Ein Düsenantrieb ist ein Reaktionsmotor, der ein schnelles bewegendes Strahl entlädt, das gestoßen durch den Strahlantrieb in Übereinstimmung mit Newtonschen Gesetzen der Bewegung erzeugt. Diese breite Definition von Düsenantrieben schließt Turbojets, turbofans, Raketen, Staustrahltriebwerke und Pulsstrahlen ein. Im Allgemeinen sind die meisten Düsenantriebe innere Verbrennungsmotoren, aber Non-Combusting-Formen bestehen auch.

Auf gut deutsch verweist der Begriff lose auf ein inneres Verbrennen airbreathing Düsenantrieb (a). Diese bestehen normalerweise aus einem Motor mit einer Drehung, die Luftkompressor (rotieren) lässt), der durch eine Turbine ("Zyklus von Brayton") mit dem übrigen Macht-Versorgungsstoß über eine Antreiben-Schnauze angetrieben ist. Diese Typen von Düsenantrieben werden in erster Linie durch das Strahlflugzeug für das lange Entfernungsreisen verwendet. Frühes Strahlflugzeug hat Turbojets verwendet, die für den Unterschallflug relativ ineffizient waren. Moderne Unterschallstrahlflugzeuge verwenden gewöhnlich hohe Umleitung turbofan Motoren, die hohe Geschwindigkeit mit der Kraftstoffleistungsfähigkeit vergleichbar (über lange Entfernungen) zum Kolben und den Propeller-Flugmotoren anbieten.

Geschichte

Düsenantriebe können zur Erfindung des aeolipile vor dem ersten Jahrhundert n.Chr. zurückgegangen werden. Dieses Gerät hat durch zwei Schnauzen angeordnete Dampfmacht verwendet, einen Bereich zu veranlassen, schnell auf seiner Achse zu spinnen. So weit bekannt ist, wurde es nicht verwendet, um mechanische Macht zu liefern, und die potenziellen praktischen Anwendungen dieser Erfindung wurden nicht anerkannt. Es wurde einfach als eine Wissbegierde betrachtet.

Strahlantrieb hat sich nur wörtlich und bildlich mit der Erfindung der Schießpulver-angetriebenen Rakete durch die Chinesen im 13. Jahrhundert als ein Typ des Feuerwerks entfernt, und ist allmählich fortgeschritten, um furchterregende Bewaffnung anzutreiben. Jedoch, obwohl sehr stark, mit angemessenen Fluggeschwindigkeiten sind Raketen sehr ineffizient und so Strahlantrieb-Technologie, die seit Hunderten von Jahren eingestellt ist.

Die frühsten Versuche von airbreathing Düsenantrieben waren hybride Designs in der eine Außenmacht-Quelle die erste Druckluft wurde die dann mit dem Brennstoff gemischt und hat für den Strahlstoß gebrannt. In einem solchem System, genannt einen thermojet durch Secondo Campini, aber allgemeiner, motorjet, wurde die Luft von einem durch einen herkömmlichen Kolbenmotor gesteuerten Anhänger zusammengepresst. Beispiele dieses Typs des Designs waren Caproni Campini N.1, und der japanische Tsu-11 Motor hat vorgehabt, Kamikaze-Flugzeuge von Ohka zum Ende des Zweiten Weltkriegs anzutreiben. Niemand war völlig erfolgreich, und der N.1 hat damit geendet, langsamer zu sein, als dasselbe Design mit einem traditionellen Motor und Propeller-Kombination.

Sogar vor dem Anfang des Zweiten Weltkriegs begannen Ingenieure zu begreifen, dass der Kolbenmotor in Bezug auf die maximale Leistung selbstbegrenzend war, die erreicht werden konnte; die Grenze war wegen Probleme, die mit der Propeller-Leistungsfähigkeit verbunden sind, die sich geneigt hat, weil sich Klinge-Tipps der Geschwindigkeit des Tons genähert haben. Wenn Motor, und so Flugzeug, Leistung jemals außer solch einer Barriere zunehmen sollte, wie man würde finden müssen, verbesserte ein Weg das Design des Kolbenmotors radikal, oder ein ganz neuer Typ des Kraftwerks würde entwickelt werden müssen. Das war die Motivation hinter der Entwicklung des Gasturbinenmotors, allgemein genannt einen "Strahl"-Motor, der fast so revolutionär zur Luftfahrt werden würde wie Wrights erster Flug der Brüder.

Der Schlüssel zu einem praktischen Düsenantrieb war die Gasturbine, verwendet, um Energie aus dem Motor selbst herauszuziehen, um den Kompressor zu steuern. Die Gasturbine war nicht eine Idee entwickelt in den 1930er Jahren: Das Patent für eine stationäre Turbine wurde John Barber in England 1791 gewährt. Die erste Gasturbine, um das Selbstunterstützen erfolgreich zu führen, wurde 1903 vom norwegischen Ingenieur Ægidius Elling gebaut. Beschränkungen im Design und der praktischen Technik und der Metallurgie haben solche Motoren verhindert, die Fertigung erreichen. Die Hauptprobleme waren Sicherheit, Zuverlässigkeit, Gewicht und haben besonders Operation gestützt.

