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Fragen zur APU
Guten Abend!
Ich habe hier ein paar Fragen zur Hilfsturbine, die sich ja im Heck eines jeden Jets befindet. Wie genau funktioniert die APU? Ich denke mal, die Funktionsweise ist doch deutlich unterschiedlich zu normalen Triebwerken. Ich frage mich, woher die APU die nötige Luft herbekommt. Richtige Bilder von einer APU (außer vielleicht die beiden unten) hab ich noch nicht gesehen, weshalb ich mir auch nicht ganz so viel darunter vorstellen kann. Kann mir jemand erklären, wie dieses Teil im Genauen funktioniert? Damit die Erklärungen vielleicht einfacher zu machen sind, habe ich hier ein paar Fotos zusammengesucht: http://www.airliners.net/open.file/408774/L/ Hier soll was von einer APU zu sehen sein, ich kann damit nicht ganz soviel anfangen http://www.airliners.net/open.file/405244/L/ http://www.airliners.net/open.file/367679/L/ Nebenbei: Was sind das für komische Platten, die da oben auf dem Heck zwischen Flosse und Elevator aufgestellt sind, jeweils 4 auf jeder Seite? http://www.airliners.net/open.file/327291/L/ http://www.airliners.net/open.file/325414/L/ http://www.airliners.net/open.file/282799/L/ http://www.airliners.net/open.file/249051/L/ http://digilander.libero.it/andreatheone/1-9/8/APU.gif http://65.110.243.81/images/747%20200%20apu.jpg |
Die APU ist wie ein kleines Triebwerk aufgebaut. Verdichter (meistens Radial) Brennkammer und Turbine. Die APU liefert Strom (Generator) und Luft, die vom Verdichter abgenommen wird. Sie dient hauptsächlich für die Versorgung am Boden. Bei Flugzeugen mit zwei Triebwerken dient sie auch als Backup in der Luft aber meistens nur für die Stromversorgung.
Die vier "Bleche" die am Heck der B737 zu sehen sind, nennen sich Vortex Generator und beeinflussen die Strömung. Wie sich Vortex Generator auf die Strömung auswirken, das zu erklären überlasse ich lieber Bengel oder Peterle. Da die es bestimmt besser erklären können, als Pysiker, die sich mit Strömungslehre beschäftigen. mfG Claus |
Danke dir Claus.
Ich habe noch eine Frage zu der APU-Door. Ich denke mal, diese Klappe geht nur beim Anlassen der APU auf, und dient als Luftansaugöffung. Gibt es diese Klappe bei jedem Flieger, oder gibt es auch permanent offene Luftöffungen im Heck? Ich habe nämlich auf manchen Bilder keine Doors ausmachen können. Ich stelle jetzt mal eine blöde Frage: Ich kenn mich Motoren nicht so gut aus, aber könnte man eigentlich nicht auch eine Art Diesel-Aggregat statt Turbin als APU nutzen? Schließlich könnte doch ein Kolben-Triebwerk die gleichen Aufgaben erfüllen wie eine APU-Turbine. |
Die Flieger die ich kenne haben ein Inletdoor. Der Grund, verhindern von Windmeeling. Die APU würde die ganze Zeit leicht mitdrehen und das führt auf Dauer zu Lagerschäden.
