Warum dauert das Aufspulen von Turbinentriebwerken so lange?

Frage:

2014-01-14 22:00:17 UTC

Kolbenmotoren erreichen innerhalb von ein oder zwei Sekunden die volle Drehzahl, Turbinen benötigen jedoch viel länger. Warum ist das so?

Aus Ihrer Frage geht nicht hervor, was Sie genau meinen. Meinen Sie die Zeit zum Starten eines Motors oder zum Erhöhen der Drehzahl eines bereits laufenden Motors (z. B. vom Leerlauf auf volle Leistung)?

Drei antworten:

+41

Radu094

2014-01-15 02:50:22 UTC

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Ich bin kein Ingenieur (was möglicherweise besser geeignet ist, um dies zu beantworten), daher handelt es sich um vereinfachte Dinge, die Piloten füttern:

Das Aufspulen von Düsentriebwerken dauert viel länger (dh die Drehzahl erhöht) als Kolbenmotoren, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen aufgrund des Druckverhältnisses / erhöhten Luftstroms, das erforderlich ist, um zu verhindern, dass der Kompressor jedes Mal blockiert, springt / explodiert, wenn die Leistungseinstellungen geändert werden.

Der (vereinfachte) Strahltriebwerkszyklus enthält a Kompressor, der Luft in eine Brennkammer drückt, wo sie verbrennt, und dann das hintere Ende ausbläst, indem eine Turbine gedreht wird, die den Kompressor von hinten bewegt, wo wir angefangen haben.

Wenn Sie "mehr Leistung hinzufügen" (dh mehr Kraftstoff einfüllen), dauert es eine Weile, bis dieser zusätzliche Kraftstoff mehr Schub erzeugt, was wiederum eine Weile dauert, um die Turbine zu beschleunigen, wodurch der Kompressor entsteht Drehen Sie schneller, wodurch schließlich mehr Druckluft in die Brennkammer gelangt, um den gesamten zusätzlichen Kraftstoff zu nutzen, den Sie in Schritt 1 eingefüllt haben.

Durch plötzliches Hinzufügen von Leistung wird der Druck in der Brennkammer erhöht viel die Luft, die "stromaufwärts" ist (dh noch im Kompressor), will nicht vorrücken. Der zusätzliche Druck in der Brennkammer hatte nicht genügend Zeit, um die Turbine aufzuspulen. Daher ist der Kompressor jetzt nicht mehr mit Strom versorgt, um die Druckluft weiter in die Brennkammer zu "drücken". Die Luft beginnt rückwärts zu strömen (dh vom Brennraum zum Kompressor), der Motor schwankt, die Hölle bricht los.

Es gibt also eine Verzögerung (elektronisch können die Piloten heutzutage die Vertrauenshebel so schnell betätigen, wie sie möchten ) Wenn die Motoren eine niedrige Drehzahl haben, fügt der FADEC nur ein wenig zusätzlichen Kraftstoff hinzu, wartet auf die Stabilisierung des Luftstroms, fügt dann etwas mehr hinzu und so weiter.

Ich denke, die folgende Grafik könnte dies erklären. Jedes Mal, wenn Sie die Drehzahl ändern, erhöhen Sie das Druckverhältnis (d. H. Bewegen Sie den Graphen nach oben) und warten Sie ein wenig, bis sich der Luftmassenstrom erhöht (d. H. Nach rechts). Wenn Sie das Druckverhältnis zu stark erhöhen, ohne den damit verbundenen Massenstrom (der aufgrund der Trägheit eine Weile dauert), gelangen Sie in die Pumpgrenze.

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Ähnliches Dies geschieht beim Herunterspulen, wenn auch schonender.

Vergleichen Sie dies mit dem Kolbenmotor, bei dem Sie mehr Luft / Gas-Gemisch in den Zylinder geben. Dies führt zu einem größeren Knall, beschleunigt den Kolben schneller und genau Im nächsten Kolbenzyklus können Sie theoretisch die maximale Leistung erhalten.

Und Turboprops nehmen den Mittelweg ein. Die Turbine hat immer eine Drehzahl von 100% und die Stütze ändert die Steigung, um sie als Reaktion auf die Gasannahme auf 100% zu halten. Die Neigung der Propellerblätter ändert sich sehr schnell - weniger Masse, um weniger Distanz zu bewegen; Schub kommt sofort auf.