Das erste Patent, für eine Gasturbine zu verwenden, um ein Flugzeug anzutreiben, wurde 1921 vom Franzosen Maxime Guillaume abgelegt. Sein Motor war ein Turbojet des axialen Flusses. Alan Arnold Griffith hat Eine Aerodynamische Theorie des Turbinendesigns veröffentlicht, 1926 zu experimenteller Arbeit am RAE führend.

1928 hat RAF Universität Cranwell Kadett Frank Whittle formell seine Ideen für einen Turbojet seinen Vorgesetzten vorgelegt. Im Oktober 1929 hat er seine Ideen weiter entwickelt. Am 16. Januar 1930 in England hat Whittle sein erstes Patent (gewährt 1932) vorgelegt. Das Patent hat einen zweistufigen axialen Kompressor gezeigt, der einen einseitig bespannten Schleuderkompressor füttert. Praktische axiale Kompressoren wurden möglich durch Ideen von A.A.Griffith in einer Samenzeitung 1926 ("Eine Aerodynamische Theorie des Turbinendesigns") gemacht. Whittle würde sich später auf den einfacheren Schleuderkompressor nur für eine Vielfalt von praktischen Gründen konzentrieren. Whittle hatte seinen ersten Motor, der im April 1937 läuft. Es wurde Flüssigkeitsangetrieben, und hat eine geschlossene Kraftstoffpumpe eingeschlossen. Die Mannschaft von Whittle hat nahe Panik erfahren, wenn der Motor nicht anhalten würde, sich sogar beschleunigend, nachdem der Brennstoff ausgeschaltet wurde. Es hat sich herausgestellt, dass Brennstoff in den Motor geleckt und in Lachen angewachsen hatte, so würde der Motor nicht anhalten, bis der ganze durchgelassene Brennstoff abgebrannt hatte. Whittle war unfähig, die Regierung für seine Erfindung zu interessieren, und Entwicklung hat mit einem langsamen Schritt weitergegangen.

1935 hat Hans von Ohain Arbeit an einem ähnlichen Design in Deutschland angefangen, das der Arbeit von Whittle anscheinend unbewusst ist. Sein erstes Gerät war ausschließlich experimentell und konnte nur unter der Außenmacht laufen, aber er ist im Stande gewesen, das grundlegende Konzept zu demonstrieren. Ohain wurde dann in Ernst Heinkel, einen der größeren Flugzeugsindustriellen des Tages vorgestellt, die sofort die Versprechung des Designs gesehen haben. Heinkel hatte kürzlich die Motorgesellschaft von Hirth gekauft, und Ohain und sein Master-Maschinist Max Hahn wurden dort als eine neue Abteilung der Gesellschaft von Hirth aufgestellt. Sie hatten ihren ersten HeS 1 Schleudermotor, der vor dem September 1937 läuft. Verschieden vom Design von Whittle hat Ohain Wasserstoff als Brennstoff verwendet, der unter dem Außendruck geliefert ist. Ihre nachfolgenden Designs haben in benzinangetriebenem HeS 3 von 1,100 lbf kulminiert (5 kN), der an Heinkel einfach und kompakt Er 178 Zelle und geweht von Erich Warsitz früh am Morgen vom 27. August 1939, vom Flughafen des Rostocks-Marienehe, eine eindrucksvoll kurze Zeit für die Entwicklung geeignet wurde. Er 178 war das erste Düsenflugzeug in der Welt.

Der Österreicher Anselm Franz der Motorabteilung von Klapperkisten (Klapperkisten Motoren oder "Jumo") hat den Kompressor des axialen Flusses in ihrem Düsenantrieb eingeführt. Jumo wurde die folgende Motorzahl in der RLM 109-0xx numerierenden Folge für Gasturbinenflugzeugskraftwerke, "004" zugeteilt, und das Ergebnis war Jumo 004 Motor. Nachdem viele kleinere technische Schwierigkeiten gelöst wurden, hat die Massenproduktion dieses Motors 1944 als ein Kraftwerk für das erste Düsenjäger-Flugzeug in der Welt, der Messerschmitt Ich 262 (und später das erste Strahlbomber-Flugzeug in der Welt, Arado Ar 234) angefangen. Eine Vielfalt von Gründen hat sich verabredet, die Verfügbarkeit des Motors zu verzögern, den Kämpfer veranlassend, zu spät anzukommen, um Deutschlands Position im Zweiten Weltkrieg zu verbessern. Dennoch wird es als der erste Gebrauch von Düsenantrieben im Betrieb nicht vergessen.

Inzwischen in Großbritannien hatte der Gloster E28/39 seinen Jungfrau-Flug am 15. Mai 1941, und der Gloster Meteor ist schließlich in Dienst mit dem RAF im Juli 1944 eingegangen.

Im Anschluss an das Ende des Krieges wurden das deutsche Strahlflugzeug und die Düsenantriebe von den siegreichen Verbündeten umfassend studiert und haben beigetragen, um an frühen sowjetischen und amerikanischen Düsenjägern zu arbeiten. Das Vermächtnis des Motors des axialen Flusses wird in der Tatsache gesehen, dass praktisch alle Düsenantriebe auf dem festen Flügel-Flugzeug eine Inspiration von diesem Design gehabt haben.

