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Was man weiß — was man wissen sollte

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Part of the VDI-Buch book series (VDI-BUCH)

Zusammenfassung

Im Folgenden werden die wesentlichen physikalischen, strömungsmechanischen und thermodynamischen Grundlagen zum allgemeinen Verständnis der Funktionsweise eines Triebwerks und seiner Komponenten so beschrieben, dass auf einen tiefer gehenden mathematischen und physikalischen Hintergrund verzichtet werden kann. An der einen oder anderen Stelle wird deswegen die Darstellung zwangsläufig nicht immer vollständig und auch nicht immer begrifflich absolut exakt sein können. Dieses nachzuholen und zu vervollständigen wird dann den späteren, eher physikalisch und mathematisch orientierten Kapiteln vorbehalten sein.

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Literatur

  1. 1.
    Zur Anschaulichkeit kann man sich diesen Zusammenhang wie bei einer Glühbirne vorstellen, die andauernd ein- und ausgeschaltet wird. Als Folge davon wird die Glühbirne sehr schnell kaputt gehen. Lässt man die Glühbirne dagegen aber sehr lang im eingeschalteten Zustand brennen, so wird ihre Lebensdauer ein Vielfaches betragen.Google Scholar
  2. 6.
    Diese Gleichung ergibt sich aus dem „Ersten Hauptsatz der Thermodynamik für stationär durchströmte offene Systeme“, der Bestandteil aller grundlegenden Abhandlungen über die technische Thermodynamik ist, und damit zum praktischen Grundwissen eines Ingenieurs gehören sollte.Google Scholar
  3. 7.
    Unter dem Begriff der Dissipation versteht man jegliche Energie, die infolge von Reibung in Wärme gewandelt wird. Man sagt, Energie wird dissipiert.Google Scholar
  4. 9.
    Osborne Reynolds (23.8.1842–21.2.1912). Seine Arbeit über das Konzept zur Einführung eines dimensionslosen Parameters (der später nach ihm benannten Reynoldsschen Zahl) zur Beschreibung des Umschlages von laminarer nach turbulenter Rohrströmung wurde 1883 in den Proceedings of the Royal Society unter dem (länglichen) Titel „An Experimental Investigation of the Circumstances which Determine whether the Motion of Water in Parallel Channels Shall be direct or Sinuous, and of the Law of Resistance in Parallel Channels“ veröffentlicht.Google Scholar
  5. 10.
    Laminare Strömung = Schichtenströmung. Abgeleitet vom lateinischen Wort lamina, das Blatt, Blech oder Schicht bedeutet.Google Scholar
  6. 11.
    Turbulente Strömung = verwirbelte, regellose Strömung. Abgeleitet vom lateinischen Wort turbulentus (zu turbare), das unruhig, aufgeregt oder stürmisch bedeutet.Google Scholar
  7. 12.
    Generell finden freie Strömungsvorgänge immer nur von Gebieten höheren Druckes zu Gebieten niedrigeren Druckes statt. Besitzt nun irgendeine Strömung eine bestimmte anfängliche Strömungsgeschwindigkeit (kinetische Energie), so kann sie in Abhängigkeit dieser ursprünglichen kinetischen Energie eine gewisse Strecke in ein Gebiet höheren Druckes einströmen. Dabei wird aber ihre kinetische Energie zunehmend aufgezehrt und das Strömungsmaterial kommt schließlich zum Stillstand. Ein anschaulicher Vergleich hierzu ist das Schreien gegen den Wind, das auch nur beschränkt — also über eine gewisse Strecke — gelingt, nämlich, bis der Wind den Schrei „verschluckt“ hat. Je lauter man schreien kann, d.h. je mehr Energie man aufwenden kann, umso weiter wird man „gegen den Wind an brüllen“ können. Grenzschichtströmungen haben im Vergleich zur reibungsfreien Außenströmung deutlich weniger kinetische Energie und können von daher auch nur begrenzt in Gebiete steigenden Druckes einströmen. Irgendwann kommt die Grenzschichtströmung dabei zum Stillstand, d.h., sie löst von der Oberfläche des umströmten Körpers ab (Strömungsablösung). Laminare Grenzschichten haben dabei weniger kinetische Energie als turbulente, d.h. turbulente Grenzschichten können weiter in Gebiete steigenden Druckes einströmen als laminare.Google Scholar
  8. 13.
    Jean Le Rond d’Alembert (1717–1783) war französischer Mathematiker. Im Jahr 1744 veröffentlichte er eine Arbeit unter dem Titel „Traite de l’équilibre et des mouvements de fluides pour servir de situe au traite de dynamique“, in der er zu dem theoretischen Ergebnis kam, dass ein zweidimensionaler Körper in reibungsfreier, inkompressibler Strömung keinen Widerstand hat. Das entsprach nicht seiner Erfahrung. Für d’Alembert und die andern Strömungsforscher im 18. und 19. Jahrhundert war dieses Paradoxon unerklärbar und in erheblichem Maße verwirrend. Unter Verwendung der unterschiedlichsten Voraussetzungen und Annahmen kam er in seinen Veröffentlichungen „Essai sur la résistance“ (1752) und „Opuscules mathématiques“ (1768) immer wieder zu demselben, für ihn außerordentlich frustrierenden Ergebnis des Nullwiderstandes. Schließlich gab er es resigniert auf, nach den Ursachen dieses Paradoxons zu forschen. Erst Ludwig Prandtl gelang es Anfang des 20. Jahrhunderts durch Einführung seiner „Grenzschichttheorie“ die bestehende Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis zu überwinden.Google Scholar