@radarbob: So einfach ist das nicht, denn bei Turboprops ist der Propeller an der Niederdruckturbine und der Kompressor an der Hochdruckturbine angebracht. Die Hochdruckturbine muss also noch aufspulen. Glücklicherweise ändert sich der Druck, während die Turbinen unabhängig sind, wenn der Niederdruck über die Propellersteigung bei hohen Drehzahlen gehalten wird, so dass der Hochdruck auch bei hohen Drehzahlen hoch bleibt. Und Hochdruckturbinen laufen in der Regel sowieso immer mit höheren Drehzahlen.

Es ist zu beachten, dass die Ausgangsleistung des Kolbenmotors auch durch die Drehzahl begrenzt ist, da ein Zyklus nur so viel Luft aufnehmen und somit so viel Kraftstoff verbrennen kann. Nur der Abstand zwischen gedrosselt und voll geöffnetem Gas ist viel größer.

@JanHudec, Ich habe meinen Kommentar möglicherweise unterqualifiziert. Die Änderung der Propellerneigung und damit der Schub war in dem Flugzeug, das ich flog, praktisch sofort. Die Turbine lief zu 100% und die Stütze regelte, um 100% U / min aufrechtzuerhalten. Wenn Teile des Motors unterschiedlich waren, war dies in keinen Verfahren, Einschränkungen oder Messgeräten erkennbar.

@radarbob: Die Turbine sollte die Hochdruckstufe bedeuten. Ich nehme an, der niedrige Widerstand, den die Leistungsturbine bei hohen Drehzahlen liefert, aber niedrige Leistung kann die Hochdruckturbine bei 100% oder fast laufen lassen.

@JanHudec, Die einzige Turbinenanzeige war eine Turbineneintrittstemperaturanzeige - Temperatur, die unmittelbar hinter den Brennerdosen in den Turbinenabschnitt eintritt. Bei der Motorleistung drehte sich alles um die Stütze bei 100% U / min. Jedes Mal, wenn ich die Drosseln berührte, dachte ich, Stütze, niemals Turbine.

Jim W

2017-04-22 00:03:03 UTC

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Auto Typ hier.

Grundsätzlich ist es darauf zurückzuführen, dass Turbinentriebwerke auf die Kompressorladung angewiesen sind, um das Abgas aus dem Brennraum durch die Turbinenschaufeln zu drücken. Ein zu schnelles Erhöhen des Drucks in der Brennkammer kann gegen den Strom von der Kompressorseite zurückdrücken, was den Motor abwürgt und wahrscheinlich die Kompressorschaufeln beschädigen kann.

Bei einem Kolbenmotor erfolgt die Leistung in (meistens) unterschiedlichen Hüben. Ein schnelles Erhöhen des Drucks während des Arbeitstakts drückt nicht gegen die Einlassladung zurück, da die Einlassventile für diesen Zylinder zu diesem Zeitpunkt geschlossen werden.

Und wenn die Kraftstoff- / Luftladung zu früh in einem Kolbenzyklus gezündet wird, kann dies den Motor zerstören! (Siehe "klopfen".)

Dan

2014-01-14 22:34:22 UTC

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Momentum ist gegeben durch:

$$ \ mathrm {Momentum} = \ mathrm {Masse} \ times \ mathrm {Velocity} $$

Die geleistete Arbeit ist gegeben durch:

Wenn Sie dies wissen, können Sie sehen, wie sich eine Batterie bei größerer Last verhält.

Ein Strahltriebwerk hat eine größere Masse und muss eine höhere Geschwindigkeit erreichen. Die dafür geleistete Arbeit wird ebenfalls zunehmen, da eine leistungsstärkere Batterie mehr Umdrehungen ausführt. Die Sache ist, es ist keine proportional größere Batterie. Wenn Sie Düsenflugzeugen eine wirklich leistungsstarke Batterie geben würden, wäre die geleistete Arbeit enorm und es würde viel Kraft in sehr kurzer Zeit (hohe Wattzahl) aufgebracht, so dass sie gleichzeitig mit einer Requisite starten würde. Dies wäre jedoch sehr energieeffizient (aufgrund von Erwärmung), daher ist es am besten, eine kleinere Batterie zu verwenden, um über einen längeren Zeitraum zu starten.

Dan, ich habe die Frage anders interpretiert. Nicht wie lange es dauert, bis der Motor gestoppt ist, sondern wie lange es dauert, bis ein Motor im Leerlauf läuft. Ich weiß, dass Düsentriebwerke der ersten Generation längere Aufspulzeiten hatten und moderne Designs viel schneller aufspulen, aber ich weiß nicht, warum.