mfG Claus |
Jesko,
im Prinzip hast du Recht, aber oberhalb einer gewissen Leistungsfähigkeit (etwa ab 500 PS) ist ein Turbinenmotor leichter als ein Diesel- oder Benzinmotor. Ich glaube, das ist der Hauptgrund gegen die Verwendung in Flugzeugen. Eine APU für ein mittleres oder größeres Flugzeug muss schon 1000 und mehr PS leisten. Ein Generator z.B. leistet schon so um die 100 kW und die Kompressorleistung für die Triebwerkstarter und Klimaanlagen ist auch nicht gerade gering. Das Ganze muss dann meistens auch noch bis hinauf in Höhen von ca. 20000 Fuß bzw. 40000 Fuß (dann gibts aber meistens nur noch Strom vom Generator aber keine Druckluft mehr) funktionieren. Das erfordert bei Kolbenmotoren auch schon wieder einen (Turbo-) Lader usw. Happy landings! HP |
Hallo A380Flieger,
da die Antwort so deutlich noch nicht gefallen ist: Die APU funktioniert eigentlich genauso wie die Triebwerke. Einzige Unterschied ist das Ziel. Bei den Triebwerken soll die Strömung beim Austritt noch eine gewisse Geschwindigkeit haben, um den Schub zu produzieren. Bei der APU ist der Schub unwichtig, man kann also das Gas weiter entspannen ... Prinzipieller Aufbau: - Einlauf - Fan - Abzweigen Außen und Innenkreis Weiter im Innenkreis: - Verdichter mit Diffusor - Brennkammer - Turbin - Düse Innenkreis - Düse Außenkreis Manchmal werden Innen- und Außenkreis gemischt. So ich mich richtig erinnere, gibt es 777s mit sogenanntem Blütenmischer. Das sind diese welligen Düsen ... Ansonsten gibt es zwei Düsen - eine für den Außenkreis und eine für den Innenkreis. So meine Erinnerung mich hier auch nicht trügt, ist das CFM56 (737) ein schönes Beispiel. PMDG hat das glaube ich sehr schön modelliert ... Yo, das Leistungsgewicht einer APU ist halt geringer als das eines Diesels und einen besseren Wirkungsgrad hat sie auch noch :-))) Ferner produziert sich auch gleich Bleed-Air, da gibt es beim Diesel auch gleich Probleme ... Die 727 hat z.B. den Exhaust über der rechten (?) Flügelwurzel und den Inlet im Main-Gear-Bay. Deswegen läuft bei der 727 auch nix in der Luft "mit" APU. Soweit. Grüße, Ingo |
Hallo Ingo,
vielen Dank für deine ausführliche Erklärung. Aber wenn der Inlet im Fahrwerksschacht ist, dann kann die APU ja nur laufen, wenn das Fahrwerk ausgefahren ist. Oder brauchte man damals die APU nur am Boden? Ich habe noch zwei Fragen: Wo befindet sich die APU bei der MD-11/DC-10? Siehe erstes Bild. Zur 737: Was ist das für eine runde Vertiefung im Heck zwischen Strobe und APU-Exhaust? http://www.airliners.net/open.file/325414/L/ |
@Ingo ich habe noch nichts von einem außen und Innenkreis gehört. Was soll das sein und welchen Sinn hat das?
@A380 genau die APU der B727 kann nur am Boden betrieben werden. Die ersten B727 wurden ohne APU ausgeliefert. Später nachgerüstet hatte man halt nur Platz im Fahrwerkschacht. Die Apu ist auf den Keel Beam, das ist ein Holm geschraubt. Anhang eine Zeichnung/Schematik der APU einer B737NG Ein paar Leistungsdaten: Gewicht:177Kg RPM: 48.800 Pneumatik Power up to 17.000feet Elec. Power bis 32.000feet 90KVA Elec. Power bis 41.000feet 66KVA Fuel Consumtion ca. 150KG/H mfG Claus |
O jeh, ich...
... sehr die "vier Bleche" am Heck nicht... :( :heul: .