Vor den 1950er Jahren war der Düsenantrieb fast im Kampfflugzeug, mit Ausnahme von der Ladung, der Verbindung und den anderen Spezialisierungstypen universal. Durch diesen Punkt wurden einige der britischen Designs bereits für den Zivilgebrauch geklärt, und waren auf frühen Modellen wie der Komet von de Havilland und das Avro Düsenverkehrsflugzeug von Kanada erschienen. Vor den 1960er Jahren waren alle großen Zivilflugzeuge auch angetriebenes Strahl, den Kolbenmotor in preisgünstigen Nische-Rollen wie Ladungsflüge verlassend.

Die Leistungsfähigkeit von Turbojets war noch eher schlechter als Kolbenmotoren, aber vor den 1970er Jahren, mit dem Advent der hohen Umleitung turbofan Düsenantriebe, eine Neuerung, die nicht von den frühen Kommentatoren wie Edgar Buckingham, mit hohen Geschwindigkeiten und hohen Höhen vorausgesehen ist, die absurd ihnen geschienen sind, war Kraftstoffleistungsfähigkeit über dasselbe als der beste Kolben und die Propeller-Motoren.

Gebrauch

Düsenantriebe werden gewöhnlich als Flugzeugsmotoren für das Strahlflugzeug verwendet. Sie werden auch für Marschflugkörper verwendet und haben Luftfahrzeuge entmannt.

In der Form von Raketentriebwerken werden sie für das Feuerwerk, die Musterraketentechnik, spaceflight, und die militärischen Raketen verwendet.

Düsenantriebe sind auch verwendet worden, um hohe Geschwindigkeitsautos anzutreiben, besonders Renner mit der durch ein Rakete-Auto gehaltenen Aufzeichnung aller Zeiten zu schleppen. Ein turbofan hat Auto angetrieben ThrustSSC hält zurzeit die Landgeschwindigkeitsaufzeichnung.

Düsenantrieb-Designs werden oft für Nichtflugzeugsanwendungen als Industriegasturbinen modifiziert. Diese werden in der Generation der elektrischen Leistung verwendet, um Wasser, Erdgas oder Ölpumpen anzutreiben, und Antrieb für Schiffe und Lokomotiven zur Verfügung zu stellen. Industriegasturbinen können bis zu 50,000 Welle-Pferdestärke schaffen. Viele dieser Motoren werden aus älteren militärischen Turbojets wie Pratt & Whitney J57 und J75 Modelle abgeleitet. Es gibt auch eine Ableitung P&W JT8D niedrige Umleitung turbofan, der bis zu 35,000 HP schafft.

Typen

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Düsenantrieben, von denen alle vorwärts gestoßen vom Grundsatz des Strahlantriebs erreichen.

Airbreathing

Allgemein werden Flugzeuge durch airbreathing Düsenantriebe angetrieben. Die meisten airbreathing Düsenantriebe, die im Gebrauch sind, sind turbofan Düsenantriebe, die gute Leistungsfähigkeit mit Geschwindigkeiten gerade unter der Geschwindigkeit des Tons geben.

Turbine ist gerast

Gasturbinen sind Rotationskolbenmotoren dass Extrakt-Energie von einem Fluss von Verbrennen-Benzin. Sie haben stromaufwärts Kompressor, der mit einer abwärts gelegenen Turbine mit einem Verbrennungsraum-Zwischending verbunden ist. In Flugzeugsmotoren werden jene drei Kernbestandteile häufig den "Gasgenerator genannt." Es gibt viele verschiedene Schwankungen von Gasturbinen, aber sie alle verwenden ein Gasgenerator-System von einem Typ.

Turbojet

Ein Turbojet ist ein Gasturbinenmotor, der durch das Zusammendrücken von Luft mit einer kleinen Bucht und einem Kompressor (axial, zentrifugal, oder beide), das Mischen des Brennstoffs mit der Druckluft, das Brennen von der Mischung im combustor, und dann den Übergang der heißen Luft des Hochdrucks durch eine Turbine und eine Schnauze arbeitet. Der Kompressor wird durch die Turbine, der Extrakt-Energie vom dehnbaren Benzin angetrieben, das es durchführt. Der Motor wandelt innere Energie im Brennstoff zur kinetischen Energie im Auslassventil um, Stoß erzeugend. Die ganze durch die kleine Bucht aufgenommene Luft wird durch den Kompressor, combustor, und die Turbine verschieden vom turbofan Motor passiert, der unten beschrieben ist.

Turbofan

Ein turbofan Motor ist ein Gasturbinenmotor, der einem Turbojet sehr ähnlich ist. Wie ein Turbojet verwendet es den Gasgenerator-Kern (Kompressor, combustor, Turbine), um innere Energie im Brennstoff zur kinetischen Energie im Auslassventil umzuwandeln. Turbofans unterscheiden sich von Turbojets darin sie haben einen zusätzlichen Bestandteil, einen Anhänger. Wie der Kompressor wird der Anhänger durch die Turbinenabteilung des Motors angetrieben. Verschieden vom Turbojet umgeht etwas vom vom Anhänger beschleunigten Fluss den Gasgenerator-Kern des Motors und wird durch eine Schnauze erschöpft. Der umgangene Fluss ist an niedrigeren Geschwindigkeiten, aber einer höheren Masse, Stoß erzeugt vom Anhänger effizienter machend, als durch den Kern erzeugter Stoß. Turbofans sind allgemein effizienter als Turbojets mit Unterschallgeschwindigkeiten, aber sie haben ein größeres frontales Gebiet, das mehr Schinderei erzeugt.

