Problem: Funktionsweise Bypass-Ratio

[Airborne at 100]

Liebe Board-Gemeinde,

seit einiger Zeit beschäftigt mich ein Problem mit dem Nebenstromverhältnis (Bypass-Ratio). Ich habe im PilotsReference Guide (PRG) und bei WIKI (en unter BPR) schon einmal nachgelesen und hier schon einmal hereingeschaut: http://www.pilotenboard.de/viewtopic.php?t=17417&highlight=nebenstromverh%E4ltnis .

Mir geht es um die genaue Funktionsweise des Nebenstromverhältnisses.

Verstanden habe ich m.E. folgendes (auch hier wird um kleinliche Korrektur bei Fehlern gebeten):
• Das Nebenstromverhältnis zeigt das Verhältnis von Mantel(Sekundärluftstrom) und Heißgaßstrom (Primärluftstrom)
• Es reduziert deutlich den Kerosin verbrauch eines Flugzeuges
• Üblich sind heute ( bei Verkehrsflugzeugen ByPass ratios um 9:1)
• Bis zu 90% des eigentlichen Thrust (Schub) kommen bei den Turbofan Triebwerken aus dem Mantelstrom
• Eine ByPass Ratio von 9:1 bedeutet, dass 9kg Luft durch den Mantelstrom geführt werden, während ein Kilo durch den Heißgaßstrom „läuft“.
• Bei Überschallflügen bzw. bei Kampfjets und ähnlichem gibt es nur geringe bis gar keine Verwendung dieser Technik, weil die Abgase aus dem Primärstrom schneller sein muss, als die Geschwindigkeit der Luft.
• Als Nebeneffekt sorgt der kalte Luftstrom für eine Ummantelung der heißen, schnelleren Abgase, und sorgt so für eine deutliche Reduzierung des Geräuschpegels.
• Die Triebwerke haben eine längere Lebensdauer aufgrund der reduzierten thermischen Belastung auf das ganze Triebwerk gesehen.

Mein Problem ist aber jetzt folgendes:
• Warum genau kommen 90% des Schubs aus einer „Umleitung“ um das eigentliche Triebwerk, die ja bis auf den FAN keine zusätzliche Beschleunigung hat?
• Welcher Effekt führt zur Reduzierung des Kerosinverbrauch? Hat die „Kühlung“ etwas damit zutun?
• Einer der Kernsätze aus dem englischen WIKI ist, dass es einfacher oder effizienter ist viel Luft wenig zu beschleunigen, als wenig Luft viel. >> Warum? Kostet es mehr Energie? Ist es vergleichbar wie wenn ich sagen würde (sehr vereinfacht), dass es günstiger ist mit zwei identischen Autos 100 zu fahren als mit einem 200, weil der Spritverbrauch ins exorbitante steigt aufgrund der physikalischen Gegebenheiten?
• Flightstudent777 schreibt im oben genannten PB-Thread:

[joyflight]

neben thermodynamischen effekten, die bestimmt physikalisch in allen auswirkungen kompliziert sind, ist auf jeden fall ein prinzip sehr ausschlaggebend, wie von dir in wiki gefunden:

"• Einer der Kernsätze aus dem englischen WIKI ist, dass es einfacher oder effizienter ist viel Luft wenig zu beschleunigen, als wenig Luft viel."

die beschleunigung nach dem strömungsprinzip stösst auf widerstand, die kraft (aufzuwenden und entsprechend rückstoss) die luft rauszuschleudern hängt von der dichte und der geschwindigkeit ab. ich glaube das problem mit wenig luft schnell = 1., dass man das nicht beliebig steigern kann (z b wenn ich v= unenedlich brauche), um eine gesamt gebrauchte kraft zu erzeugen, 2. und wichtiger ist, dass wenn ein jet knapp unter schallgeschwindigkeit fliegt, die turbine diese luft weit über schall beschleunigen muss, und in dem bereich gibt es große innefizienzverluste (z b umwandlung in wärme = größtes problem eines überschalljets; zusätzlich die sich umkehrenden strömungsverhältnisse wegen komprimierbarkeit der luft)

