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Bergfalke3

Widerstand eines stillgelegten Triebwerks

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Moin,

 

ich hätte da mal gern ein Problem, vielleicht weiß ja wer bescheid.

 

Wie ich hörte, ist es durchaus üblich, bei einem vierstrahligen Flugzeug, wenn eines der Triebwerke nicht mehr kann, dieses stillzulegen, heimzufliegen und es dort erst instandzusetzen. Dabei, hab ich mir erklären lassen, wird das Triebwerk mit einem Spanngurt gesichert, dass es sich nicht drehen kann. Ok, denk ich mir, macht Sinn, hat bestimmt was mit der Schmierung zu tun, die nicht so gut funktioniert, wenn das alles nicht normal läuft oder sonst einen mechanischen Grund.

Aber nein, ich hab mir weiter erklären lassen, dass so ein Triebwerk wenn es sich mitdrehen darf mehr Luftwiderstand macht, als wenn es blockiert ist. Hier fängt mein Problem an. Das kann ich mir nicht erklären. Welche physikalischen Grundlagen stecken dahinter?

 

Danke für eure Antworten

Bergfalke3

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Meinem technischen Verständnis nach würde ich es so erklären...

 

Überleg dir mal, welchem Druck die Turbine ausgesetzt wäre, wenn man die Triebwerksschaufeln fixieren würde.

 

Wenn du bei fahrendem Auto einen Ventilator aus dem Fenster hälst der sich nicht drehen darf, musst du ebenfalls deutlich mehr Kraft aufwenden als in dem Fall dass er sich drehen kann.

 

Die Turbine bremst somit das Flugzeug deutlich mehr und macht es u.U. instabil oder zieht es in die Richtung der nicht funktionierenden Turbine.

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Meines Wissens ist der Drag beim stehenden Strahltriebwerk hoeher als beim Windmilling, waehrend beim Prop (in Feathered-Stellung) das Stehen guenstiger ist.

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Ich kenne es anders.

Selbst ein leer drehendes Strahltriebwerk erzeugt noch Schub, da die Luftmasse nach hinten beschleunigt wird.

 

Impuls=Masse x Geschwindigkeit

 

Die Masse wäre die Luftmasse die durch den Fan nach hinten gedrückt wird und die Geschwindigkeit die Differenz zwischen Austrittsgeschwindigkeit und Eintrittsgeschwindigkeit. Ohne Verbrennung wird die natürlich sehr gering sein.

 

Es ist also eine rechnerische Größe und bedeutet nicht im Umkehrschluß, daß ich aus wirtschaftlichen Gründen ein oder zwei Triebwerke abstellen kann.

Ob man bei Überführungen das Triebwerk gegen verdrehen sichert, ist mir jetzt nicht bekannt, müßte man in den Procedures nachschauen.

 

Gruß

 

AOG

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hi und moin,

 

Wie ich hörte, ist es durchaus üblich, bei einem vierstrahligen Flugzeug, wenn eines der Triebwerke nicht mehr kann, dieses stillzulegen, heimzufliegen und es dort erst instandzusetzen.

 

 von üblich kann eigentlich keine rede sein, möglich ist es aber. der zu betreibende aufwand, auch in sachen equipment und personal ist nicht lapidar. mti einfachem "abbinden" des fans isses nciht getan.

 

Aber nein, ich hab mir weiter erklären lassen, dass so ein Triebwerk wenn es sich mitdrehen darf mehr Luftwiderstand macht, als wenn es blockiert ist.

 

 von wem hast du die info? kann ich mir so auf die schnelle auch nciht erklären, ich kann dir aber sagen, dass es je nach grund für den 3 engines ferry flight durchaus "mechanische" gründe dafür gibt, ein triebwerk festzuzurren:

 

- beschädigter fan -> dann darf sich das Triebwerk nicht weiterdrehen, weil weitere teile beschädigt werden könnten

 

- max windmilling time -> legt der hersteller fest, dabei ist aber nur die zeit wärend des fluges gemeint, windmilling am boden, wenn das FLZ abgestellt ist, zählt nicht. liegt beim CFM56 jetzt beispielsweise bei 21 stunden, allerdings zählt die zeit des hinfluges mit, also mitten auf dem atlantik auf dem weg nach südamerika ausgefallen + die zeit des rückflugs.