Es gibt zwei allgemeine Typen von turbofan Motoren, niedriger Umleitung und hoher Umleitung. Niedrige Umleitung turbofans hat ein Umleitungsverhältnis ungefähr 2:1 oder weniger, bedeutend, dass für jedes Kilogramm Luft, die den Kern des Motors durchführt, zwei Kilogramme oder weniger von Luft den Kern umgehen. Umgehen Sie niedrig turbofans häufig hat eine Mischauspuffschnauze verwendet, die bedeutet, dass der umgangene Fluss und der Kernfluss von derselben Schnauze abgehen. Hohe Umleitung turbofans hat größere Umleitungsverhältnisse, manchmal auf der Ordnung 5:1 oder 6:1. Diese turbofans können viel mehr Stoß erzeugen als niedrige Umleitung turbofans oder Turbojets wegen der großen Masse von Luft, die der Anhänger beschleunigen kann, und häufig mehr Brennstoff ist, der effizient ist als niedrige Umleitung turbofans oder Turbojets.

Turbo-Prop-Triebwerk und turboshaft

Turbo-Prop-Triebwerke sind Düsenantrieb-Ableitungen, noch Gasturbinen, diese Extrakt-Arbeit vom Heiß-Auspuffstrahl, um eine rotierende Welle zu drehen, die dann verwendet wird, um gestoßen durch einige andere Mittel zu erzeugen. Während nicht ausschließlich Düsenantriebe darin sie sich auf einen Hilfsmechanismus verlassen, Stoß zu erzeugen, sind Turbo-Prop-Triebwerke anderen turbinenbasierten Düsenantrieben sehr ähnlich, und werden häufig als solcher beschrieben.

In Turbo-Prop-Triebwerken wird ein Teil des Stoßes der Motoren durch das Drehen eines Propellers erzeugt, anstatt sich allein auf das Hochleistungsstrahlauslassventil zu verlassen. Da ihr Strahlstoß durch einen Propeller vermehrt wird, werden Turbo-Prop-Triebwerke gelegentlich einen Typ des hybriden Düsenantriebs genannt. Während viele Turbo-Prop-Triebwerke die Mehrheit ihres Stoßes mit dem Propeller erzeugen, ist das Heiß-Strahlauslassventil ein wichtiger Designpunkt, und maximaler Stoß wird durch das Zusammenbringen von Stoß-Beiträgen des Propellers zum heißen Strahl erhalten. Turbo-Prop-Triebwerke haben allgemein bessere Leistung als Turbojets oder turbofans mit niedrigen Geschwindigkeiten, wo Propeller-Leistungsfähigkeit hoch ist, aber werden Sie immer lauter und ineffizient mit hohen Geschwindigkeiten.

Motoren von Turboshaft sind Turbo-Prop-Triebwerken sehr ähnlich, sich in dieser fast ganzen Energie im Auslassventil unterscheidend, wird herausgezogen, um die rotierende Welle zu spinnen, die an die Maschinenausrüstung aber nicht einen Propeller gewöhnt ist, erzeugen sie deshalb wenig zu keinem Strahlstoß und sind häufig an Macht-Hubschrauber gewöhnt.

Propfan

Ein propfan Motor (auch genannt "unducted Anhänger", "offener Rotor", oder "ultrahohe Umleitung") ist ein Düsenantrieb, der seinen Gasgenerator verwendet, um einen ausgestellten Anhänger anzutreiben, der Turbo-Prop-Triebwerken ähnlich ist. Wie Turbo-Prop-Triebwerke erzeugen propfans den grössten Teil ihres Stoßes vom Propeller und nicht dem Auspuffstrahl. Der primäre Unterschied zwischen Turbo-Prop-Triebwerk und propfan Design ist, dass die Propeller-Klingen auf einem propfan hoch gekehrt werden, um ihnen zu erlauben, mit Geschwindigkeiten um das Mach 0.8 zu funktionieren, der mit modernem kommerziellem turbofans konkurrenzfähig ist. Diese Motoren haben die Kraftstoffleistungsfähigkeitsvorteile von Turbo-Prop-Triebwerken mit der Leistungsfähigkeit zu kommerziellem turbofans. Während bedeutende Forschung und (einschließlich der Flugprüfung) prüfend, auf propfans geführt worden ist, sind keine propfan Motoren in Produktion eingegangen.

Widder ist gerast

Angetriebene Düsenantriebe des Widders sind airbreathing Gasturbinenmotoren ähnliche Motoren, und sie beide folgen dem Zyklus von Brayton. Gasturbine und Widder sind gerast Motoren unterscheiden sich, jedoch, darin, wie sie den eingehenden Luftstrom zusammenpressen. Wohingegen Gasturbinenmotoren axiale oder zentrifugale Kompressoren verwenden, um eingehende Luft zusammenzupressen, verlassen sich Widder-Motoren nur auf Luft, die durch die kleine Bucht oder diffuser zusammengepresst ist. Angetriebene Motoren des Widders werden als der einfachste Typ des Luftatmen-Düsenantriebs betrachtet, weil sie keine bewegenden Teile enthalten können.

