Dr. András Jancsó Flugzeug-triebwerke

1. Dr. András JancsóFlugzeug-triebwerke

2. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore Bei einem Flugmotor handelt es sich um eine Verbrennungskraftmaschine, am häufigsten in Form eines Kolbenmotors, die speziell für den Einsatz in einem Fluggerät konstruiert wurde. Aufgrund dieses Umstandes werden an einen Flugmotor besondere technische sowie auch gesetzliche Anforderungen gestellt. Dieses verhindert bis auf wenige Ausnahmen den Einsatz von vergleichsweise preisgünstigen PKW- oder Motorradmotoren. • Anzani W-Motor, erster kommerziell erfolgreicher Flugmotor

3. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore TechnischeAnforderungen: • Startleistung (in der Regel nur kurzzeitig, im Reiseflug reduziertaufi.a. 75%), • höchste Leistungsdichte, • günstiges Leistungsgewicht, • geringer spezifischerVerbrauch, • Zuverlässigkeit, • geringe Stückzahlen, • hohe Entwicklungskosten, • gesetzliche Nachweispflichten (Zertifizierung) Ergebnis: seit Jahrzehnten praktisch unveränderte Flugkolbenmotoren, (technischer Stand der frühen 1960er-Jahre).

4. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore TechnischeAnforderungen: • Startleistung (in der Regel nur kurzzeitig, im Reiseflug reduziertaufi.a. 75%), • höchste Leistungsdichte, • günstiges Leistungsgewicht, • geringer spezifischerVerbrauch, • Zuverlässigkeit, • geringe Stückzahlen, • hohe Entwicklungskosten, • gesetzliche Nachweispflichten (Zertifizierung) Ergebnis: seit Jahrzehnten praktisch unveränderte Flugkolbenmotoren, (technischer Stand der frühen 1960er-Jahre).

5. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore TechnischeAnforderungen: • 1 - Propeller • 2 - Welle • 3 - Kurbelzapfen • 4 - Zylinder • 5 - Zylinderkopf • 6 - Kolben Ergebnis: seit Jahrzehnten praktisch unveränderte Flugkolbenmotoren, (technischer Stand der frühen 1960er-Jahre).

6. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore TechnischeAnforderungen: • p - Verbrennungsdruck • A - Kolbenfläche • Fk- Kolbenkraft • r - Kurbelradius • s - Kolbenhub • P - Wellenleistung Ergebnis: seit Jahrzehnten praktisch unveränderte Flugkolbenmotoren, (technischer Stand der frühen 1960er-Jahre).

7. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore ZurGeschichte der Entwicklung: 1903. : erstererfolgreicherbemannter, gesteuerterFlug: OrvilleWright fliegt mit der Kitty Hawkzwölf Sekunden lang in der Luft und legt dabei 37 Meter zurück. • Motor: • 77 kg schwer, • Wassergekühlt, • Vierzylinder-Viertakt-Benzinmotor, • Leistung: 12 PS

8. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore ZurGeschichte der Entwicklung: Aufgrund der Änderungen der Ansaugluftdichte und der Lufttemperatur, abhängig von der Flughöhe des Fluggerätes, ergabsichder Zwang nach geeigneten Regelvorrichtungen für die Gemischbildung. Durch Motoraufladungbleiben Flugmotoren auch in großer Höhe leistungsfähig. Im Zweiten Weltkrieg und bis in die 1950er-Jahre wurden Kolbenflugmotoren mit bis zu 2942 kW (4000 PS) Startleistung und mehr als 50 Liter Hubraum produziert, um die Jagdflugzeuge, Bomber und großen Passagiermaschinen zu motorisieren.

9. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Gesetzliche Anforderungen: • Aufgrund der öffentlichen Sicherheit werden für Flugmotoren strenge Auflagen erteilt. Der Ausfall eines Flugmotors kann zu einem tödlichen Unfall führen. • Deswegen werden vom GesetzgeberumfassendeSicherheitsmassnahmenfür die Zulassung als Flugmotor gefordert: • umfangreiche Zuverlässigkeitsnachweise, • ein doppeltes Zündsystem, • strengesWartungsplander Motoren, • nach 2500 Betriebsstunden eine vollständige Motorüberholung mit Austausch der Laufgarnitur.

10. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung • Gemischbeeinflussung • starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung

11. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Es sind zwei voneinander unabhängige Zündanlagen vorgeschrieben, die auch gleichzeitig benutzt werden. Im Falle des Ausfalls einer Anlage darf der Leistungsabfall infolge verschlechterter Zündung 5 Prozent nicht überschreiten • Gemischbeeinflussung • Starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung

12. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Gemischbeeinflussung • Das Benzin-Luftgemisch muss dem geringeren Luftdruck in der Höhe angepasst werden. Dazu gibt es einen vom Piloten zu bedienenden Hebel, der direkt auf die Gemischbildung einwirkt. Nur in seltenen Fällen werden Einspritzanlagen oder Vergaser mit automatischer Gemischkorrektur eingesetzt. • Starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung

13. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Gemischbeeinflussung • Starrer Nockenwellentrieb • Die Nockenwelle darf nur über Zahnräder oder eine Königswelle angetrieben werden – Zahn- oder Steuerriemen sind nicht gestattet, da diese reißen können. Häufig werden die Ventile über Stößel statt von einer obenliegenden Nockenwelle betätigt. • Luftkühlung • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung

14. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Gemischbeeinflussung • Starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • Eine Luftkühlung ist leichter als eine Flüssigkeitskühlung und kann nicht ausfallen. Zudem ist der Betriebsbereich relativ konstant und nicht einem häufigen Wechsel wie im PKW unterworfen, was das Einhalten der idealen Motortemperatur erleichtert. • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung

15. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Gemischbeeinflussung • Starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • relativ große Hubräume • Flugzeugmotoren müssen sehr hohe Leistungen bereits bei niedrigen Drehzahlen (2500-2700 U/min) erbringen. Alternativ können Untersetzungsgetriebe verwendet werden. • geänderte Schmierung

16. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Unterschiede zum PKW-Verbrennungsmotor: • Doppelzündung: • Gemischbeeinflussung • Starrer Nockenwellentrieb • Luftkühlung • relativ große Hubräume • geänderte Schmierung • Flugzeugmotoren müssen im Extremfall (Kunstflug) auch über Kopf funktionieren und ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden.

17. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Einteilung von Kolbenflugmotoren: • nachdemVerwendungszweck(Sport-, Zivil-, Militärversion) • nachdemArbeitsverfahren(Otto, Diesel, Wankel) • nachdemArbeitsprinzip(Viertakt, Zweitakt) • nach der Bauform(unterschiedlicheZylinderanordnungen)

18. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor

19. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor

20. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor

21. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor einreihigesSternmotorimZusammenbau

22. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor einreihigesSternmotorimZusammenbau • Pratt & Whitney R-985 Sternmotor mit Townend-Ring

23. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen Neunzylinder-Sternmotoreiner Boeing Stearman PT-13D • Gegenkolbenmotor einreihigesSternmotorimZusammenbau • Pratt & Whitney R-985 Sternmotor mit Townend-Ring

24. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor zweireihigesSternmotoraufgeschnitten

25. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor

26. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • Ansaugkanal für das vom Vergaser aufbereitete Gemisch • Mechanischer Lader (hier: Flügelzellenlader; im Original Zentrix-Lader) • Frischgaskammer zum Speichern und Verteilen an die Zylinder • Überdruckventil (Waste-Ventil) • Auslass-Kurbeltrieb • Einlass-Kurbeltrieb (läuft circa 20° nach, zum Erreichen einesasymmetrischen Steuerdiagramms) • Zylinder mit Ein- und Auslassschlitzen • Auslass, Anschluss für die Auspuffanlage • Wasserkühlmantel • Zündkerze • Gegenkolbenmotor

27. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Bauformen von Fugmotoren: • HängenderReihenmotor • HängenderV-Motor • Boxermotor Vierzylinder, Sechszylinder • Sternmotor • Doppelsternmotor • besondereBauformen • Gegenkolbenmotor JunkersJumo 205D Gegenkolbendieselmotor

