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seagull

Warum funktioniert die Schubumkehr?

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Bei dieser Fragestellung wird man sicherlicherlich ersteinmal denken: weil der Schub entgegen der Bewegungsrichtung gelenkt wird.

 

Doch dieser Schub wird im Triebwerk ja zunächst einmal erzeugt. Und hierbei wirkt er "in Bewegungsrichtung" des Flugzeugs.

Der Rotor der Turbine wird durch die Expansion der Verbrennungsgase in Bewegung gesetzt. Dabei entsteht an den Rotorblättern eine den Brennkammern abgewandte Kraft, die von den Lagern aufgenommen wird, und eine Kraftkomponente, die den Rotor in Drehung versetzt. Dieser treibt dann (im 2-Wellen-Triebwerk) den Fan und den Kompressor an.

Dieser wiederum erzeugt vor allem durch den Fan eine "nach vorn" gerichtete Kraft, da der Rotor durch die Arbeit der Luftbewegung einen entgegengestzten Impuls "nach vorn" erhält.

 

Wie kann es nun sein, dass die Schubumkehr einen Teil dieses Schubes entgegen der Bewegungsrichtung lenkt und tatsächlich eine entgegen der Bewegungrichtung gerichtete Kraft resultiert?

Es müsste doch eigentlich die im Fan erzeugte, "nach vorn" gerichtete, Kraft noch wesentlich größer sein?

 

Denn die Übertragung des Bewegungsimpulses kann nur an den Rotorblättern und den Umkehrklappen (und innerhhalb der Brennkammer) erfolgen. Und am Rotor ist "der Schub" am größten, da er hier "erzeugt" wird und relativ gerichtet ist. Die Umkehrklappen lenken die Luft im Anschluß weniger gerichtet nach vorn, wodurch sie einen Impuls entgegen der Bewegungsrichtung erhalten.

Aber dieser Impuls kann doch eigentlich nur wesentlich kleiner sein, als der entgegenwirkende des Triebwerks, da dieses ja den "Luftstrom erzeugt" und einen entsprechend gegengerichteten Impuls erhält?

 

Warum funktioniert die Umkehr trotzdem?

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Schon dein zweiter Satz ist Falsch. Der Schub wir im triebwerk erzeugt, und wirkt entgegen der Bewegungsrichtung, sonst würdest nie vom Fleck kommen.

den Rest hab ich mir nicht genauer durchgelesen, aber vielleicht ist das schon die Llösung deines Problems.

Und bei der Schubumkehr zeigt der Schub in Bewegungsrichtung

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Halte mal einen Papierstreifen vor und hinter einen Ventilator. Hinter (also in Richtung des Luftstroms) dem Ventilator reagiert er noch in großer Entfernung davor erst fast direkt davor. Das liegt daran, dass die Luft aus allen Richtungen angesaugt wird aber gezielt nach hinten beschleunigt wird.

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Hallo Freitag freitagnacht.

 

Was heißt das: „Schon dein zweiter Satz ist Falsch. Der Schub wir im triebwerk erzeugt, und wirkt entgegen der Bewegungsrichtung, sonst würdest nie vom Fleck kommen.“

Meine Frage war, warum die Schubumkehr funktioniert? Und mit meinem dritten Satz meinte ich, dass die (im Triebwerk) nach hinten strömende Luft dort, wo sie in Bewegung gesetzt wird, einen entgegengerichteten Impuls erzeugt. Das war wohl etwas missverständlich?

 

Hallo ilam.

 

Den Zusammenhang mit einem Ventilator verstehe ich in diesem Zusammenhang nicht. Er saugt die Luft aus allen Richtungen vorne an und gibt hinter der Schaufel einen mehr oder weiniger gerichteten Luftstrom ab.

Was hat das mit der Schubumkehr zu tun?

 

Meine Frage ist, warum wird eine rückwärts wirkende Kraft erzeugt, wenn der Großteil des Schubes (->DORT; WO ER ERZEUGT WIRD; AM ROTOR) eine vorwärtsgerichtete Kraft generiert?

 

Das würde doch bedeuten, dass an der Schubumkehr eine größere Kraft erzeugt wird, als das Triebwerk selbst liefert? Dann könnte man weitergedacht das Triebwerk durch die Schubumkehr antreiben, was natürlich unsinnig ist.