 

 lange rede kurzer sinn: durch fehlenden oder niedrigen öldruck, weil der geräteträger (gearbox) nicht mehr korrekt angetrieben wird, nehmen die Lager zwangsläufig schaden und dessen wechsel ist recht aufwändig und steht in keinem verhältnis, wenn nur etwas "kleines" defekt wäre.

 

- ölverbrauch: das triebwerk, dass frei im wind dreht, muss die selben auflagen bezgl. des ölverbrauchs erfüllen, wie ein funktionsfähiges, also max verbrauch von ~0.6l/h, wie gesagt, damit die lager keinen schaden nehmen, oftmals ist aber genau das der grund dafür, das ein motor so hinüber ist, das es nur noch mit einem wechsel getan ist.

 

 in der Praxis kann man aber auch ein triebwerk ohne festgezurrten fan überführen, dann müssen eben die oben genannten punkte eingehalten werden.

 

 

 

ob man überhaupt das ganze prozedere durchführt, oder nicht "einfach" den defekten motor wechselt, ist planungssache, bzw. hängt auch von den zur verfügungstehenden resourcen ab. der aufwand, so ein flugzeug entsprechend vorzubereiten, die genehmigungen einholen, die passende crew einfliegen, ect. pp ist wahnsinnig aufwändig, dann noch die einschränkungen bzgl. der flugroute, keine passagiere, spritmehrverbrauch, die anderen 3 triebwerke werden ordentlich gefordert und verlieren wohl einiges an lebensdauer und die option den defekten motor vollens zunichte zu machen.

 

 alles in allem versucht man wo's geht, dem aus dem weg zu gehen. so ein triebwerkswechsel ist erstmal auch nicht so aufwändig, wie manchmal angenommen und mit entsprechend motiviertem team (und im ausland sind das die meisten) geht das auch recht flott (~12-18 stunden, manchmal etwas mehr, je nach erfahrung, aufwand und infrastrucktur).

 

 

 

 

 

 wenn du noch weitere infos zur der aerodramatik bekommst, gerne her damit.

 

 

 

 gruss michi 

 

 

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Aber nein, ich hab mir weiter erklären lassen, dass so ein Triebwerk wenn es sich mitdrehen darf mehr Luftwiderstand macht, als wenn es blockiert ist. Hier fängt mein Problem an. Das kann ich mir nicht erklären. Welche physikalischen Grundlagen stecken dahinter?

 

Erstmal: Ich bin kein Triebwerksexperte und kannte bislang auch nur die Version, dass man ein Triebwerk blockiert um Schmierungsprobleme zu vermeiden. Wenn ich darüber nachdenke macht es durchaus Sinn das Treibwerk auch aus Widerstandsgründen zu blockieren:

Wenn sich die Rotorstufe mitdrehen darf, dann wird die Luft in der Rotorstufe weit stärker beschleunigt als wenn sie einfach zwischen den stehenden Blättern durchströmt. Das bedeutet, dass in der nachfolgenden Statorstufe mehr Druck aufbaut wenn sich die Rotorstufe mitdreht. Alles in allem bedeutet das dann einen höheren Luftwiderstand des Triebwerks.

Vielleicht ist es anschaulicher wenn man sich ein kleines Handwindrad mit 2 "normalen" Propeller vorstellt, die direkt hintereinander stehen, wobei der 2. Propeller (Statorstufe) sich nicht drehen lässt. Wenn sich nun der erste Propeller dreht, dann "brummt" es schon gewaltig wenn man das Ganze durch die Luft zieht. Wenn beide stehen dürfte sich das Windrad leichter durch die Luft bewegen.

 

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Der Druck, der im Verdichter aufgebaut wird, kommt durch die Diffusorwirkung zu stande. Den Diffusor hat man aber auch, wenn der Rotor steht. Bereits durch die Eintrittsgeschwindigkeit baut man im Einlauf (vor dem Fan/Verdichter) durch die "Ram air" Druck auf.

Ich möchte mal behaupten, daß der Luftwiderstand beim stehenden Triebwerk höher ist, da die Luft nicht nach hinten "geschaufelt" werden kann.

