Kolbentriebwerke

Es gibt eigentlich nur noch ein paar kleinere Hubschrauber, die mit Kolbenmotoren betrieben werden. Das einzige Plus der Kolbenmotoren sind der geringere Preis und geringere Unterhaltungskosten. Alle anderen Vorteile (z.B. das wesentlich bessere Verhältnis Gewicht/Leistung) liegen beim Turbinentriebwerk. Das zeigt sich u.a. darin, daß einige ältere, ursprünglich kolbenmotorgetriebene Hubschrauber auf Gasturbinen umgerüstet wurden (z.B. Bell 47).

Ich denke, auf die Funktionsweise der Kolbentriebwerke braucht hier nicht weiter eingegangen zu werden, da sie z.B. von der Autotechnik her ausreichend bekannt sein dürfte.
Nur so viel sei dazu gesagt:
Früher war der Sternmotor der am häufigsten verwendete Flugmotor in Flugzeugen und Hubschraubern, verschiedentlich wurden auch Reihenmotoren mit hängenden Zylindern in Flugzeugen benutzt.
Heutzutage werden in der Luftfahrt fast ausschließlich Boxermotoren der Firmen Lycoming, Continental, Limbach und Rotax verwendet (letztere zwei sind umgebaute VW- Käfer- Motoren, während die anderen beiden großvolumige amerikanische Motoren sind, technisch eigentlich total veraltet, aber einfach und zuverlässig). Die Fa. Porsche hatte auch einmal einen Flugmotor entwickelt (als Weiterentwicklung aus dem normalen Automotor), hat sich aber vor ein paar Jahren leider wieder aus dieser Sparte zurückgezogen.

 

Gasturbinentriebwerke

Gasturbine? Hört sich eigentlich gefährlich an. Ist es aber nicht. Das Wortteil "Gas" drückt einfach nur aus, daß diese Turbine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird.
Es gibt zwei Arten von Gasturbinen-Triebwerken:
einmal das Strahltriebwerk, das ein Flugzeug durch den Rückstoß vorwärts treibt. Dieses wird z.B. in den großen Verkehrsflugzeugen und den Jagdflugzeugen eingesetzt
zum zweiten das Wellentriebwerk, dessen Turbine eine Antriebswelle in Drehung versetzt, die dann einen Propeller (TurboProp- Flugzeuge) bzw. einen Rotor (Hubschrauber) antreibt.

Strahltriebwerke

Diese sind vom Aufbau her die einfachere Art,da die Turbinen lediglich für den Antrieb der Kompressoren erforderlich sind

Zu kompliziert? Eigentlich garnicht. Sehen wir uns einfach mal die einzelnen Sektionen an:
Sektion A: das ist der Lufteinlaß ganz vorne am Triebwerk
Sektion B: der Niederdruckverdichter besteht aus mehreren Kränzen von Schaufelrädern, die die Luft immer mehr zusammenpressen. Daher wird ihr Durchmesser von vorne nach hinten immer kleiner
Sektion C: hier teilt sich die Luft einmal in den Luftstrom, der durch die Brennkammer und die Turbinen geht, und den sogenannten Mantelstrom, der das Triebwerk kühlt und später wieder mit dem Turbinenluftstrom zusammenfließt
Sektion D: der Hochdruckverdichter presst den Turbinenluftstrom nochmals extrem zusammen. Auch er besteht aus mehreren Kränzen von Schaufelrädern
Sektion E: dies ist der Bereich der Brennkammern. Hier wird die Luft mit einem Sprühnebel von Kraftstoff angereichert und gezündet. Dadurch dehnt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch "explosionsartig" aus und entweicht nach hinten
Sektion F: die Turbinenstufen. Sie bestehen ebenfalls aus Schaufelradkränzen und werden durch das durchströmende entzündete Kraftstoff-Luftgemisch in schnelle Drehung versetzt. Diese Drehung treibt wiederum die Kompressoren an
1 - Druckverlauf
2 - Temperaturverlauf
3 - Luftgeschwindigkeit
4 - Mantelstromluftf
A - Einlauf
B - Niederdruck-Kompressor
C - Zwischengehäuse
D - Hochdruck-Kompressor
E - Brennkammersektion
F - Turbinensektion
G - Abgaszone
H - Schubdüse
Sektion G: Hier werden Mantelstrom und Turbinenstrom wieder zusammengeführt und durch Verengung nochmals beschleunigt
Sektion H: das Gas tritt mit hoher Geschwindigkeit aus und sorgt nach dem Prinzip Aktion=Reaktion für den Vorschub des Triebwerks und damit des ganzen Luftfahrzeugs.

Wellentriebwerke

Bei diesen treiben die Turbinen nicht nur die Kompressoren an, die Welle geht auch in ein Getriebe, von dem aus der Rotor / Propeller angetrieben wird. Hier wird die Kraft des Luftstroms fast komplett für den Antrieb der Turbinen genutzt, d.h. der Restschub am Abgasrohr ist nur noch gering und hat für den Antrieb des Luftfahrzeugs keine Bedeutung.

Man erkennt eine gewisse Ähnlichkeit zum Strahltriebwerk. Auch hier sehen wir den Lufteinlaß(4), die Kompressorenstufen(5+6), den Brennkammerbereich(7), den Turbinenbereich(8+9) und das Abgasrohr(10).
Aber: die Turbine ist hier unterteilt (in Bereich 8 und Bereich 9). Man nennt diese beiden die Kompressorturbine (in Fachkreisen: n1) und die Arbeitsturbine (n2). Die n1-Turbine hat lediglich die Aufgabe, wie beim Strahltriebwerk, den Kompressor anzutreiben. Die n2-Turbine ist dazu da, eine Welle anzutreiben, die über ein Getriebe den Rotor / Propeller in Bewegung versetzt.
Um die Verwirrung zu vervollständigen: hier ist ein Triebwerk abgebildet, das wie das Strahltriebwerk einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter hat. Dies ist hier nicht unbedingt erforderlich. Es kann sich auch lediglich um einen einzigen Verdichter handeln.

So. Noch Lust, oder Schnauze voll mit technischem Kram?

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Doch noch Lust? Also gut, dann gehts weiter:

Es gibt da so Ausdrücke wie Einwellenturbine und Freiwellenturbine. Was bedeutet das nun wieder?
Eigentlich auch ganz einfach:
Die Einwellenturbine hat nur eine Turbine und eine Welle, die sowohl den Verdichter antreibt, als auch ins Getriebe läuft (z.B. bei der Alouette). Diese Art von Triebwerk erfordert allerdings eine Kupplung zwischen sich und dem Rotor, da es mit fester Verbindung zum Rotor nicht angelassen werden könnte.
Die Zweiwellen- oder Freiwellenturbine hat zwei ineinandergesteckte Wellen. Die eine wird eben von der n1-Turbine angetrieben und dreht den Verdichter, die zweite, die von der n2-Turbine angetrieben wird, ist die Arbeitswelle, die ins Getriebe läuft und damit eben den Rotor antreibt.

Und jetzt gehen wir mal in die Feinheiten (bitte anklicken):

Kompressor (Verdichter)
Brennkammer
Turbine
Getriebe

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