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Entscheident ist, was hinten rauskommt! Innerhalb des Triebwerkes kann die Luft keine Schub generieren, da sie Teil des Systems ist. Deswegen ist Dein erster Satz falsch.

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Wie wird denn die Kraft des Luftstroms eigentlich auf das Triebwerk übertragen?

 

Ich war der Ansicht, dass die Luftschaufeln eine Luftmasse in Bewegung versetzen und dadurch selbst in entgegengestzte Richtung gedrückt werden.

 

Für mich ist noch nicht so klar, wie diese Luftmassen an der Austrittsdüse eine Kraft übergeben?

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Hallo Charliebravo,

 

danke für den link.

 

Ich lese hieraus aber nur, dass der beschleunigte Luftstrom den Schub an der Düse erzeugt.

 

Doch wie wird aus der Beschleunigung der Luft in die eine Richtung die Kraft in die andere Richtung auf das Triebwerk übertragen?

 

Dies kann doch nur so geschehen, dass das expandierende Gas einen Druck auf den umgebenden Raum ausübt. Dieser Raum ist an einer Seite geöffnet, durch die das Gas entweicht und folglich in dieser Richtung keine Kraft ausübt. Schließlich wird der das Gas umgebende Körper (Triebwerk) entgegen der Austrittsöffnung gedrückt.

 

Je enger die Austrittsdüse gestellt wird, desto schneller strömt die Luft, desto geringer der Druck, desto geringer die Kraft.

 

Für mich ist hier absolut unklar, aber dennoch absolut offensichtlich, wie die je nach Düsenstellung verschieden schnell ausströmende Luft auf das Triebwerk wirkt? Wo wird die Kraft übertragen?

 

Und für die Schubumkehr ist mir unklar, warum vorn eine Kraft in Flugrichtung wirkt, an der Umkehr in entgegengesetzte Richtung, und die Kraft der Umkehr dominiert?

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Du denkst viel zu genau. Stell Dir das Triebwerk als eine Blackbox vor, die auf der einen Seite Luft einsaugt und auf der anderen rauspustet, dadurch bewegt sich das Flugzeug voran. Was innen passiert, ist dafür komplett egal.

 

Das kombiniere mit dem Ventilatorexperiment. Beim Ansaugen wird fast keine Kraft erzeugt, erst durch das gezielte Ausströmen.

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Naja, das ist eine schöne Antwort, - aber

ein bißchen genauer als; das Auto fährt, weil sich seine Reifen drehen, würde ich es schon wissen wollen...

 

Dass die Luft am Ende schneller aus dem Triebwerk hinausströmt, als sie eingesaugt wird, ist ja nur der Vorgang, den man von außen beobachten kann. Er ist das Resultat aber nicht die Wirkweise...

 

Was geschieht also nun im Triebwerk? Wie wird die nach vorn wirkende Kraft des Luftstroms auf das Triebwerk übertragen? Wie können die Umkehrklappen die nach vorn gerichtete Kraft von Fan, Kompressor und expandierendem Gas übertreffen?

 

...beim Ventilator entsteht außerdem nur an den Luftschaufeln eine Kraft, hier gibt es keine Düse... dieses Beispiel trifft also nur für den Rotor-Teil des Triebwerks zu und spart die Schubdüse aus, aber mir geht es nicht darum, ob die angesaugte, oder die gezielt "weggeschobene", beschleunigte Luft den größten Anteil an der Krafterzeugung hat, denn das ist klar. Mich interessieren die o.g. Fragen

Die Kraft beim Ansaugen ist nebenbei genauso groß, wie die beim "Wegblasen", nur erstere ist ungerichtet und verteilt sich auf viele Richtungen, die sich großteils aufheben, und zweitere ist gerichtet und wirkt daher in annähernd nur einer Richtung...

 

edit:

-ok bei weiterem Nachdenken stimmt es irgendwie schon, dass nur interessiert, "was hinten herauskommt".

 

Im Grunde kann ja das Triebwerk als geschlossenes System betrachtet werden, in dessen Innerem ein Gas zur Expansion gebracht wird. Dieses strömt im Falle der Schubumkehr mehr oder weniger "nach vorn" aus und bremst das Flugzeug ab. Die Kraft wirkt hier also an den Umkehrklappen, da sie den gleichen Effekt haben, als wäre die Öffnung zum Entweichen der Gase vorn am Triebwerk. Folglich wird es "zurück gedrückt".