28. Flugzeug-triebwerke Flugzeugmotore • Grenzen der Entwicklung Geschwindigkeits-grenze beim Propellerantrieb 1 MACH

29. Flugzeug-triebwerke Geschwindigkeits-grenze beim Propellerantrieb 1 MACH

30. Flugzeug-triebwerke Gasturbinen-Triebwerke

31. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk Luft wird durch die Gebläseschaufeln im Verdichterabschnitt komprimiert, wenn sie in die Turbine eintritt. Sie wird mit Kraftstoff gemischt und im Verbrennungsabschnitt verbrannt. Die heißen Abgase entwickeln Schub nach vorne und drehen die Turbinen-schaufeln und damit die Gebläseschaufelndes Fans und im Verdichterabschnitt und andere Aggregate wie z. B. den Generator und die Hydraulikpumpen. Einlass Niederdruckkompressor (Fan) Hochdruckkompressor Verbrennung Turbine und Schubdüse 6. Heißer Abschnitt 7. Hoch- und Niederdruckturbine 8. Brennkammern 9. Kalter Abschnitt 10. Lufteinlass

32. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk Geschwindigkeits-, Temperatur- und Druckverlaufin der Turbine

33. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk

34. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk Der Verdichter

35. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk

36. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk Die Brennkammer

37. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk

38. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk Die Turbine

39. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk … Abmessungen … (einTurbinenschaufel)

40. Flugzeug-triebwerke Ein typischesGasturbinen-Triebwerk mit Zentrifugalverdichter

41. Flugzeug-triebwerke Turbofan ist ein Strahltriebwerk mit mindestens zwei Wellen, teilweisegetrennten Luftströmen und einer stark vergrößerten erstenVerdichterstufe. Man spricht wegen des zweiten Luftstroms auch vom Zweistrom-StrahltriebwerkoderMantelstromtriebwerk, russische Hersteller sprechen vom Nebenstrom-Triebwerk (Bypass Engine).Praktisch alle strahlgetriebenen Flugzeuge werden mit Turbofans ausgerüstet.

42. Flugzeug-triebwerke Turbofan-Triebwerk von CFM International

43. Flugzeug-triebwerke Turbofan Die erste Stufe der Gasturbine istnur Teil des Verdichters, die den Luftstrom aufteilt in eineninneren Luftstrom (Primärstrom), der in die Gasturbine gelangt (mit Verdichter, Brennkammer und Turbine), und einen äußeren Luftstrom (Nebenstrom oder Sekundärstrom), der durch den Fan außen an der Turbine vorbeigeführt wird. Er wirkt dabei wie ein ummantelter Propeller und erzeugt etwa 80 % des Vortriebs.

44. Flugzeug-triebwerke Turbofan Charakteristisch für einen Turbofan ist das Nebenstromverhältnis. Das ist das Verhältnis der Luftmenge, die außen durch den Fan strömt, zu der Luftmenge, die durch die Gasturbine strömt. Sekundär- und Primärstrom zusammen bewirken den Gesamtschub.

45. Flugzeug-triebwerke Pratt & Whitney JT9D-Turbofan-Triebwerk einer Boeing 747

46. Flugzeug-triebwerke Zwei General Electric TF-39-Turbofan-Triebwerke an der Tragfläche einer Lockheed C-5.

47. Flugzeug-triebwerke Getriebefan Als Getriebefan (engl. GearedTurbofan) werden Turbofan-Triebwerke mit zwei oder drei Wellen bezeichnet, die ein Untersetzungsgetriebe [2](etwa 3:1 bis 4:1) zwischen Fan [1]und Niederdruckturbinebesitzen. Da hiermit die Drehzahl des Fans gesenkt und die der Turbinenstufe erhöht werden kann, können beide Komponenten in ihrem jeweiligen optimalen Drehzahlbereich arbeiten, was Treibstoff spart und den Geräusch-pegel reduziert.Die zusätzliche Masse des Getriebes wird durch eine geringere Masse der schnelllaufenden Niederdruckturbine wettgemacht.

48. Flugzeug-triebwerke GasturbineeinesTurboproptriebwerks • Moderne zivile Strahltriebwerke weisen Nebenstromverhältnisse von 5:1 bis 9:1 aus, militärische Typen etwa bis 1,5:1. Die kommende Generation der zivilen Triebwerkesteigert das Nebenstromverhältnis sogar bis auf 11:1. • Turboprop-Triebwerke erreichen ein fiktives Nebenstromverhältnis (Propellerstrom im Vergleich zum Massenstrom durch das Triebwerk) von etwa 100:1. • A Propeller, • B Getriebe, • C Kompressor, • D Brennkammer, • E Turbine, • F Abgasausstoß.

49. Flugzeug-triebwerke TurboproptriebwerkLycoming T 53 (PropellerabtrieblinksüberReduktionsgetriebe)

50. Flugzeug-triebwerke Einsatzbereichevon Turbotriebwerken