Flugzeugtriebwerke - Grundlagen, Aero-Thermodynamik, ideale und reale Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen, Komponenten, Emissionen und Systeme

Vorwort zur dritten Auflage

Vorwort zur zweiten Auflage

Vorwort zur ersten Auflage

Inhaltsverzeichnis

Formelzeichen

1 Einführung

1.1 Physikalisches Prinzip des Strahlantriebs

1.2 Strahltriebwerke sind Wärmekraftmaschinen

1.3 Geschichtlicher Werdegang des Strahlantriebs

1.4 Technische Methoden des Strahlantriebs

1.5 Einteilung der Flugantriebe

1.6 Der Strahlantrieb als bevorzugter Flugzeugantrieb

1.7 Welches Triebwerk bei welcher Geschwindigkeit?

2 Klassifizierung der Flugzeugtriebwerke

2.1 Turbostrahltriebwerke

2.2 Wellenleistungstriebwerke

2.3 Zusammenfassung

3 Was man weiß – was man wissen sollte

3.1 Energie, Arbeit und Wirkungsgrad

3.2 Thermodynamischer Arbeitsprozess

3.3 Statischer Druck und Totaldruck

3.4 Temperatur und Wärme

3.5 Statische Temperatur und Totaltemperatur

3.6 Reynoldssches Ähnlichkeitsgesetz

3.7 Strömungsgrenzschichten

3.8 Widerstand umströmter Körper

3.9 Auftrieb umströmter Körper

3.10 Kompressible Gasströmungen

3.11 Düsen und Diffusoren

3.12 Wie und wo entsteht der Schub?

3.13 Änderungen von Geschwindigkeit, Druck und Temperatur innerhalb eines Triebwerks