Bin ich blind? :eek: Ich kenn' Vortexgeneratoren auf den Tragflächen (vorderes Drittel) mancher Maschinen, senkrecht stehende kleine Bleche, die jeweils gegeneinander etwas verdreht sind (ich such' noch ein Bild). Sie erzeugen Wirbel (Wirbel sind sehr stabil), die (Strömungs-)Energie von vorne nach hinten transportieren und so z.B. die Ablösung in der Nähe der Flügel-Hinterkante herauszögern, da, wo die Strömung besonders bei hohen Anstellwinkeln schon recht langsam ist. Wer zeigt mir denn jetzt nochmal die vier Bleche hinten... :( Viele Grüsse Peter (montagsblind... ) P.S. Jetzt hab' ich sie... :) Hmm... erstmal keine Ahnung, warum *da* Vortexgeneratoren sind... kann das was damit zu tun haben, dass zwischen Höhen- und Seitenflosse ja ziemlich giftige Strömungs/Druckverhältnisse auftreten? Stichwort Interferenzwiderstand? Ich werd' mich mal kundig machen... |
Hallo zusammen,
@a380flieger: Richtig - APU in der Luft ist bei der 727 nicht ... @Claus: Die Unterteilung in Außen und Innenkreis ist spezifisch für das Zweikreistriebwerk (wie der Name fast schon sagt). Nach dem Fan wird der Luftstrom in zwei Luftströme aufgeteilt: einer geht am Kerntriebwerk vorbei (Außenkreis) und der andere Luftstrom durch das Kerntriebwerk durch. Also durch Verdichter, Brennkammer und Turbine. Bei http://www.mtu.de gibt es unter specials das Thema "wie funktioniert ein Triebwerk". Bei der Flash-Animation sieht man schön, die Aufteilung in Innen und Außenkreis hinter dem Fan :-) Sinn des Ganzen ist es durch den höheren Massenstrom (großer, langsamer Fan) den Schub gegenüber den Einkreistriebwerk zu erhöhen. Vor allem hat man prinzipiell zwei Schrauben, an denen man den Triebwerksschub einstellen kann: 1. Massenstrom also die Menge an Luft, die pro Sekunde durch das Twk strömt 2. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Eintritt und Austritt (Stichwort - Impuls=Masse*Geschwindigkeit) Mit dem Fan erhöht man den Massenstrom und bringt so mehr Schub zu Stande. Vorteil ist, daß durch die niedrigere Strömungsgeschwindigkeit (der Lärm des Triebwerksstrahl ist proportional zur 8. (!!!!) Potenz der Strahlgeschwindigkeit) das ganze Triebwerk leise wird. Das Stichwort, das vielen geläufig sein dürfte ist das Nebenstromverhältnis µ. Das Nebenstromverhältnis gibt das Verhältnis des Massenstroms im Innenkreis zum Außenkreis an. Normale Werte heutezutage sind so um die 5-6. Es strömt also in der selben Zeit das sechsfache an Masse durch den Außenkreis gegenüber dem Innenkreis. Die Austrittsgeschwindigkeit erhöht man dann wiederum mit einem Nachbrenner ... Hoffe, mein Beitrag trägt zur Klärung bei ? Grüße, Ingo |
@Danke Peter für deine Unterstützung, sonnst erkläre ich es als Techniker und da gibt es bestimmt wieder Proteste von den Physikern. Du hast es aber so erklärt, wie ich es auch mal gelernt habe.
@Hallo Ingo, was Du da erklärst ist ein Triebwerk und die kenne ich wie unsere APUs in und auswendig. Ich beziehe mich auf die APU und da schreibst Du von zwei Kreisen, oder sollte das ein Mißverständnis sein. Ich kenne weder beim Airbus noch bei der Boeing eine APU mit zwei Luftkreisen. Noch habe ich etwas von zwei Einspritzdüsen in Bezug auf diese gehört. Also was meinst Du? mfG Claus |
@A310: Vielen Dank für das Material! Man kann auf der Skizze ja deutlich sehen, wie am Anfang des "Auspuffs" ein geschwungenes Rohr abzweigt. Dieses führt dann oberhalb des Exhaust hin, aber auf den Außenansichtfotos kann ich dort gar keine Öffnung sehen. Ich könnte mir vorstellen, dass sich dahinter eine Art Klappe verbirgt. Was ist das für ein Teil?
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@Claus: Hupsi, ist wohl ein Mistverständnis meinerseits :-) Die zwei Kreise bezogen sich auf das Triebwerk ... APU mit zwei Kreisen ist wohl unsinnig. Da will man ja den Massenstrom nicht erhöhen ...