Zusätzlich kommt durch den Fan und dem nicht unerheblichen Massendurchsatz im kalten Kreis wieder mein oben beschriebener Impulssatz zum tragen.

 

Ich beziehe mich hier nur auf die Aerodynamik. In der Praxis sind natürlich noch andere Faktoren zu berücksichtigen. Das hat PEOPLES sehr schön geschrieben.

 

Gruß

 

AOG

 

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Wenn sich die Rotorstufe mitdrehen darf, dann wird die Luft in der Rotorstufe weit stärker beschleunigt als wenn sie einfach zwischen den stehenden Blättern durchströmt.

 

Das würde dann doch aber mit dem Arbeitssatz nicht mehr hinhauen. Die durchtströmende Luft beschleunigt den Rotor verliert dadurch aber an Geschwindigkeit. Anschließend soll dann die Luft wieder beschleunigt werden, sodass sie im idealen Fall doch maximal die selbe Geschwindigkeit wie vorher hatte.

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Die Turbine treibt den Verdichter an. Dadurch, daß die Luft verdichtet ist (Diffusorwirkung) kann sich der Prozess in der Turbine umdrehen (Düse).

Da hier natürlich die Verbrennung fehlt, hat man nur die Energiezufuhr aus der Fluggeschwindigkeit (Erhaltungssatz der Energie).

Das bedeutet:

1. Die Luft kommt in das Triebwerk, verdichtet sich, wandert nach hinten, erwärmt sich( Steigerung des Druckes), kommt in die Turbine, entspannt sich, Turbine treibt Rotor an.

2. Luft kommt in das Triebwerk, verdichtet sich, wird beschleunigt, verdichtet sich, bremst dadurch ab, wird warm, kommt in die Turbine und entspannt sich dort und geht mit höherer Geschwindigkeit wieder raus (annähernd Fluggeschwindigkeit)

3. Fan rotiert durch die Turbine angetrieben und beschleunigt die Massen nach hinten.

 

Ich gebe zu, das ist sehr vereinfacht. Ist aber die Funktionsweise des Triebwerkes ohne Kraftstoffzufuhr.

 

Gruß

 

AOG

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Das würde dann doch aber mit dem Arbeitssatz nicht mehr hinhauen. Die durchtströmende Luft beschleunigt den Rotor verliert dadurch aber an Geschwindigkeit. Anschließend soll dann die Luft wieder beschleunigt werden, sodass sie im idealen Fall doch maximal die selbe Geschwindigkeit wie vorher hatte.

Das gilt nur am Anfang. Sobald der Rotor auf Drehzahl ist beschleunigt der Rotor die durchströmende Luft. Der Stator bremst das ganze wieder -> Verlustleistung

Im stehenden Zustand des Rotor "schlängelt" sich die Luft idealerweise s-förmig durch den Rotor und Stator hindurch.

 

 

Die Turbine treibt den Verdichter an. Dadurch, daß die Luft verdichtet ist (Diffusorwirkung) kann sich der Prozess in der Turbine umdrehen (Düse).

Da hier natürlich die Verbrennung fehlt, hat man nur die Energiezufuhr aus der Fluggeschwindigkeit (Erhaltungssatz der Energie).

Das bedeutet:

1. Die Luft kommt in das Triebwerk, verdichtet sich, wandert nach hinten, erwärmt sich( Steigerung des Druckes), kommt in die Turbine, entspannt sich, Turbine treibt Rotor an.

2. Luft kommt in das Triebwerk, verdichtet sich, wird beschleunigt, verdichtet sich, bremst dadurch ab, wird warm, kommt in die Turbine und entspannt sich dort und geht mit höherer Geschwindigkeit wieder raus (annähernd Fluggeschwindigkeit)

3. Fan rotiert durch die Turbine angetrieben und beschleunigt die Massen nach hinten.

 

Ich gebe zu, das ist sehr vereinfacht. Ist aber die Funktionsweise des Triebwerkes ohne Kraftstoffzufuhr.

 

Gruß

 

AOG

Es geht nur um den Vergleich des Luftwiderstands eines stehenden bzw. drehenden Triebwerks. Das Core-Triebwerk kannst Du dabei meiner Meinung vernachlässigen ohne einen großen Fehler zu machen.

