Triebwerksleistung durch Wasser kurzfristig erhöhen

[Simeon S]

Es gibt auch ein Buch dazu: Water injection for aircraft engines
Authors: M.R. Rowe,and G.T.Ladd of Wright Aeronautical Corp., Div. of Curtiss-Wright Corp.. Document Number: 460192 (SAE TRAN., VOL. 540)

[roadrunner]

wow wow wow, ich muss schon schreiben, junge junge.

ihr seid ja wie die kleinen wölfe die schon wochen lang hingern und dann auf einmal ein ganzes reh vorgesetzt bekommen.

kompliment in die runde - da fühle ich mich gut aufgehoben.

ich habe mir natürlich auf meinen kopf zerbrochen bevor ich euch gefragt habe. mir ist auch klar das man dieses verfahren heute nicht mehr anwendet bzw. es besser mittelchen gibt für TO/GA kurzeitig mehr schub herbeizuführen. ich bilde mir mal ein meinem physikunterreicht gehöhrt zu haben, dass der wirkungsgrad einer thermischen maschine (und ein solches ist ja das triebwerk) steigt, je höher der energieunterschied zwischen innen und außen ist - als in diesem fall die temperatur.

allerdings bin ich dabei nicht sicher, da ja ein jedes triebwerk ein wenig leistung verliert wenn z.b. in einem monsunregen fliegt (was doch eigentlich der gleiche effekt sein müsste).

viel eher glaube ich, dass es an der kühlung der brennkammer liegt, aber ich bin kein pilot (und noch kein wartungstechniker - hoffentlich bald) und dachte mir ihr wisst das sicher.

ich freue mich wenn diese diskussion weiterlebt und bedanke mich bei euch für eure großartiken beiträge.

[Airbus3103]

Hallo Leo,
heute wird das bei modernen Triebwerken nicht mehr gemacht, da sie auch so genug Leistung bringen.
Simeon hat die Wirkung von Wasser- Metanolgemisch durch Einspritzung schon erklärt. Es wurde destelliertes Wasser und Metanol eingespritzt z.B. beim RR Spay Engine welches unter anderem auf der BAC 1-11 saß.
@Rolf, bei dem Unfall mit der BAC bei Hamburg sind die Triebwerke nicht explodiert, sondern die Triebwerkleistung ging durch Einspritzung von Kerosin drastisch in den Keller bis hin zum Ausfall und das im climb out. Wäre da bei der Notlandung die Brücke nicht gewesen hätten vieleicht alle überlebt.

mfG Claus

[Leo]

Das mit dem Prinzip einer thermischen Maschine stimmt schon, nur misst man die Leistung eher am Schub und nicht daran, wie heiss das Ding wird. Den grössten Schub eines modernen Triebwerks gewinnt man aus dem Nebenstrom durch den auch die grösste Luftmasse fliegt.
Durch den Core geht im Normalfall nur noch ein Viertel wenn nicht gar noch weniger. 7:1 und dergleichen gibt es ja auch schon. Man nennt dies das Bypassverhältnis. Im Endeffekt kann man auch durch die Triebwerksdrehzahlen nicht unbedingt wissen, wie stark die Leistung im Moment ist. Wir auf F70 haben, so wie auch zB die 747-400 eine EPR Indication mit der man eigentlich am ehesten sieht, wie groß die Leistung ist, die im Moment erbracht wird. EPR bedeutet Engine Pressure Ratio und gibt das Verhältnis zwischen Kompressoreinlass und Turbinenauslassdruck an.
Die Temperatur in der Brennkammer ist natürlich sehr hoch, gemessen bzw. angezeigt bekommen wir aber nur die Turbine Gas Temp also TGT genannt.
Einen Schubverlust wegen Regen halte ich für unwahrscheinlich, wohl auch aufgrund dessen, dass es bei Regenfall keine Beeinträchtigungen bei der Take Off Berechnung gibt ausser die, die durch die nasse Piste entstehen. Das hat aber eher mit Rollwiderstand bzw. Bremswirkung zu tun und nichts mit der Leistung des Triebwerks.

Leo

PS: Aber jetzt weiss ich wenigstens genau, was das Methanol in Kombination mit Wasser bewirken soll.

[Rocher Volant]

Der primäre Grund für die Wassereinspritzung ist die damit verbundene Schuberhöhung. Die zusätzliche Masse des Wassers erhöht den Gesamtmassenstrom und damit den Schub (Impulssatz).

Hier die entsprechende Schubgleichung:



Allerdings hat die Wassereinspritzung auch einige Haken, die in den anderen Postings schon genannt wurden.