Ansonsten gilt für die APU das selbe Prinzip. Die Entspannung erfolgt sogar auf einen Druck unter Umgebungsdruck. Danach Verzögerung der Strömung in einem Diffusor, um wieder auf Umgebungsdruck zu kommen. Sorry, hatte eben Flugantriebe Prüfung, da bin ich thematisch wohl befangen gewesen ;-) Grüße, Ingo |
@Ingo kein Problem:)
@Jesko das obere (Rohr) gibt es nur bei der B737NG und ist auf einem deiner Bider zu sehen. Über das Rohr wird mit Hilfe der Injektorwirkung Kühlluft von aussen angesaugt und über den Ölkühler geführt und geht dann über das normale (untere) Abgasrohr wieder nach aussen. mfG Claus |
Aha, danke.
Mir ist gar nicht aufgefallen, dass ich zufälligerweise nur Fotos von 737NGs rausgesucht hatte, hier hab ich noch mal welche von der Classic, und die haben in der Tat keine "Ölkühler-Kühlluft-Ansaugöffnung". http://www.airliners.net/open.file/535753/L/ http://www.airliners.net/open.file/548385/L/ |
VORTEX-Generatoren erzeugen kleine Wirbelströmungen, die als Schicht zwischen Tragfläche und der Primärströmung (dies ist die darübergleitende Luft) liegt und daher auch Sekundärschicht genannt wird. Sie dient quasi als Gleitlager für die Luftströmung.
Vortex-Generatoren sorgen gewissermassen für einen Energieausgleich, wenn die Luftströmung abzureißen droht in der Form, daß die primäre Luftströmung den Vortex-Wirbeln Energie entzieht, so ihr Energiedefizit ausgleicht und damit länger anliegen kann. Wirbel benötigen ja bekanntermaßen Energie und speichern diese in Form bewegter Luft, also als kinetische Energie. Daraus bedient sich die darübergleitende Luft. Also genau das, was Peterle oben schon gesagt hat...... Zur Erinnerung: es kommt zum Strömungsabriss, wenn die Luft auf der Oberseite nicht mehr genug kinetische Energie hat, um die Strömung aufrecht zu erhalten. Im Grunde genommen nimmt man den Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung vorweg, was ja physikalisch Strömungsablösung bedeutet. |
Hallo zusammen,
um zum Thema Vortex-Generators auch noch was zu schreiben ... Vortex = Wirbel, Vortex-Wirbel = Wirbel-Wirbel ;) Ahh, habe eben einiges zusammengeschrieben gehabt, dabei aber verstanden (glaube ich), was Bengel meint. Vielleicht würde ich es lieber Impulsaustausch nennen als Energieaustausch ... obwohl sich durch den Impulsaustausch die kinetische Energie der Moleküle sicherlich ändert ... stoßen zwei Kugeln zusammen ist das doch auch kein Energieaustausch, oder ? :confused: Laminare Strömungen haben keinen Impulsaustausch senkrecht zur Strömungsrichtung, turbulente Strömungen schon. Deshalb können turbulente Strömungen auch bei niedrigeren Drücken/Geschwindigkeiten noch anliegen, als laminare Strömungen ... Auf jeden Fall heißen Vortex-Generatoren immer Verluste und damit schlechte Auslegung im Sinne der Strömung. Alternativen: - Grenzschichtabsaugung - schnell strömende Luft einblasen ... Grüße, Ingo |
Zitat:
Hier habe Bildchen von der MD11 APU: http://homepage.boku.ac.at/shuss/eddf/P1010163.jpg http://homepage.boku.ac.at/shuss/eddf/P1010162.jpg Hier noch eine ausgebaute CRJ APU: http://www.fysb.de/viewfile.htm?Pax_...OGNkYjc5ND.jpg ...und wenn die APU keine Bleedair liefert muss man "Hand anlegen": http://www.luftfahrt.net/galerie/showpix.php?id=7652 |
Ingo, bezüglich der Verluste bzw. Widerstände noch ein Wort: die sind im Reiseflug erstaunlicherweise kaum größer als ohne Vortex-Generatoren. Wie gesagt, ich schrieb "kaum größer", es gibt einen geringfügigen, praktisch aber vernachlässigbaren Widerstandszuwachs, daher werden Vortex-Generatoren auch problemlos bei schwach motorisierten Flugzeugen anwendbar. Dies kann man physikalisch auch gut erklären, sollte also nicht so verwundern.........