 

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Das gilt nur am Anfang. Sobald der Rotor auf Drehzahl ist beschleunigt der Rotor die durchströmende Luft. Der Stator bremst das ganze wieder -> Verlustleistung

Im stehenden Zustand des Rotor "schlängelt" sich die Luft idealerweise s-förmig durch den Rotor und Stator hindurch.

 

 

 

Es geht nur um den Vergleich des Luftwiderstands eines stehenden bzw. drehenden Triebwerks. Das Core-Triebwerk kannst Du dabei meiner Meinung vernachlässigen ohne einen großen Fehler zu machen.

 

 

Das ist richtig, das Core habe ich auch nur drin, um zu zeigen, warum die Turbine den Fan antreibt.

 

Gruß

 

AOG

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3. Fan rotiert durch die Turbine angetrieben und beschleunigt die Massen nach hinten.

 

 ist aber recht weit hergeholt, oder nicht  ;) wahrscheinlicher ist, das der fahrtwind einfach an den fanschaufel angreift und diese in bewegung versetzt. weil N1 und N2 nicht mechanisch, wohl aber aerodynamisch "gekoppelt" sind dreht dich auch die N2 (und die drehzahl reicht sogar aus um ein triebwerk zu starten)

 

 ansonsten müsste in der turbine (selbst bei hohen fluggeschwindigkeiten) mehr energie der komprimierten luft entnommen werden, als vorher durch den verdichter eingebracht -> irgendwie unlogisch.

 

 

 

 gruss michi

 

 

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Ja, ist sehr theoretisch, gebe ich zu.

Klar reicht der Fahrtwind zum Anlassen.

Allerdings entnimmt die Turbine im Normalfall mehr Energie als vom Verdichter eingebracht. Es wird ja die Energie des gezündeten Gemisches entnommen.

Aber wie gesagt, sehr theoretisch. Ich habe gerade mal in meiner Fachliteratur nachgeschaut und nichts über diesen Fall gefunden. Immer nur mit Zündung, im Stand beim Anlassen oder Anlassen über windmill.

 

Habe auch noch einen Punkt in meiner ersten Argumentation gefunden:

 

Der Impulssatz hat nichts mit dem Widerstand zu tun, sondern muß von dem Widerstand abgezogen werden. Oder vergaloppier ich mich gerade?

 

Gruß

 

AOG

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Selbst ein leer drehendes Strahltriebwerk erzeugt noch Schub, da die Luftmasse nach hinten beschleunigt wird.

Netter Versuch, dann knipsen wir die restlichen drei Motoren auch noch aus und fliegen per "perpetuum mobile".

 

Ein angeblasenes Triebwerk kann nie einen höheren Strahldruck liefern, als die der umströmenden Luft um sie herum. Es stimmt, dass die Turbine "Schub" generiert, der ist aber deutlich geringer, als der am Düsenausgang anliegende Unterdruck, der durch die Umströmung erzeugt wird. Dadurch ist der Luftwiderstand bei mitlaufendem Rotor auch geringer, als wenn die stehende Fläche im Wind steht.

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Netter Versuch, dann knipsen wir die restlichen drei Motoren auch noch aus und fliegen per "perpetuum mobile".

 

Ein angeblasenes Triebwerk kann nie einen höheren Strahldruck liefern, als die der umströmenden Luft um sie herum. Es stimmt, dass die Turbine "Schub" generiert, der ist aber deutlich geringer, als der am Düsenausgang anliegende Unterdruck, der durch die Umströmung erzeugt wird. Dadurch ist der Luftwiderstand bei mitlaufendem Rotor auch geringer, als wenn die stehende Fläche im Wind steht.

 

 

Und was habe ich geschrieben???

Genau weil ich wußte, daß so ein blödsinniger Einwand von " dann machen wir alle Triebwerke aus" kommt.

Eine rechnerische Größe!