Schönen Sonntag,
Peter

[Blackbird]

Howdie Roadrunner!

Leider ist ein Triebwerk entgegen Deiner Vermutung keine Wärmekraftmaschine (das ist eine Dampfmaschine oder ein Stirlingmotor), auf die Deine Regel anzuwenden wäre. Flugzeuge fliegen entweder mit Kolbenmaschinen (Verbrennungsmotor) oder mit Strömungsmaschinen (Turbinen).

Die Effektivität einer Kolbenmaschine beruht darauf, aus möglichst wenig Volumen vor der Verbrennung (viel kalte Luft und Flüssigkeit) möglichts viel Volumen zu erzeugen (heißes Abgas). Das bedeutet, die Temperaturdifferenz zwischen angesaugten Betriebsstoffen und ausgestoßenem Abgas sollte möglichst hoch sein. Eine Strömungsmaschine ist um so effektiver, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen ausgestoßenem und umgebendem Medium ist. Daher ja auch wie Leo schreibt die Hauptleistung aus dem Nebenstrom, der ja aus nicht erhitzter Umgebungsluft besteht.

Mirko

[Simeon S]

Mirko, ein Triebwerk ist schon eine Wärmekraftmaschine. Im Gegensatz zum Kolbenmotor mit intermittierendem Kreisprozeß ist der einer Turbine ein kontinuierlicher. Aber es sind doch alle Elemente vorhanden - Verdichtung, Verbrennung, Expansion. Die Berechnung des Wirkungsgrades eines Turbostrahltriebwerkes ist von vielen Einzelwirkungsgraden abhängig. Dazu gehören Einlaufdiffusor bzw. Gondelgeometrie, Verdichterwirkungsgrad, Verbrennungskammerwirkungsgrad, Wirkungsgrad der Schubdüse und Vortriebswirkungsgrad(abhängig vom Verhältnis der Geschwindigkeit des Schubstrahls und der Außenströmung - Thema Bypass zur Verringerung der Schubstrahlgeschwindigkeit). Auf dem Bild ist der ideale Kreisprozess eines Triebwerks zu sehen. Wie Mirko schrieb sollte die Differenz Austrittstemperatur - Umgebungstemperatur möglichst gering sein, da sich daraus die abgeführte Wärme qab = Energieverlust ergibt. Je höher dann T4 (Brennkammeraustritt- bzw. Turbineneintrittstemperatur) und je niedriger T9 (Düsenaustrittstemp.) sind (so hat es Roadrunner sicher gemeint), um so höher ist der Schub. Die Turbinenarbeit aT enspricht übrigens genau der Arbeit aV, die in den Verdichter gesteckt wird.



Cheers,

Simeon

[Rolf]

Hallo Claus!
Ist schon verdammt lange her mit dem Unfall, Du hast Recht , die Brücke war das Verhängnis. Mir kam nur das mit dem Wasser sofort in den Sinn.
Gruß
Rolf

[Blackbird]

Howdie!

Für die Formulierung gehöre ich mit Wattebäuschen gesteinigt. In meinem Posting steht, daß eine Turbine eine Strömungsmaschine ist - was sie nicht daran hindert, gleichzeitig eine Wärmekraftmaschine zu sein und das liest sich in der Tat nicht so. Nur sind die Regularien über die Wirkung einer Strömungsmaschine halt "stärker" als die der allgemeinen Wärmekraftmaschine.

Mirko

[DO 228 Flieger]

Das ist ja reinste Thermodynamik.... bin leider gerade dabei auf meine Prüfung in dem Fach zu lernen und deshalb zur Zeit nicht allzu gut darauf zu sprechen aber dennoch kann ich noch was beitragen:

Heute werden in modernen Gasturbinen welche fest zu Lande oder mobil auf Schiffen installiert sind mit der Einspritzung von Wasser optimiert.

Wie ganz richtig genannt erhöht sich zum einen der Massenstrom m(.)
Zum Anderen wird auch die Temparatur am Turbinrad reduziert was es ermöglicht eine höhere Drezahl zuzulassen.

Außerdem wird (je nach Ort der Einspritzung) das Verdichten durch Abkühlung erleichtert und der in der Luft befindliche Sauerstoffanteil erhöht was die Verbrennung fördert und es ermöglicht mehr Kerosin einzuspritzen.

In modernen Flugzeugen wird zur optimierung der Leistung entweder die Bauform als Mantelstromtriebwerk verwand oder bei geringem Platzangebot der gute alte Nachbrenner der nochmals Kerosin in die Düse einspritzt. Der Wirkungsgrad sinkt allerdings bei diesem Verfahren.

Gruss Pat