Mit Impulsen im Sinne der physikalischen Bewegungsgröße Impuls hat dies nur insofern zu tun, als halt jeder bewegte Körper einen Impuls hat in der Größe Masse mal Geschwindigkeit. Hier wird aber tatsächlich Energie übertragen (wenngleich von Impulsen im Sinne von Kraftstoß zwischen den Luftteilchen). Die Primärschicht, also jene Luft, die "laminar" über die Fläche strömt, holt sich die kinetische Energie, die bei großen Anströmwinkeln zur Bewältigung des Weges über die Tragfläche fehlt, aus der Wirbelenergie der turbulenten Grenzschicht (Sekundärschicht), welche die Vortex-Generatoren erzeugten. Grundsätzlich gibt es keine Energieübertragung senkrecht zur Strömungsrichtung, da aber turbulente Strömung partiell in jede Richtung strömt (welche ein deutsch ;)), gibt es immer irgendwo irgendein Teilchen ("Luftmolekül"), welches sich gerade passend bewegt und "verfügbar" ist. Der Trick an der Sache ist, die Grenzschicht vorzeitig und gezielt vom laminaren in den turbulenten Zustand überzuführen, um in den Wirbeln Energie zu speichern, die zur Aufrechterhaltung einer "laminaren" Primärströmung später (als in Strömungsrichtung am Ende der Fläche) notwendig ist. |
Tja, da kann ich...
... nichts mehr sagen - ich seh's genauso.
Vielleicht zwei kleine Ergänzungen: Hier ist eine URL eines Herstellers, der Vortex-Generator-Kits für GA-Flugzeuge herstellt: http://www.knots2u.com/PA-32%20VG%20Kit.htm Auch hier werden die Dinger nicht nur an der Flügelvorderkante installiert, sondern auch im Bereich der Flossen. Zu Energie- und Impulsänderung: Es geht ja eins ohne das andere nicht, küchenphysikalisch ;) könnte man sagen, es sind eigentlich zwei Seiten einer Medaille: Änderung des Impulses *über die Zeit* ist Kraft. Änderung der Energie *über einen Weg* ist auch Kraft. Die Grössen hängen halt (zumindest, solange keine Quanteneffekte hineinspielen :D ) untrennbar zusammen. Viele Grüsse Peter |
Wieder mal so ein typischer Foren-Verlauf :D
Einer fragt bezüglich APU, und am Ende landen wir bei was ganz anderem ....:) APU und Vortex .... PS: "küchenphysikalisch".... erinnert an Jean Pütz (im positivsten Sinne!!) Natürlich hängen kin. Energie und Impuls zusammen, in beiden ist ja die Geschwindigkeit bestimmende Größe bei konst. Masse..... ich wollte eiegntlich nur darauf verweisen, daß es primär um Energiespeicherung und -transfer geht...... |
Hallöle,
Zitat:
Zitat:
Habe eben (tatsächlich zufällig) ein bisserl Aero gelernt und welches Thema ? Strömungsablösung ... ;) Wer dazu Gleichungen sucht sollte mal nach den Prandtlschen Grenzschichtgleichungen gucken ... Die Grenzschichtdicke ist übrigens als die Dicke definiert bei der die lokale Strömungsgeschwindigkeit 99% der Strömungsgeschwindigkeit im "Unendlichen" erreicht hat ... falls es jemanden interessiert. Auch wenn das eine Grundsatzdiskussion lostreten kann - mich fasziniert es immer wieder, daß Boeing Vortex-Generatoren verbaut und so meine Erinnerung mich nicht trügt auf den Flügeln der Airbusse neuerer Generation keine zu finden sind ... Um kurz unseren Flugantriebe Prof zu dem Thema zu zitieren "Wenn sie jetzt zu einem vorhandenen Kerntriebwerk einen vorhandenen Einlauf dazubauen wollen, in dem die Strömung ablöst - wie können sie den Einlauf retten ?" - Antwort die angesprochenen Mechanismen zum Erzeugen turbulenter Strömungen ... Das spricht wieder für die Boeing Philosophie, man nehme ein paar Brocken, von entwickelten Flieger und bastel diese Zusammen. So die Strömung nicht passt, klebt man halt Vortex-Generatoren hin :D Okay, ist nicht ganz so, ich weiß ... Grüße, Ingo |