Dabei wird auch der Teil der Kraft, die das Flugzeug nach vorn zieht, nämlich der der Kompressorluft, übergangen, da der expandierende Gasteil energiehaltiger ist. Die Fanschaufeln (vor dem Kompressor) werden dabei vermutlich in einer "Leerlaufstellung" angestellt, um möglichst wenig Vortrieb zu erzeugen. Sie liefern im "Normalbetreib" den größten Teil des Schubes, und würden andernfalls die Schubumkehr unwirksam machen.

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Guest

Guten Abend ...

 

Was geschieht also nun im Triebwerk? Wie wird die nach vorn wirkende Kraft des Luftstroms auf das Triebwerk übertragen? Wie können die Umkehrklappen die nach vorn gerichtete Kraft von Fan, Kompressor und expandierendem Gas übertreffen?

 

Ich versuchs mal mit einer etwas anderen Erklärung.

 

Als erste mal in normalen Betrieb:

Die Fanblätter im Verdichter liefern schon eine Impuls entgegen der Flugrichtung (Vortrieb) aber der Hauptteil des Schubs entsteht durch thermische Expansion in der Brennkammer. Die Brennkammer ist Richtung Düse geöffnet also drückt das sich expandierende Gas das Flugzeug nach vorne. Wichtig hierbei, dass dies der weitaus größere Teil des Gesamtschubs ist!

Jetzt mit Umkehrschub:

Der Fan macht immernoch dasselbe wie vorher liefert also eine Kraftkomponente die das Flugzeug nach vorne zieht. Der Luftstrom aus der Düse aber wird umgelenkt und zwar entgegen der Strömungsrichtung. Da dieser Teil der Kraftkomponente größer ist, als der durch den Fan gibt es eine resultierende Kraft entgegen der Strömungsrichtung.

WICHTIG auch wenn du die Luft aus der Düse zu 100% umlenken könntest würdest du niemals den selben Schub erzeugen können wie in die andere Richtung (wegen dem Verdichter eben).

 

Ich hoffe die Erklärung hat ein bisschen geholfen.

 

Gute Nacht

Holger

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Ich versuchs mal mit einer etwas anderen Erklärung.
Schau Dir mal die (unmaßstäblichen) Kraftvektoren oberhalb der Schema-Zeichnung bei Wikipedia an.

Egal ob der an der Brennkammer vorbeigeleitete Mantelstrom oder auch die Luft aus der Brennkammer: Beide können erst bei Expandieren Vortrieb erzeugen, dabeimacht der Mantelstrom das Gros des erzeugten Schubs aus.

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Guest
Egal ob der an der Brennkammer vorbeigeleitete Mantelstrom oder auch die Luft aus der Brennkammer: Beide können erst bei Expandieren Vortrieb erzeugen, dabeimacht der Mantelstrom das Gros des erzeugten Schubs aus.

 

Ähm, und wieso sollte der Mantelstrom expandieren? Der Schubanteil des Mantelstroms besteht aus den durch den Verdichter beschleunigten Luftteilchen ähnlich eines Turboprop. Sonst passiert mit dem Mantelstrom doch nix. Unterschied ist nur, dass beim Turboprop alle in der Brennkammer erzeugte Energie die Fans antreibt und beim Turbofan eben ein Teil den Mantelstrom und der Rest als expandirendes Gas aus der Düse austritt. Und der Teil kann umgelenkt werden.

 

Gruß

Holger

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Guest

Moin,

 

ja o.k. aber keine thermodinamische Expansion. Klar wenn ich hinter dem 1. Niederdruckverdichter (Fan) eine Querschnittsverengung habe und danach ein Düse kann ich das als Expansion beschreiben. Allerdings wird hier die Energie ausschließlich durch den über Wellen von der Turbine angetriebenen Verdichter geliefert.

 

Gruß

Holger

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Hi,

 

das liest sich alles recht kompliziert, ist aber gar nicht so.

 

Der Schub wirkt an der Stelle, an der das bewegte Medium den zu bewegenden Gegenstand verlässt.

Und zwar entgegengesetzt der Richtung, in der er diesen verlässt.