Ah, das gleiche kann angewendet werden. Die Änderung des Drehimpulses zwischen zwei Geschwindigkeiten wird bei einem Strahltriebwerk aus dem gleichen Grund wie oben viel, viel größer sein :)

Dan, ich habe das gerade aus der Überschrift eines Artikels in einem "JET POWER" -Blog gefunden. "Der Motorschub ist ungefähr proportional zur Motordrehzahl, die auf die Leistung von 3,5 angehoben wird." Wenn dies korrekt ist, bedeutet dies, dass ein Leerlaufstrahltriebwerk nur eine sehr geringe Überschussleistung aufweist, wenn der Schubhebel vollständig vorgeschoben wird, bis sich das Triebwerk aufspult. In Verbindung mit Ihren obigen korrekten Kommentaren darüber, dass die rotierende Masse und der Drehimpuls größer sind als bei einem Kolbenmotor, ist es klar, dass es länger dauern wird, bis der Jet seine volle Leistung erreicht.

Nicht alle Düsentriebwerke und nicht alle Turbinentriebwerke haben eine größere Masse als Kolbenmotoren.

Selbst beim Start ist dies nicht der einzige oder sogar der Hauptgrund. Bei einem Kolbenmotor hilft der Motor selbst, sich im ersten Zyklus hochzudrehen. Sobald der erste Kolben zündet, beschleunigt der Motor sehr, sehr schnell auf Leerlaufdrehzahl. Tatsächlich brauchen Sie überhaupt keinen Elektrostarter. Sie sind eher ein Convenience-Artikel und frühe Kolbenmotoren hatten sie nicht. Sie können einen Kolbenmotor einfach starten, indem Sie die Stromversorgung einschalten und an der Stütze ziehen. Sobald der erste Kolben zündet, übernimmt der Motor den Rest von dort.

Bei einem Turbinentriebwerk sieht das ganz anders aus. Es ist nicht sicher, mit der Verbrennung zu beginnen, bis die Kompressoren bereits mit einer relativ hohen Drehzahl laufen, so dass die Verbrennung in der Brennkammer enthalten ist. Ein Strahltriebwerk hat keinen abgedichteten Brennraum wie ein Kolbenmotor. Die Verbrennung wird durch den von den Kompressoren erzeugten hohen Luftdruck begrenzt. Wenn dieser Luftdruck noch nicht vorhanden ist (was in einem Motor, der sich nicht dreht, nicht vorhanden ist), wäre die Verbrennung nicht enthalten und würde direkt vor dem Motor ausgelöst. Das ist natürlich schlecht.

Bearbeiten: In dem Teil über den Kolbenmotor hätte ich wirklich sagen sollen: "Sie können einen Kolbenmotor einfach starten, indem Sie die Leistung * und den Kraftstoff * einschalten und die Stütze ziehen." Offensichtlich startet es nicht, wenn Sie ihm keinen Kraftstoff geben.

Oh, ein weiteres Problem bei Turbinentriebwerken: Sie verwenden normalerweise überhaupt keine elektrischen Starter. Sie werden mit externen Hochdruckluftströmen gestartet (entweder Luft aus einer APU oder einem bereits laufenden Motor oder aus einem Startwagen). Siehe diese Frage: [Wie werden Turbinentriebwerke gestartet?] (Http: // Aviation). stackexchange.com/questions/1959/how-are-turbine-engines-started?rq=1).

Obwohl diese Frage / Antwort alt ist: Die Arbeit wird in Joule (oder NewtonMeters oder WattSeconds) gemessen. Die Leistung wird in Watt gemessen. Ein Mensch kann in wenigen Minuten ein Gewicht von 100 kg über 100 m ziehen, während ein Auto dies in wenigen Sekunden tun kann. Die Arbeit ist die gleiche, aber die Leistung definiert die benötigte Zeit.

Diese Antwort macht überhaupt keinen Sinn. Es wird versucht, das Verhalten von Turbinentriebwerken zu erklären, ohne die tatsächlichen Eigenschaften von Turbinentriebwerken zu verwenden, sodass es möglicherweise nicht korrekt sein kann. Und in welchem Verhältnis steht eine Batterie zu Kraft-, Arbeits- oder Turbinentriebwerken?

Strahltriebwerke haben eine ** kleinere Masse ** als Kolbenmotoren gleicher Leistung.

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Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.

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