3.14 Wie viel Schub braucht ein Triebwerk?

3.15 Fluggeschwindigkeit, Knoten und Machzahl

3.16 Schub, Leistung und äquivalente Leistung

4 Hauptkomponentenbeschreibung und zugehörige Technologien

4.1 Triebwerkseinlauf

4.2 Verdichter

4.3 Brennkammer

4.4 Turbine

4.5 Schubverstärkung

4.6 Schubdüse

4.7 Schubumkehrer

4.8 Zukünftige Technologien

5 Triebwerksschub

5.1 Impulssatz

5.2 Allgemeine Schubgleichungen

5.3 Sonderfälle der Schubgleichungen

5.4 Zulauf- und Gondelwiderstand

5.5 Äußere Einflüsse auf den Triebwerksschub

5.6 Triebwerksleistungsstufen

6 Definitionen und Grundlagen

6.1 Bezeichnungen und Bezugsebenen

6.2 Spezifischer Schub

6.3 Spezifischer Brennstoffverbrauch

6.4 Einheitsmasse, Stirnflächenschub und Schubverhältnis

6.5 Charakteristische Kenngrößen am Beispiel ausgeführter Turbojet- und Turbofantriebwerke

6.6 Wellenvergleichsleistung von Turboproptriebwerken

6.7 Spezifischer Brennstoffverbrauch und Einheitsmasse bei Wellenleistungstriebwerken

6.8 Idealer Kreisprozess und spezifische Nutzarbeit

6.9 Nutz-, Schub- und Verlustleistung

6.10 Thermischer Wirkungsgrad

6.11 Arbeitsverhältnis

6.12 Vortriebswirkungsgrad

6.13 Gesamtwirkungsgrad

6.14 Beispielrechnungen

6.15 Einige wissenswerte Zusammenhänge und Anmerkungen

6.16 Basisauslegung eines einfachen Turbojettriebwerks

6.17 Basisauslegung eines einfachen Turbofantriebwerks

7 Parametrische Kreisprozessanalyse idealer Flugzeugtriebwerke

7.1 Turbojet ohne Nachbrenner

7.2 Ramjet

7.3 Ergebnisdarstellung für Turbo- und Ramjet

7.4 Turbojet mit Nachbrenner

7.5 Turbofan mit separaten Schubdüsen

7.6 Turbofan mit Strahlmischung

7.7 Turbofan mit Strahlmischung und Nachverbrennung

7.8 Turboprop

7.9 Turboshaft

7.10 Turboshaft mit Rekuperator

7.11 Rekuperativer Turbofan mit Zwischenkühlung

8 Thermische Turbomaschinen

8.1 Grundlagen und Begriffe

8.2 Axialmaschinen

8.3 Radialmaschinen

8.4 Dreidimensionale Strömungen

8.5 Verluste in thermischen Turbomaschinen

9 Triebwerkseinlauf

9.1 Subsonischer Einlauf

9.2 Supersonischer Einlauf

10 Verdichter

10.1 Einleitung

10.2 Verdichterwirkungsgrade

10.3 Auslegungsgesichtspunkte für Axialverdichter

10.4 Verdichterkennfeld

10.5 Instabile Verdichterzustände

10.6 Fortschrittliche Verfahren der Axialverdichtergestaltung

11 Brennkammer

11.1 Einleitung

11.2 Eigenschaften von Flugzeugbrennstoffen

11.3 Basiseigenschaften von Brennkammern

11.4 Brennstoffdüsen und Zündung

11.5 Schadstoffemissionen

11.6 Charakteristische Kenngrößen

12 Turbine

12.1 Einleitung

12.2 Turbinenwirkungsgrade

12.3 Auslegungsgesichtspunkte für Axialturbinen

12.4 Turbinenkennfeld

12.5 Turbinenmaterialien

12.6 Turbinenkühlung

12.7 Festigkeit von Rotorschaufeln

13 Schubdüse

13.1 Eigenschaften und Aufgaben

13.2 Rückwirkung der Schubdüse auf die Triebwerksleistung

13.3 Konvergente Schubdüse

14 Reale Triebwerkskreisprozesse

14.1 Thermodynamische Betrachtung des realen Turbojetkreisprozesses

14.2 Synthesebasiertes Berechnungsverfahren für Turbojet- und Turbofantriebwerke

15 Triebwerkslärm

15.1 Akustische Grundlagen zum Triebwerkslärm

15.2 Lärmregularien

15.3 Schallquellen

15.4 Schallreduzierende Maßnahmen

16 Triebwerkssysteme

16.1 Hilfseinrichtungen und Hilfsgeräte

16.2 Elektronische Triebwerksregelung

16.3 Triebwerkleistungssteuerung

16.4 Brennstoffsystem

16.5 Ölsystem

16.6 Wärmemanagementsystem

16.7 Internes Triebwerksluftsystem

16.8 Verdichterluftregelsystem

16.9 Triebwerksvereisungsschutz

16.10 Gondelbelüftung und Schutz vor Überhitzung und Feuer

Anhang A Thermodynamik thermischer Turbomaschinen sowie idealer und realer Arbeitsfluide

A.1 Thermodynamik thermischer Turbomaschinen

A.2 Thermodynamik idealer und realer Arbeitsfluide

A.3 Einige Grundlagen rechtsläufiger Kreisprozesse

Anhang B Kompressible, isentrope Strömungen idealer Gase

B.1 Schallgeschwindigkeit

B.2 Kompressibilität

B.3 Machsche Linie, Verdichtungsstoß und Expansionswelle

B.4 Formeln für kompressible, isentrope Strömungen idealer Gase

B.5 Stetig verlaufende isentrope Strömungen

Anhang C Impulssatz für stationäre Strömungen

C.1 Impuls

C.2 Masse

C.3 2. Newtonsches Axiom

C.4 Substanzielle Änderung von Strömungsgrößen

C.5 Allgemeiner Impulssatz der Mechanik

C.6 Schwerpunktsatz der Mechanik

C.7 Differenzialquotient nach Leibniz

C.8 Reihenentwicklung nach Taylor

C.9 Äußere Kräfte

C.10 Gewichtskraft

C.11 Druckkräfte an den freien Flächen

C.12 Stütz- oder Haltekräfte

C.13 Wahl der Kontrollfläche

Anhang D Umrechnungsfaktoren zwischen physikalischen Dimensionen aus dem englisch/amerikanischen und dem deutschen Sprachbereich

Anhang E Daten ausgeführter Flugtriebwerke

Anmerkungen zur Bezeichnung von Triebwerken

Anhang F Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften von Verbrennungsgasen

F.1 Reaktionsstöchiometrie

F.2 Spezifische Wärmekapazität

F.3 Molmasse und spezifische Gaskonstante

F.4 Enthalpieänderung

F.5 Entropiefunktion

F.6 Der FORTRAN 95 Quellcode

Literatur

Sachverzeichnis