Staustrahltriebwerk

Staustrahltriebwerke sind der grundlegendste Typ angetriebener Düsenantriebe des Widders. Sie bestehen aus drei Abteilungen; eine kleine Bucht zu komprimierter entgegenkommender Luft, ein combustor, um einzuspritzen, und combust Brennstoff und eine Schnauze vertreibt das heiße Benzin und erzeugt Stoß. Staustrahltriebwerke verlangen, dass eine relativ hohe Geschwindigkeit die entgegenkommende Luft effizient zusammenpresst, so können Staustrahltriebwerke nicht an einem Stillstand funktionieren und sie mit Überschallgeschwindigkeiten am effizientesten sind. Ein Schlüsselcharakterzug von Staustrahlern ist, dass Verbrennen mit Unterschallgeschwindigkeiten getan wird. Die entgegenkommende Überschallluft wird durch die kleine Bucht drastisch verlangsamt, wo es dann combusted am viel langsameren, dem Unterschall-, den Geschwindigkeiten ist. Je schneller die entgegenkommende Luft jedoch ist, desto weniger effizient es wird, um es zu Unterschallgeschwindigkeiten zu verlangsamen. Deshalb werden Staustrahler auf ungefähr das Mach 5 beschränkt.

Scramjet

Scramjets sind Staustrahltriebwerken mechanisch sehr ähnlich. Wie ein Staustrahltriebwerk bestehen sie aus einer kleinen Bucht, einem combustor und einer Schnauze. Der primäre Unterschied zwischen Staustrahltriebwerken und Scramjets ist, dass Scramjets den entgegenkommenden Luftstrom zu Unterschallgeschwindigkeiten für das Verbrennen nicht verlangsamen, verwenden sie Überschallverbrennen stattdessen. Der Name "Scramjet" kommt aus dem "combusting Überschallstaustrahltriebwerk." Da Scramjets Überschallverbrennen verwenden, das sie mit Geschwindigkeiten über dem Mach 6 bedienen können, wo traditionelle Staustrahltriebwerke zu ineffizient sind. Ein anderer Unterschied zwischen Staustrahltriebwerken und Scramjets kommt wie jeder Typ von Motorkompressen der entgegenkommende Luftstrom her: Während die kleine Bucht den grössten Teil der Kompression für Staustrahltriebwerke zur Verfügung stellt, erlauben die hohen Geschwindigkeiten, mit denen Scramjets funktionieren, ihnen, die Kompression auszunutzen, die durch Stoß-Wellen, in erster Linie schiefe Stöße erzeugt ist.

Sehr wenige Scramjet-Motoren sind jemals gebaut und geweht worden. Im Mai 2010 hat der Boeing X-51 den Dauerrekord für die längste Scramjet-Brandwunde in mehr als 200 Sekunden gebrochen.

Unterbrochenes Verbrennen

Rakete

Das Raketentriebwerk verwendet dieselben grundlegenden physischen Grundsätze wie der Düsenantrieb für den Antrieb über den Stoß, aber ist darin verschieden es verlangt nicht, dass atmosphärische Luft Sauerstoff zur Verfügung stellt; die Rakete trägt alle Bestandteile der Reaktionsmasse.

Dieser Typ des Motors wird verwendet, um Satelliten, Raumerforschung und besetzten Zugang zu starten, und erlaubt, auf dem Mond 1969 landend.

Raketentriebwerke werden für hohe Höhe-Flüge verwendet, weil sie einen Mangel am Vertrauen auf atmosphärischem Sauerstoff haben und das ihnen erlaubt, an willkürlichen Höhen, oder überall zu funktionieren, wo sehr hohe Beschleunigungen erforderlich sind, da Raketentriebwerke selbst ein sehr hohes Verhältnis des Stoßes zum Gewicht haben.

Jedoch laufen die hohe Auspuffgeschwindigkeit und das schwerere, am Oxydationsmittel reiche Treibgas auf viel mehr vorantreibenden Gebrauch hinaus als turbofans, obwohl, trotzdem, mit äußerst hohen Geschwindigkeiten sie energieeffizient werden.

Eine ungefähre Gleichung für den Nettostoß eines Raketentriebwerks ist:

Wo der Stoß ist, der spezifische Impuls ist, ein Standardernst ist, der vorantreibende Fluss in kg/s ist, das Gebiet der Auspuffglocke am Ausgang ist, und der atmosphärische Druck ist.

Hybride

Vereinigte Zyklus-Motoren verwenden gleichzeitig 2 oder mehr verschiedenen Düsenantrieb Betriebsgrundsätze.

Wasserstrahl

Ein Wasserstrahl oder Pumpe-Strahl, ist ein Seeantrieb-System, das ein Strahl von Wasser verwertet. Die mechanische Einordnung kann ein ducted Propeller mit der Schnauze, oder ein Schleuderkompressor und Schnauze sein.

Allgemeine physische Grundsätze

Alle Düsenantriebe sind Reaktionsmotoren, die gestoßen durch das Ausstrahlen eines Strahles von Flüssigkeit nach hinten mit der relativ hohen Geschwindigkeit erzeugen. Die Kräfte innerhalb des Motors mussten dieses Strahl schaffen geben einen starken Stoß auf dem Motor, der das Handwerk vorwärts stößt.

Düsenantriebe machen ihr Strahl von Treibgas vom Fassungsvermögen des Tanks, das dem Motor (als in einer 'Rakete') sowie in Kanal-Motoren (diejenigen beigefügt wird, die allgemein auf dem Flugzeug verwendet sind) durch das Aufnehmen einer Außenflüssigkeit (sehr normalerweise Luft) und das Wegtreiben davon mit der höheren Geschwindigkeit.

