Der Mensch ist nach mehr als einer Million Jahren Evolution die überlegene Rasse auf dem Planeten Erde. Wir haben Wasser, Land und Luft erobert und streben nun danach, sie zu übertreffen. Es gibt zwar eine Fülle von Definitionen, die die Errungenschaften des Homo sapiens quantifizieren könnten, aber eine einzige, die hervorsticht, ist die Technik, insbesondere die Luftfahrttechnik.
Abgesehen vom Pendeln und der Bequemlichkeit haben die Menschen einen Krieg um den Himmel geführt, der definiert, wie weit die Technologie fortgeschritten ist, um uns das Vertrauen zu geben, Hunderte von Metern über dem Boden zu fliegen. Seit den Anfängen der Luftfahrt hat sich die Vorstellung von einem Schiff, das leicht genug ist, um zu fliegen, dramatisch verändert. Flugzeuge können heute den stärksten Stürmen der Natur widerstehen, und das ist vor allem den Motoren zu verdanken, mit denen sie angetrieben werden.
Zu Beginn möchten wir Ihnen sagen, dass wir keine Experten auf dem Gebiet des mechanischen Fortschritts im Bereich der Luftfahrt sind. Aber wir werden unser Bestes tun, um die drei am häufigsten verwendeten Triebwerkstypen zu erklären, die in der heutigen Zeit in Flugzeugen verwendet werden.
Turbojet-Triebwerke. (Bildquelle: Mech4Study)
Turbojet-Triebwerke
Bevor wir uns mit den technischen Einzelheiten eines Triebwerks befassen, müssen wir uns über drei Komponenten im Klaren sein: einen Verdichter, der die Luft unter Druck setzt, eine Brennkammer, in der der Kraftstoff verbrannt wird, und eine Turbine, die wiederum den Verdichter antreibt. Ein Turbotriebwerk an sich ist die einfachste Form eines Düsentriebwerks. Bei einem solchen Triebwerk wird die Luft, die durch die Öffnung an der Vorderseite des Triebwerks angesaugt wird, im Verdichter auf das 3- bis 12-fache ihres ursprünglichen Drucks komprimiert. Diese Luft wird dann in Kombination mit Kraftstoff in der Brennkammer verbrannt, um die Temperatur des Flüssigkeitsgemischs auf etwa 600 bis 700 Grad Celsius zu erhöhen. Wenn die Turbine und der Verdichter effizient arbeiten, ist der Druck in der Turbine fast doppelt so hoch wie der atmosphärische Druck, und dieser Überdruck wird an die Düse weitergeleitet, um einen Hochgeschwindigkeitsgasstrahl zu erzeugen, der den Schub erzeugt. Darüber hinaus kann mit Hilfe einer zweiten Brennkammer, die nach der Turbine und vor der Düse angeordnet ist, ein erheblicher Schub erzeugt werden. Dies führt zu einer erhöhten Temperatur und in der Folge zu einer Steigerung des Schubs um etwa 40 Prozent.
Kurz gesagt, ist das Turbojet ein Reaktionstriebwerk, bei dem sich ausdehnende Gase gegen die Vorderseite des Triebwerks drücken. Das Turbotriebwerk saugt Luft an und komprimiert oder drückt sie zusammen. Diese Gase prallen zurück und schießen aus dem hinteren Teil des Auspuffs heraus, wodurch das Flugzeug vorwärts getrieben wird.
Turboprop-Triebwerke. (Bildquelle: AviationStackExchange)
Turboprop-Düsentriebwerke
Bei einem Turboprop-Düsentriebwerk wird die Turbine im hinteren Teil des Triebwerks durch heiße Gase in Drehung versetzt, und diese drehen eine Welle, die den Propeller antreibt. Dieser Triebwerkstyp ist am häufigsten in kleinen Verkehrsflugzeugen und Transportflugzeugen zu finden.
Ähnlich wie ein Turbostrahltriebwerk hat auch ein Turboprop-Triebwerk einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Die Luft und das Gas werden kombiniert, um die Turbine anzutreiben, die dann den Verdichter antreibt. Im Vergleich zu einem Turbostrahltriebwerk hat ein Turboprop-Triebwerk bei Geschwindigkeiten unter 500 Meilen pro Stunde eine bessere Vortriebsleistung.
Moderne Turboprop-Triebwerke verfügen über einen Propeller mit kleinerem Durchmesser und einer größeren Anzahl von Schaufeln für einen effizienten Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten. Um den höheren Fluggeschwindigkeiten gerecht zu werden, sind die Blätter säbelartig geformt und haben an den Blattspitzen zurückgeschlagene Vorderkanten. Diese Art von Propellern wird als Propfans bezeichnet.
Turbofan-Strahltriebwerke. (Bildquelle: Wikimedia)
Turbofan-Triebwerke
Im Gegensatz zu einem Turbojet, der die gesamte Luft im Inneren des Triebwerks ansaugt, hat ein Turbofan-Triebwerk einen großen Fan an der Vorderseite, der den größten Teil des Luftstroms an der Außenseite des Triebwerks ansaugt. Dadurch ist das Triebwerk leiser und hat bei niedrigen Geschwindigkeiten mehr Schub. Ein Großteil aller Verkehrsflugzeuge wird von diesem Triebwerk angetrieben.
Ein kleiner Teil der Luft tritt in das Triebwerk ein und der Rest wird durch einen Niederdruckkondensator geleitet. Diese Luft kommt dann als kalter Strahl heraus, der dann mit dem Gasgenerator gemischt wird, um einen heißen Strahl zu erzeugen. Das Ziel eines solchen Bypass-Systems ist es, den Schub zu erhöhen, ohne den Kraftstoffverbrauch zu steigern. Dies wird erreicht, indem der gesamte Luftmassenstrom erhöht und die Geschwindigkeit bei gleicher Gesamtenergiezufuhr verringert wird.