weiterhin darfst du den "bypass" nicht als (komplette) verschwendung triebwerksseitig sehen, weil wie schon erwähnt nicht die ganze luft vom einlassschaufelrad "verplempert" wird, sondern mit in die einlasskompressoren beschleunigt wird (nur halt so, dass, positiver nebeneffekt, der dreck an der nabe vorbei rausgeschleudert wird)

weitere effizienzsteigerung: der erste ventilator kann aufgrund größe und kleinere strömungsgeschwindigkeit mit "aerodynamischen" methoden arbeiten (ähnlich aerodynamischen flächen), was innerhalb der druckstufen nicht mehr funktioniert und dort somit zu reibungsverlusten führt (also schon vorne im kompressor zu verlusten führt oder führen würde, wenn alles da durch müsste

das ist jetz alles laienhaft aus meiner ATPL theorie (die auch schon ein halbes jahr zurückliegt) widergegeben, aber fakt ist:
- es gibt mindestens 2-3 gründe (vorne am schaufelrad + kompressor, hinten an der turbine und dann im gesamt-strömungspaket beschleunigte luft)
- diese mehreren faktoren summieren sich nicht, sondern sie vervielfachen sich teilweise

praktische aspekte mal ganz weggelassen, die waren ja weniger deine frage (lärm, resistenz, regulierung, strömungsabriss, unempfindlichkeit schmutz und wasser)


ich hoffe das war weder zu technisch, noch zu sehr daneben

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[Airborne at 100]

Vielen Dank joyflight, dass hilft mir auf jedenfall schon sehr weiter! Nebenbei bemerkt - wo liegt der Vorteil im Bezug auf einen Strömungsabriss? Das war mir bisher nicht bewusst.

Eine Frage die vielleicht gar nicht so entscheidend für die Effizienz ist, aber vielleicht einen weiteren Bonus bringt: Wenn der Sekundärstrom den Primärstrom kühlt, bedeutet das nicht, dass dies auch gut ist für den Komrpimierungs- und Verbrennungsvorgang? Denn Flüssigkeiten dehnen sich ja bei Erwärmung aus. Genau das Gegenteil versucht das Triebwerk aber zu erreichen. Ist dies ein eintretender Effekt oder begebe ich mich auf wackligen Boden mit meiner These?

[joyflight]

strömungsabrisse oder unregelmäßigkeiten am triebwerkseingang können zu compressor-stalls und damit ineffizienz oder komplette unwirksamkeit /ausfall des triebwerks führen
ich glaube ungünstige winkel können bei einem kleineren einlass eher zu problemen führen. heir hilft aber keine öffentliche militärstatistik um das zu überprüfen.
ein großer fan hilft eher einen sauberen einlasstrom zu generieren (vor allem wenn noch eindicker vogel, wasser oder schmutz dazu kommen)

deine 2. frage wollte ich in meinem vorigen posting vorweg nehmen mit meiner aussage "sehr komplizierte thermodynamische vorgänge" und hab genau darauf abgezielt. um das detailliert zu klären wäre ein studium der turbinentechnik eher geeignet als dieses forum, aber mit sicherheit gibts dabei sowohl luftstromtechnische als auch materialermüdungstechnische als auch vielleicht noch sonstige effekte die mir nicht spontan einfallen.

wenn du später mal airframes-systems lernst, wird dir deine neugierde sehr entgegen kommen - es gibt auf jeden fall dann noch genug zu tun



gruß,
udo
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[Airborne at 100]

Hallo Udo,

vielen Dank für Deine Mühen ! Ich denke damit sind meine Fragen für das erste geklärt!

(BTW - Ich freue mich auch schon auf den Beginn der ATPL-Theorie )

Viele Grüße