Das Antreiben der Schnauze

Die Antreiben-Schnauze ist der Schlüsselbestandteil aller Düsenantriebe, weil es das Auspuffstrahl schafft. Das Antreiben von Schnauzen dreht das unter Druck gesetzte, langsame Bewegen, gewöhnlich heiße Benzin, in den niedrigeren Druck, schnell das Bewegen, das kältere Benzin durch die adiabatische Vergrößerung. Das Antreiben von Schnauzen kann Unterschall-, Schall-, oder Überschall-sein, aber in der normalen Operation sind Schnauzen gewöhnlich Schall- oder Überschall-. Schnauzen funktionieren, um den Fluss einzuzwängen, und folglich zu helfen, den Druck im Motor zu erheben, und physisch sind die Schnauzen sehr normalerweise konvergent, oder konvergent-. Konvergent - Schnauzen können Überschallstrahlgeschwindigkeit innerhalb der auseinander gehenden Abteilung geben, wohingegen in einer konvergenten Schnauze die Auspuffflüssigkeit die Geschwindigkeit des Tons des Benzins innerhalb der Schnauze nicht überschreiten kann.

Stoß

Der Bewegungsimpuls des Motors ist der flüssigen Masse gleich, die mit der Geschwindigkeit multipliziert ist, mit der der Motor diese Masse ausstrahlt:

wo die flüssige Masse pro Sekunde ist und die Auspuffgeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten bekommt ein Fahrzeug denselben Stoß wenn es Produktionen viel Auslassventil sehr langsam oder ein kleines Auslassventil sehr schnell. (In Praxis-Teilen des Auslassventils kann schneller sein als andere, aber es ist der durchschnittliche Schwung, dass Sachen, und so die wichtige Menge die wirksame Auspuffgeschwindigkeit - hier genannt werden.)

Jedoch, wenn sich ein Fahrzeug mit der bestimmten Geschwindigkeit bewegt, geht die Flüssigkeit daran heran, eine gegenüberliegende Widder-Schinderei an der Aufnahme schaffend:

Die meisten Typen des Düsenantriebs haben eine Aufnahme, die den Hauptteil der Flüssigkeit zur Verfügung stellt, die über das Auslassventil herrscht. Herkömmliche Rakete-Motoren haben jedoch keine Aufnahme, das Oxydationsmittel und den Brennstoff beider, innerhalb des Fahrzeugs getragen werden. Deshalb haben Rakete-Motoren Widder-Schinderei nicht; der grobe Stoß der Schnauze ist der Nettostoß des Motors. Folglich sind die Stoß-Eigenschaften eines Rakete-Motors von diesem eines Luftatmen-Düsenantriebs verschieden, und Stoß ist der Geschwindigkeit unabhängig.

Der Düsenantrieb mit einem Aufnahme-Kanal ist nur nützlich, wenn die Geschwindigkeit des Benzins vom Motor größer ist als die Fahrzeuggeschwindigkeit, weil der Nettomotorstoß dasselbe ist, als ob das Benzin mit der Geschwindigkeit ausgestrahlt wurde. So ist der Stoß wirklich gleich

Diese Gleichung zeigt, dass als Annäherungen eine größere Masse von Flüssigkeit den Motor durchgehen muss, um fortzusetzen, sich an derselben Rate zu beschleunigen, aber alle Motoren haben eine bestimmte Grenze darauf. Zusätzlich deutet die Gleichung an, dass sich das Fahrzeug vorbei an seiner Auspuffgeschwindigkeit nicht beschleunigen kann, weil es negativen Stoß haben würde.

Energieeffizienz

Energieeffizienz in Fahrzeugen installierter Düsenantriebe hat zwei Hauptbestandteile, Zyklus-Leistungsfähigkeit - wie effizient der Motor das Strahl und die treibende Leistungsfähigkeit beschleunigen kann - wie viel der Energie des Strahles im Fahrzeugkörper endet, anstatt als kinetische Energie des Strahles weggetragen zu werden.

Wenn auch gesamte Energieeffizienz einfach ist:

Treibende Leistungsfähigkeit

Die treibende Leistungsfähigkeit das Verhältnis der mechanischen Energie hat wirklich gepflegt, das Flugzeug anzutreiben. Für alle Düsenantriebe ist die treibende Leistungsfähigkeit am höchsten, wenn der Motor ein Auspuffstrahl mit einer Geschwindigkeit ausstrahlt, die dasselbe als oder fast dasselbe als, die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, weil das die kleinste restliche kinetische Energie gibt. (Bemerken Sie:) Die genaue Formel für luftatmende Motoren, die sich mit der Geschwindigkeit mit einer Auspuffgeschwindigkeit bewegen, wird in der Literatur als gegeben:

Und für eine Rakete:

Zyklus-Leistungsfähigkeit

Zusätzlich zur treibenden Leistungsfähigkeit ist ein anderer Faktor Zyklus-Leistungsfähigkeit; im Wesentlichen ist ein Düsenantrieb normalerweise eine Form des Hitzemotors. Motorleistungsfähigkeit der Hitze wird durch das Verhältnis von Temperaturen bestimmt, die im Motor in diesem Fall beim Zugang zur treibenden Schnauze zur Temperatur erreicht werden, an der sie erschöpft werden, der der Reihe nach durch das gesamte Druck-Verhältnis beschränkt wird, das erreicht werden kann.