 

Gruß

 

AOG

 

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Auch im schärferen Ton wird es nicht richtig, denn ein angeblasener Rotor erzeugt keinen Schub. Der Satz eignete aber so schön zur Überleitung, dass ich ihn trotzdem missbrauchte. Keep cool. B)

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Ein Flugzeugtriebwerk hat selbstverständlich einen deutlich höheren Widerstand, wenn man es festzurrt. Das ist verhältnismäßig einfach zu erklären, man muss dazu nur wissen, wie ein Flugzeugtriebwerk grob aufgebaut ist und das ist einfach, es besteht in der einfachsten Form aus drei Bauteilen: Verdichter, Brennkammer, Turbine

 

Verdichter und Turbine wiederum bestehen aus jeweils zwei Teilen, die man streng voneinander trennen muss, aber unabhängig voneinander keinen Sinn machen: dabei handelt es sich um Rotor einerseits und Stator andererseits. Rotor sind alle rotierenden Teile, Stator alle festen Teile. In Verdichter und Turbine wechseln sich Rotor und Stator stets ab, d.h. die Luft, die durch den Verdichter und anschließend durch die Turbine strömt, strömt IMMER durch einen rotierenden Teil, danach durch einen feststehenden Teil, danach wieder durch einen rotierenden Teil, dannn wieder durch einen feststehenden Teil, etc. IMMER! Immer im Wechsel. Wenn man einen rotierenden Teil und den unmittelbar darauffolgenden feststehenden Teil zusammenzählt, spricht man von "Stufe". Ein 14-stufiger Verdichter setzt sich folglich aus 14 rotierenden und 14 feststehenden Teilen zusammen. Nur mal so als Beispiel.

 

Zur besseren Unterscheidung von rotierenden und statischen Teilen verwendet man auch analog "Laufschaufeln" und "Leitschaufeln". Die Laufschaufeln sind kreisförmig auf der Welle angebracht (um die Welle zu drehen), die Leitschaufeln hingegen sind kreisförmig am feststehenden Gehäuse befestigt. Alle Laufschaufeln auf ein und demselben Kreis bilden das Laufrad, alle Leitschaufeln auf ein und demselben Kreis bilden das Leitrad.

 

Siehe hierzu das folgende Bild zur Veranschaulichung:

http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Schaubil.../gasturbine.jpg

 

Und jetzt wird es einfach, man muss nur den Weg der Luft verfolgen und sich überlegen, was passiert:

 

Die Luft durchläuft ja zunächst den Verdichter. Was geht dort genau ab? Folgendes: Die Luft durchströmt das erste Laufrad des Verdichters und wird dort beschleunigt, das ist das einzige Ziel des ersten Laufrads. Danach strömt es beschleunigt in das erste Leitrad. Dort wird die eben erzeugte Geschwindigkeit in Druck umgewandelt. Nichts anderes. Jetzt gelangt die Luft in das zweite Laufrad, wo sie wieder beschleunigt wird. Dann geht sie ins zweite Leitrad wo die Geschwindigkeit wieder in Druck umgewandelt wird. Und so geht das weiter, bis die Luft die letzte Stufe des Verdichters verlässt. Dann aber hat sie hohen Druck. Mit jeder Stufe (bestehend aus Laufrad-Leitrad) nimmt also der Druck der Luft zu. Nicht mehr, nicht weniger.

 

Unter hohem Druck käme sie nun in die Brennkammer, wo sie zusammen mit Kerosin explosiv verbrennt und unter enormer Geschwindigkeit die Brennkammer verlässt, um dann in die Turbine zu strömen. In der Turbine kehrt sich das Prinzip des Verdichters exakt um! Dort hat man nicht das Ziel, hohen Druck aus Geschwindigkeit zu erzeugen, sondern umgekehrt, man will hohen Druck abbauen und Geschwindigkeit aufbauen. Hier ist es nun so, dass zunächst das Luft-Kerosingemisch ein LEITrad durchströmt (in dem Druck abgebaut und Geschwindigkeit aufgebaut wird) und DANN ERST ein LAUFrad (in dem die Geschwindigkeit des Luft-Kerosin-Gemisches verwendet wird, um technische Arbeit an der Welle zu verrichten. Du merkst: ein Verdichter ist das exakt entgegengesetzte Bauteil einer Turbine:

 

Im Verdichter hat man erst Laufrad, dann Leitrad, in der Turbine umgekehrt

Im Verdichter wird Druck aufgebaut unter Einsatz technischer Arbeit (man muss Energie reinstecken), in der Turbine wird Druck abgebaut und erhält technische Arbeit (man erhält Energie).

