Wenn Sie an Bord eines Flugzeugs gehen, denken Sie vielleicht nicht viel über die Triebwerke nach. Aber sie sind der einzige Grund dafür, dass 700.000 Pfund Aluminium und Passagiere mit 80 % der Schallgeschwindigkeit durch die Luft rasen können. Wie funktionieren sie also? Schauen wir uns das mal an.
Die Grundlagen
Düsentriebwerke, die auch als Gasturbinen bezeichnet werden, funktionieren, indem sie mit Hilfe eines Gebläses Luft in den vorderen Teil des Triebwerks saugen. Von dort aus komprimiert das Triebwerk die Luft, vermischt sie mit Treibstoff, zündet das Treibstoff-Luft-Gemisch und schießt es hinten aus dem Triebwerk heraus, wodurch ein Schub erzeugt wird.
Das ist eine ziemlich grundlegende Erklärung der Funktionsweise, also schauen wir uns die einzelnen Abschnitte eines Düsentriebwerks an, um zu sehen, was wirklich vor sich geht.
Teile eines Düsentriebwerks
Es gibt 4 Haupttypen von Turbinentriebwerken, aber für dieses Beispiel nehmen wir den Turbofan, den häufigsten Typ von Turbinentriebwerken, den man heute in Flugzeugen findet.
Der Fan
Der erste Teil des Turbofans ist der Fan. Es ist auch der Teil, den man sieht, wenn man auf die Vorderseite eines Jets schaut.
Der Fan, der fast immer aus Titanschaufeln besteht, saugt enorme Luftmengen in das Triebwerk ein.
Die Luft bewegt sich durch zwei Teile des Triebwerks. Ein Teil der Luft wird in den Kern des Motors geleitet, wo die Verbrennung stattfindet. Der Rest der Luft, die so genannte „Bypass-Luft“, wird durch einen Kanal um die Außenseite des Triebwerkskerns geleitet. Diese Nebenluft erzeugt zusätzlichen Schub, kühlt das Triebwerk und macht das Triebwerk leiser, indem sie die Abluft, die aus dem Triebwerk austritt, abdeckt. Bei den heutigen modernen Turbofans erzeugt die Bypass-Luft den Großteil des Schubs eines Triebwerks.
Der Kompressor
Der Kompressor befindet sich im ersten Teil des Triebwerkskerns. Und er komprimiert, wie du wahrscheinlich schon vermutet hast, die Luft.
Der Kompressor, der als „Axialstromkompressor“ bezeichnet wird, verwendet eine Reihe von schaufelförmigen Drehflügeln, um die Luft zu beschleunigen und zu verdichten. Er wird Axialstrom genannt, weil die Luft parallel zur Motorwelle durch den Motor strömt (im Gegensatz zum Zentrifugalstrom).
Während sich die Luft durch den Kompressor bewegt, wird jeder Schaufelsatz etwas kleiner, was der Luft mehr Energie und Kompression verleiht.
Zwischen jedem Schaufelsatz des Kompressors befinden sich unbewegliche, schaufelförmige Schaufeln, die „Statoren“ genannt werden. Diese Statoren (die auch als Schaufeln bezeichnet werden) erhöhen den Druck der Luft, indem sie die Rotationsenergie in statischen Druck umwandeln. Außerdem bereiten die Statoren die Luft für den Eintritt in den nächsten Satz rotierender Schaufeln vor. Mit anderen Worten, sie „begradigen“ den Luftstrom.
Ein Paar rotierender und feststehender Schaufeln wird als Stufe bezeichnet.
Der Combustor
Im Combustor findet das Feuer statt. Wenn die Luft den Kompressor verlässt und in die Brennkammer eintritt, wird sie mit dem Brennstoff vermischt und entzündet.
Das klingt einfach, ist aber ein sehr komplexer Prozess. Das liegt daran, dass die Brennkammer eine stabile Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs aufrechterhalten muss, während sich die Luft mit extrem hoher Geschwindigkeit durch die Brennkammer bewegt.
Das Gehäuse enthält alle Teile der Brennkammer, und darin ist der Diffusor das erste Teil, das arbeitet.
Der Diffusor verlangsamt die Luft aus dem Kompressor, so dass sie sich leichter entzünden lässt. Die Kuppel und der Drallkörper verwirbeln die Luft, so dass sie sich leichter mit dem Kraftstoff vermischen kann. Und die Einspritzdüse, wie Sie wahrscheinlich schon erraten haben, sprüht den Kraftstoff in die Luft und erzeugt so ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, das gezündet werden kann.
Die eigentliche Verbrennung findet dann im Liner statt. Die Auskleidung hat mehrere Einlässe, durch die Luft an verschiedenen Stellen in die Verbrennungszone eindringen kann.
Der letzte Hauptbestandteil ist der Zünder, der den Zündkerzen in Ihrem Auto oder Kolbenmotorflugzeug sehr ähnlich ist. Sobald der Zünder das Feuer entfacht hat, ist es selbsterhaltend, und der Zünder wird ausgeschaltet (obwohl er bei schlechtem Wetter und Vereisung oft als Reserve verwendet wird).
Die Turbine
Nachdem die Luft die Brennkammer passiert hat, strömt sie durch die Turbine. Die Turbine besteht aus einer Reihe von schaufelförmigen Schaufeln, die den Schaufeln des Verdichters sehr ähnlich sind. Wenn die heiße Luft mit hoher Geschwindigkeit über die Turbinenschaufeln strömt, entziehen sie der Luft Energie, so dass sich die Turbine im Kreis dreht und die Motorwelle, mit der sie verbunden ist, antreibt.
Diese Welle ist auch mit dem Gebläse und dem Kompressor verbunden. Durch die Drehung der Turbine saugen das Gebläse und der Kompressor an der Vorderseite des Motors weiter Luft an, die bald mit Kraftstoff vermischt und verbrannt wird.
Die Düse
Der letzte Schritt des Prozesses findet in der Düse statt. Die Düse ist im Wesentlichen der Abgaskanal des Motors, aus dem die Luft mit hoher Geschwindigkeit nach hinten herausschießt.
Hier kommt auch Sir Isaac Newtons drittes Gesetz ins Spiel: Für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Vereinfacht ausgedrückt, wird das Flugzeug nach vorne geschoben, indem die Luft bei hoher Geschwindigkeit hinten aus dem Motor herausgepresst wird.
Bei einigen Motoren befindet sich in der Auslassdüse auch ein Mischer. Dadurch wird ein Teil der Bypass-Luft, die um das Triebwerk herum strömt, mit der heißen, verbrannten Luft vermischt, was das Triebwerk leiser macht.
Alles zusammen
Düsentriebwerke erzeugen unglaubliche Mengen an Schub, indem sie Luft ansaugen, komprimieren, zünden und hinten wieder ausstoßen. Wenn Sie also das nächste Mal in ein Flugzeug steigen, egal ob Sie der Pilot vorne oder der Passagier hinten sind, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um den Ingenieuren zu danken, die es möglich gemacht haben, dass Ihr Jet mit 80 % der Schallgeschwindigkeit über den Himmel rast.
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