Zyklus-Leistungsfähigkeit ist in Raketentriebwerken am höchsten (~60+%), weil sie äußerst hohe Verbrennen-Temperaturen erreichen können und sehr groß, Energie effiziente Schnauzen haben können. Die Zyklus-Leistungsfähigkeit im Turbojet und ähnlich ist zu 30 % näher, die praktischen Verbrennen-Temperaturen und Schnauze-Wirksamkeit sind viel niedriger.

Verbrauch des Brennstoffs oder Treibgases

Nah zusammenhängend (aber verschieden) ist das Konzept zur Energieeffizienz die Rate des Verbrauchs der vorantreibenden Masse. Der vorantreibende Verbrauch in Düsenantrieben wird durch den Spezifischen Kraftstoffverbrauch, den Spezifischen Impuls oder die Wirksame Auspuffgeschwindigkeit gemessen. Sie alle messen dasselbe Ding. Spezifischer Impuls und wirksame Auspuffgeschwindigkeit sind ausschließlich proportional, wohingegen spezifischer Kraftstoffverbrauch zu anderen umgekehrt proportional ist.

Weil airbreathing Motoren wie Turbostrahlenergieeffizienz und vorantreibende (kraftstoff)-Leistungsfähigkeit ziemlich gleiches Ding sind, da das Treibgas ein Brennstoff und die Energiequelle ist. In der Raketentechnik ist das Treibgas auch das Auslassventil, und das bedeutet, dass ein hohes Energietreibgas bessere vorantreibende Leistungsfähigkeit gibt, aber können, in einigen Fällen wirklich kann niedrigere Energieeffizienz geben.

Es kann gesehen werden, dass der Unterschallturbofans wie der CF6 des General Electric viel weniger Brennstoff verwendet, um Stoß seit einer Sekunde zu erzeugen, als der Turbojet von Concorde, die 593. Jedoch, da Energie Kraft-Zeitentfernung ist und die Entfernung pro Sekunde für Concorde größer ist, ist die effektive Leistung, die durch den Motor für denselben Betrag des Brennstoffs erzeugt ist, für Concorde am Mach 2 Vergnügungsreise höher als der CF6. Die Motoren von Concorde sind für den Stoß pro Meile, tatsächlich, das effizienteste jemals effizienter.

Verhältnis des Stoßes zum Gewicht

Der Stoß, um Verhältnis von Düsenantrieben von ähnlichen Grundsätzen zu beschweren, ändert sich etwas mit der Skala, aber ist größtenteils eine Funktion der Motorbautechnologie. Klar für einen gegebenen Motor, je leichter der Motor, desto besser der Stoß zum Gewicht, der weniger Kraftstoff-ist, verwendet wird, um die Schinderei wegen des Hebens zu ersetzen, musste das Motorgewicht tragen, oder die Masse des Motors zu beschleunigen.

Wie im folgenden Tisch gesehen werden kann, erreichen Raketentriebwerke allgemein sehr viel höher Stoß, um Verhältnisse zu beschweren, als wie Turbojet und turbofan Motoren. Das ist in erster Linie, weil Raketen fast allgemein dichte flüssige oder feste Reaktionsmasse verwenden, die ein viel kleineres Volumen und folglich das pressurisation System gibt, das die Schnauze liefert, ist viel kleiner und für dieselbe Leistung leichter. Kanal-Motoren müssen sich mit Luft befassen, die 2-3 weniger dichte Größenordnungen ist und das Druck über viel größere Gebiete gibt, und der der Reihe nach auf mehr Technikmaterialien hinausläuft, die erforderliche den Motor und für den Luftkompressor zusammenhalten.

Vergleich von Typen

Propeller-Motoren sind zum Vergleich nützlich. Sie beschleunigen eine große Masse von Luft, aber durch eine relativ kleine maximale Änderung in der Geschwindigkeit. Diese niedrige Geschwindigkeit beschränkt den maximalen Stoß jedes Propellers gesteuertes Flugzeug. Jedoch, weil sie eine große Masse von Luft beschleunigen, können Propeller-Motoren, wie Turbo-Prop-Triebwerke, sehr effizient sein.

Andererseits beschleunigen Turbojets eine viel kleinere Masse der Luft und des verbrannten Brennstoffs, aber sie strahlen es mit den viel höheren mit einer Schnauze von de Laval möglichen Geschwindigkeiten aus. Das ist, warum sie für höhere und Überschallgeschwindigkeiten passend sind.

Niedrige Umleitung turbofans hat das Mischauslassventil der zwei Luftströme, mit verschiedenen Geschwindigkeiten (c1 und c2) laufend. Der Stoß solchen Motors ist

:S = m1 (c1 - v) + m2 (c2 - v)

wo m1 und m2 die Luftmengen sind, von den beiden Auslassventilen geblasen werden. Solche Motoren sind mit niedrigeren Geschwindigkeiten wirksam, als die reinen Strahlen, aber mit höheren Geschwindigkeiten als der turboshafts und die Propeller im Allgemeinen. Zum Beispiel, an den 10 km Höhe, sind turboshafts an ungefähr dem Mach 0.4 (0.4mal die Geschwindigkeit des Tons) am wirksamsten, niedrige Umleitung treten turbofans mehr an ungefähr dem Mach 0.75 in Kraft, und Turbojets treten mehr in Kraft als Mischauspuffmotoren, wenn sich die Geschwindigkeit Mach 2-3 nähert.