 

Und jetzt das Gesamtfazit:

 

Wenn man mit Gurten alle drehenden Teile festzurren würde und folglich nur feststehende Teile hat, dann würde im Verdichter keinerlei Verdichtung stattfinden. Das Prinzip wäre ad absurdum geführt. Die Luft würde im ersten Laufrad des Verdichters (wie oben beschrieben) überhaupt keine Beschleunigung erfahren (weil ja sämtliche Laufräder festgezurrt und keine technische Arbeit an die Luft übertragen werden kann), sondern würde absolut "schlecht" durch sämtliche Stufen hindurchströmen. Einfach so. Ohne dass man von einer gelungenen Strömungsführung sprechen könnte. Es käme - im Volksmund gesprochen - schlicht und ergreifend zu riesigen Verwirbelungen. Strömungsabrisse. Verluste. Man kann das wie gesagt dann gar nicht mehr Strömung nennen. Klar, sie muss irgendwie durchs Triebwerk durch, aber das ist dann in etwa so, wie wenn ein Starkwind durch Manhattan zieht. Mal so rum um den Skyscraper mal so rum um den nächsten Skyscraper. Also absolut willkürlich. Und diese Willkür macht es selbstverständlich, dass der Luftwiderstand damit zunimmt.

 

Das Problem von der ganzen Geschichte ist aber tatsächlich ein anderes: die Willkür der strömenden Luft stellt in meinen Augen eine enorme Belastung der Lager dar. Diese sind dafür ausgelegt, dass sich ein Triebwerk so und so viele Stunden pro Tag, pro Monat oder pro Jahr dreht und zwar unter stabilen Strömungsbedingungen, d.h. unter Betriebsbedingungen. Zwingt man einem Triebwerk hingegen unkonventionelle Strömungen auf, dann führt das zu hohem Verschleiß der Lager, vielleicht sogar Risse. Wenn man miit 800 km/h durch die Gegend fliegt, dann sind da hohe axiale und radiale Kräfte auf die Schaufeln am Werk. Damit man das Triebwerk keine Eigendynamik entwickeln lässt, zurrt man es fest, auch wenn dadurch der Luftwiderstand steigt, weil man es so vor Beschädigungen jedweder Art besser schützen kann.

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Da versteht man warum derFan blockiert wurde...

:rolleyes:

 

http://iagblog.blogspot.com/2007/01/chines...aintenance.html

 

In diesem Fall war aber das blockierte Triebwerk eines der besseren Triebwerke!

 

In MM 71-00-30 Page 201 ist 3 Engine Ferry Flight beschrieben.

Der Rotor sollte möglichst nicht blockiert wegen der Wasserkondensation in den Lagergehäusen und Korossionsschäden.

 

"When the rotor windmills, the oil flows and removes the water condensation from the bearing compartments. Thus, you decrease possible bearing corrosion."

NOTE: It is best to let the engine windmill rather than lock one or the two rotors.

 

Meist ist nur der Fan festgestellt mit Gurten, die den Sitzgurt-Verlängerungen ähnlich sind.

Dadurch kann der N2-Rotor sich drehen....

 

Das geht aber nur, wenn es keine Gearbox-, Ölkreislauf oder ähnliche Probleme gibt!

 

Gruß easaman

 

 

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Energieerhaltungssatz

 

Lässt man die Turbine rotieren, ist der Luftdurchsatz zwar groß, die Luft wird aber in Rotation versetzt, sprich es geht Energie verloren, diese steckt dann in den Turbulenzen hinter dem Triebwerk.

 

Steht die Turbine still, ist der Luftdurchsatz klein, jedoch der Luftwiderstand des gesamten Triebwerks nicht so groß wie befürchtet: Bildlich gesprochen formt die sich vor dem Triebwerk stauende Luft ganz von selbst eine Spitze. Das Experiment gibt es in der Schulphysik auch, ein Strömungskörper, der vorne Stumpf ist aber hinten spitz zuläuft, hat wenig Luftwiderstand, ein Strömungskörper der vorne spitz ist und hinten stump hat einen hohen Lufwiderstand, Kugel liegt dazwischen, vorne spitz und hinten spitz ist nur wenig besser als vorne stumpf und hinten spitz.

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