 

Was im Gegenstand bzw. im Triebwerk passiert, ist hier erstmal zweitrangig.

Im Triebwerk wird einfach Luft beschleunigt, die das Triebwerk meist hinten verlässt.

Wäre die Düse hinten um 90 Grad gebogen, würde der Schub seitwärts wirken.

 

Gut sehen kann man das beim Senkrechtstarter Harrier; das Triebwerk befindet sich in der Mitte des Rumpfes und es gibt keine "hintere" Düse, sondern seitliche Schwenkdüsen.

Der Schub wird beim Senkrechtstart durch die Düsen in die gewünschte Richtung (unten) gelenkt. Um Fahrt aufzunehmen werden diese dann langsam nach hinten geschwenkt.

 

Ein noch einfacheres Beispiel ist die Schiffsschraube mit Ruder.

 

Hier wirkt der Schub auch an der Stelle, an der er den zu bewegenden Gegenstand, also das Boot, verlässt.

Die Schraube dreht sich immer gleich und schiebt erst einmal nach vorne.

Das durch diese beschleunigte Wasser wird dann durch das Ruder in die gewünschte Richtung gelenkt.

Da aber Schraube und Ruder beide am Boot befestigt sind, wirkt der Schub erst an der Stelle, an dem er das Boot verlässt - und das ist das Ruderblatt.

 

Du musst also Triebwerk und Auslass (Düse) als Einheit sehen und nicht Fan etc. getrennt.

Bei der Schubumkehr wird der Schub durch Klappen etc. ebenfalls umgelenkt und das Flugzeug wird gebremst.

 

Ich hoffe, mein Erklärungsversuch kommt an ;-)

 

Gruß, Olli

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Also bei einem "modernen" Triebwerk , nehmen wir mal an ein CF6-80C2,

welches zum Beispiel unter der B747-400, MD11, A306,A330... hängt. Haben wir ein Schubverhältnis von 80% zu 20%. Das heißt 80 % des Schubes wird von dem Fan erzeugt und 20% nur aus der Schubdüse.

Beim CF6-80 haben wir nur einen Fanschubumkehrer installiert. Dieser lenkt die Luft die vom Fan kommt wieder nach vorne und bremmst das Flugzeug ab. Die Luft aus der Schubdüse hat in dem Leistungsbereich keinen großen einfluss. Bei früheren Modellen des CF6-50 waren auch aft Reverser installiert, welche aber aus Wartungs und Performance Gründen wieder deaktiviert wurden.

By the way ich weiß das CF6-80 ist nicht umbedingt mehr "modern", bevor einwände kommen.

 

MFG

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Betrachte das ganze einfach mal nur mit dem Impuls: Sind die Reverser offen, ist der durch den Reverser nach vorn gerichtete Impulsstrom größer, als der verbleibende nach hinten gerichtete, was eine negative Beschleunigung des Triebwerkes und auch der Flugzeuges zur Folge hat...

 

Die Bewegung erfolgt, weil eine Luftmasse im Triebwerk beschleunigt wird. In welche Richtung diese Austritt, ist völlig schnurz, aber entgegen der Austrittsrichtung erfolgt die Bewegung, daher können manche Flieger mit der Schubumkehr rückwärts rollen...

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Hallo zusammen, es ist eigentlich ganz einfach: Der Schub bei einem Triebwerk berechnet sich aus der Differenz des Impulses am Eintritt und am Austritt des Triebwerks. Wenn man es genau nimmt, muss man noch einen etwaigen Druckunterschied (multipliziert mit der Eintritts- bzw. Austrittsfläche) berücksichtigen, da dies meist jedoch sehr gering ist und die Düse einigermaßen angepasst ist, kann man das vernachlässigen. Was also übrig bleibt sind die Geschwindigkeiten und Massen der Luftströme am Ein- und Austritt. Da im Triebwerk natürlich Energie zugeführt wird, ist der Impuls am Austritt viel größer, sonst würde es ja nicht funktionieren.

Die Sache mit: "der Fan wird nach vorne gedrückt durch die Luft die er nach hinten schiebt", ja das stimmt prinzipiell, allerdings wird die Turbine nach hinten gedrückt durch die ausströmenden Gase der Brennkammer, so dass sich das ungefährt wieder aufhebt.

 

Hoffe ich konnte helfen,

 

Grüße Michi

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