  9. 18.
    Man achte auf den wesentlichen Unterschied: Transsonische Turbine: Zuströmung zur Beschaufelung ist im Unterschall, während die Abströmung aus der Beschaufelung im Überschall liegt. Transsonischer Verdichter: Zuströmung zur Beschaufelung ist im Nabenbereich im Unterschall, während Zuströmung zur Beschaufelung im Gehäusebereich im Überschall liegt. Bei transsonischen Turbinen ist also das Strömungsfeld zwischen dem Zu- und Abströmbereich der Beschaufelung für den Begriff transsonisch maßgebend, während es bei transsonischen Verdichtern das Strömungsfeld in der Schaufelzuströmung zwischen Nabe und Gehäuse ist.Google Scholar
  10. 19.
    Jakob Ackeret (*1898 †l981), später Professor für Aerodynamik an der ETH in Zürich, hat in seiner Habilitationsschrift von 1928 „Über Luftkräfte bei sehr großen Geschwindigkeiten, insbesondere bei ebenen Strömungen“ an der ETH-Zürich zu Ehren des von ihm sehr verehrten Physikers Ernst Mach (*1838 †1916) die Bezeichnung Machsche Zahl für das Geschwindigkeitsverhältnis c/a eingeführt. Ernst Mach war der erste, der die Natur supersonischer Strömungen im Labor beobachtete und aufzeichnete, vgl. hierzu Anderson (2000).Google Scholar
  11. 20.
    In sog. inkompressiblen Strömungen, die im unteren subsonischen Bereich vorliegen, ist die Dichte p praktisch konstant und die hier getroffene Aussage vollkommen korrekt. Mit steigender Geschwindigkeit (mittlerer und oberer subsonischer sowie der gesamte supersonische Bereich) verändert sich zwar dann auch die Dichte p einer Strömung signifikant (man spricht jetzt von kompressiblen Strömungen) aber dennoch bleibt die hier beschriebene Strömungseigenschaft erhalten, nämlich, dass der statische Druck mit steigender Geschwindigkeit kleiner wird. In kompressiblen Strömungen wird die Dichte p — ebenso wie der statische Druck p — mit steigender Geschwindigkeit c kleiner, mit der besonderen Eigenschaft, dass die Dichte im supersonischen Geschwindigkeitsbereich schneller kleiner wird als die Geschwindigkeit ansteigt. Eine Eigenschaft, die speziell bei den Düsen und Diffusoren noch einmal zu diskutieren sein wird.Google Scholar
  12. 21.
    Die Dichte p ist Masse m pro Volumen V: p = m/V. Nimmt also p stark ab, so muss V umgekehrt proportional dazu größer werden.Google Scholar
  13. 22.
    Carl Gustav Patrik de Laval, schwedischer Ingenieur (*1845 †1913), baute eine Dampfturbine mit einer Beschaufelung, deren hintere Konturen die Form von konvergent/divergenten Düsen hatten, umso hohe Abströmgeschwindigkeiten erreichen zu können.Google Scholar
  14. 25.
    Evtl. bereits für den Airbus A340–600, sicher aber für den A380 wird es im Cockpit eine Anzeige für den Schub in % geben. Dieser Schub wird dann vom Bordcomputer aus diversen Flugzeug- und Triebwerksdaten berechnet werden.Google Scholar
  15. 26.
    Die automatische Gashebelverstellung (auto throttle) kann alternativ die Machzahl (MACHHOLD) oder die Geschwindigkeit (IAS-HOLD, IAS = indicated air speed) regeln. Darüber hinaus können damit auch Schubbegrenzungen (thrust limits) gesetzt werden, wie Startschub, Steigflugschub oder Reiseflugschub. Die automatische Gashebelverstellung ist nicht mit dem Autopiloten zu verwechseln, der die Aufgabe hat, die laterale und vertikale Bahnführung des Flugzeuges zu gewährleisten, Bild 3–28.Google Scholar
  16. 27.
    Nautische Meile (nm, nautical mile). 1 nm = 1.852 km (6 076 ft). 1 km = 0.54 nm. Der Umfang der Erde beträgt am Äquator 40 000 km = 21 600 nm. Die Erde ist aufgeteilt in 360 Längengrade und 180 Breitengrade. Teilt man den Umfang der Erde durch 360, kommt man auf 60 nm oder 111.111 km Entfernung zwischen den einzelnen Längengraden (Bogengrad). Teilt man den Bogengrad durch 60, erhält man die Bogenminute = 1.852 km oder 1 nmGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004

Authors and Affiliations

  1. 1.Fachbereich Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau Flugzeugtriebwerke und TurbomaschinenHAW - Hochschule für Angewandte Wissenschaften HamburgHamburgDeutschland

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