Raketentriebwerke haben äußerst hohe Auspuffgeschwindigkeit und werden am besten so für hohe Geschwindigkeiten große und (hyperschall)-Höhen angepasst. An jeder gegebenen Kehle, dem Stoß und der Leistungsfähigkeit eines Rakete-Motors verbessert sich ein bisschen mit der zunehmenden Höhe (weil der Zurückdruck so fällt, Nettostoß am Schnauze-Ausgangsflugzeug vergrößernd), wohingegen mit einem Turbojet (oder turbofan) die fallende Dichte der Luft, die in die Aufnahme (und das heiße Benzin hereingeht, die Schnauze verlassend), den Nettostoß veranlasst, mit der zunehmenden Höhe abzunehmen. Raketentriebwerke sind effizienter als sogar Scramjets über grob dem Mach 15.

Höhe und Geschwindigkeit

Mit Ausnahme von Scramjets können Düsenantriebe, die von ihren Einlasssystemen beraubt sind, nur Luft um die Hälfte der Geschwindigkeit des Tons akzeptieren. Der Einlasssystemjob für transonic und Überschall-Luftfahrzeug soll die Luft verlangsamen und etwas von der Kompression durchführen.

Die Grenze auf der maximalen Höhe für Motoren wird durch die Entflammbarkeit - an sehr hohen Höhen festgelegt, die die Luft zu dünn wird, um, oder nach der Kompression, zu heiß zu verbrennen. Weil Turbojet-Höhen von ungefähr 40 km scheinen, möglich zu sein, wohingegen für Staustrahler 55 km erreichbar sein kann. Scramjets können sich 75 km theoretisch behelfen. Raketentriebwerke haben natürlich keine obere Grenze.

An bescheideneren Höhen, schnellere Kompressen die Luft in an der Front des Motors fliegend, und heizt das außerordentlich die Luft. Wie man gewöhnlich denkt, ist die obere Grenze über das Mach 5-8, weil oben über das Mach 5.5 der atmosphärische Stickstoff dazu neigt, wegen der hohen Temperaturen an der kleinen Bucht zu reagieren, und das bedeutende Energie verbraucht. Die Ausnahme dazu ist Scramjets, die im Stande sein können, über das Mach 15 oder mehr zu erreichen, weil sie vermeiden, die Luft zu verlangsamen, und Raketen wieder keine besondere Geschwindigkeitsbegrenzung haben.

Geräusch

Geräusch ist wegen shockwaves, die sich formen, wenn das Auspuffstrahl mit der Außenluft aufeinander wirkt. Die Intensität des Geräusches ist zum Stoß proportional sowie zur vierten Macht der Strahlgeschwindigkeit proportional. Allgemein dann haben die niedrigeren Geschwindigkeitsauspuffstrahlen von Motoren ausgestrahlt solche so hohe Umleitung turbofans ist am ruhigsten, wohingegen die schnellsten Strahlen, wie Raketen und Turbojets und Staustrahltriebwerke am lautesten sind.

Obwohl etwas Schwankung in der Strahlgeschwindigkeit häufig von einem Düsenantrieb eingeordnet werden kann (solcher als durch das Drosseln zurück und die Schnauze anpassend), es schwierig ist, die Strahlgeschwindigkeit von einem Motor über eine sehr breite Reihe zu ändern. Motoren für Überschallfahrzeuge wie Concorde, militärische Strahlen und Raketen müssen Überschallauslassventil haben, um ihre Spitzengeschwindigkeiten zu unterstützen, sie besonders laut sogar mit der niedrigen Geschwindigkeit machend.

Siehe auch

• Luft turboramjet
• Das Ausgleichen der Maschine
• Düsenantrieb-Leistung
• Strahlflugzeug
• Jetboat
• Variabler Zyklus-Motor
• Pulsstrahl
• Turborocket
• Rakete-Turbinenmotor
• Raketentriebwerk-Schnauzen
• Raumfahrzeugantrieb
• Wassereinspritzung (Motoren)
• Turbostrahlentwicklung am RAE

Referenzen

Bibliografie

Links

• Ein neuer "offener Rotor" Düsenantrieb, der Kraftstoffverbrauch reduzieren konnte
• Technologiegeschwindigkeit von Zivildüsenantrieben
• Belebte Düsenantriebe, um zu verstehen, wie es arbeitet
• RMCybernetics - Ein einfacher Selbst gemachter Düsenantrieb
• Reise durch einen Düsenantrieb (Blitz)
• Wie Artikel Stuff Works darüber, wie ein Gasturbinenmotor arbeitet
• Einfluss des Düsenantriebs auf der Raumfahrtindustrie
• Eine Übersicht der Militärischen Düsenantrieb-Geschichte (Rand Corp., 24 pgs, PDF)
• Ein Strahlantrieb-Rad
• Grundlegender Düsenantrieb-Tutorenkurs (Quicktime Video
• Strahl angetriebenes Modell eines Airbusses A330 an 1/16 erklettert
• Pulsejet in aeromodelling (Französisch)
• Interaktiver Düsenantrieb-Simulator, um zu erfahren
• Die Website des Beamten Erich Warsitz - der erste Strahl-Versuchs-in der Welt