehmen wir das Energiekonzept als Hilfe. Der gesamte Schub des Strahltriebwerks stammt aus dem Brennraum (Energie des brennenden Kraftstoffs). Ein kleinerer oder größerer Teil dieses Schubes (abhängig von der Motorkonstruktion) wird von den Turbinenschaufeln (Hoch- und Niederdruck) über die Achse nach vorne zum Kompressor / Lüfter übertragen. Nehmen wir ein Beispiel für ein Niederdruckturbinen- / Lüftersystem. Das expandierende Gas in der Brennkammer drückt auf die Turbinenschaufel und dreht über die Achse die Lüfterschaufeln. Somit wird jede von Lüfterflügeln erzeugte Vorwärtskraft über die Achse und die Turbinenschaufeln zurück zu ihrem Ursprung, d. H. Der Brennkammer (nach hinten gerichtete Flächen), übertragen. Wenn sich also alle rotierenden Teile während eines stetig laufenden Motors frei vorwärts bewegen könnten, würden sie sich nicht bewegen. Analog zum Schwerpunkt eines Objekts liegt der zentrale Schubpunkt innerhalb des Strahltriebwerks in der geometrischen Mitte der nach hinten gerichteten Oberfläche von Brennkammer.



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