Übertragen kannst Du Energie sehr wohl, nur halt nicht "vernichten" oder erzeugen" im geschlossenen Systemen, weißt ja, Energieerhaltung...... aber wahrscheinlich meinen wir dasselbe und reden bloß verschieden darüber
Beispiele für Energieübertragung und Umformung gibt es genug, Bremsen von kin. Energie (Bewegung) auf Wärme, chemische Energie in Wärme und Licht (Taschenlampe), ..... Ich denke, Airbus kann VG´s nicht nützen, denn bei einer A340 (egal ob -200 oder -600) ist das bestimmende Element des Anstellwinkels bei Start und Landung der Hecküberhang (tail strike) und nicht die Aerodynamik der Tragfläche. Boeings "Bastelstrategie" hat sich ja angesichts seiner derzeitigen Marktlage überholt :p nur unterschätzen sollte man die Jungs dort nicht....... Ich bin gerade dabei, in meine PSS A320 am Bildschirm mit dem Taschenmesser Absaugeschlitze einzuritzen, mal schauen was passiert...;) Frage: wo hat Boeing Vortex-Generatoren (ausgenommen am Seitenleitwerk)? |
@Huss: Vielen Dank für die Bilder, Sigfried!:)
@Bengel: Eigentlich ist das völlig ok. Ich habe nach APU und nach VG gefragt, und diese physikalische Diskussion verfolge ich interessiert mit, auch wenn ich nicht alles verstehe.;) |
Na, dann darf ich...
... auch Alfred nochmal necken: Wenn Du Schlitze für die Grenzschichtabsaugung in Deinen A320 schnitzt, dann musst Du Ingo aber vermutlich Lizenzgebühren bezahlen. :eek:
Darum: Ich glaub, die Idee, die Grenzschicht auf diese Weise so lange wie möglich laminar zu halten, stammt aus den 20er Jahren... von Prandtl... :D Mir ist es nicht so gut ergangen: Ich hab versucht, Vortexgeneratoren auf das *Laminarprofil* der (Flusi-)FK9 zu kleben.. war nicht sooo optimal... :) Viele Grüsse Peter P.S. Zur allfälligen Erklärung: Beim Laminarprofil erfolgt (wegen der zurückgelegten "dicksten Stelle" ) der Grenzschichtumschlag laminar zu turbulent (mehr Widerstand dann) später als beim Normalprofil. Vortexgeneratoren machen aber gerade (kontrollierte) Turbulenz - die Kombination wäre also *normalerweise* nicht so empfehlenswert... normalerweise :) |
Zitat:
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Hi nochmal,
interessante Diskussion - schön ! Zitat:
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Ich meine es war sogar 1904 als Prandtl zum ersten mal die Grenzschicht thematisiert hat ... Zitat:
Zitat:
http://www.airliners.net/open.file/523459/M/ http://www.airliners.net/open.file/490837/M/ Bei der 767 auf der leading edge der Flaps -tststs ;) http://www.airliners.net/open.file/477717/M/ http://www.airliners.net/open.file/429839/M/ Bei der 707 meinte ich auch mal welche auf dem Flügel gesehen zu haben. Habe kein passendes Bild gefunden ... Grüße, Ingo |
uff, bin aber froh daß da keine Gebühren fällig werden...... ;)
Grenzschichttheorie issja nix anderes als Strömung unter Berücksichtigung der Reibung, ohne Reibung isses Gasdynamik. PS: Danke für die Bilder, mir ist dies noch nie aufgefallen in der Realität. Beim nächsten Flug werde ich die Augen mal ganz weit öffnen....... |
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