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Strahltriebwerk,

 

Düsentriebwerk, zu den Strahlantrieben gehörendes Triebwerk für Flugzeuge, zum Teil auch für Flugkörper (z. B. Cruisemissile). Die Wirkungsweise beruht auf dem Impulssatz. Der Vortrieb (Schub) ist gleich dem Produkt aus Masse und deren Beschleunigung. Da bei den Luft atmenden Strahltriebwerken die Luft als Oxidator zur Verbrennung und als wesentlicher Anteil der Strahlmasse dient, die Atmosphäre also eine notwendige Voraussetzung für ihre Funktion ist (im Gegensatz zum Raketentriebwerk), sind Strahltriebwerke nur in einem begrenzten Flughöhenbereich nutzbar.

 

Das Arbeitsprinzip der am häufigsten verwendeten Turbinen-Luftstrahltriebwerke, auch TL-Triebwerke, Turbotriebwerke oder Flugturbinen genannt, beruht auf dem der Gasturbine. Vom Triebwerkseinlauf gelangt die angesaugte Luft in einen mehrstufigen Verdichter (Kompressor). In den nachgeschalteten Brennkammern wird der stark verdichteten Luft Kraftstoff zugemischt; hier findet eine kontinuierliche Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches statt. Die stark expandierenden Verbrennungsgase treten mit hoher Geschwindigkeit nach hinten (entgegen der Schubrichtung) durch eine Schubdüse aus. Dabei treiben sie eine Turbine an, die den Verdichterteil und die Nebenaggregate versorgt. Die speziell geformte Schubdüse bewirkt eine weitere Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit und damit die Herabsetzung von Gasdruck und -temperatur.

 

Das Einstromstrahltriebwerk ist die einfachste Bauform eines Turbinen-Luftstrahltriebwerks. Bei ihm sitzen Verdichter und Turbine auf einer gemeinsamen Welle; dazwischen ist das meist koaxiale Ring- oder Einzelbrennkammersystem angeordnet. Die gesamte Luftmenge durchströmt alle Bauelemente, d. h. dieses Strahltriebwerk hat nur einen Strom. Durch eine gewollte Nachverbrennung der aus der Turbine ausströmenden, teilentspannten Reaktionsgase in einem Nachbrenner lässt sich der Schub um 50 % und mehr steigern.

 

Wirtschaftlicher als Einstromtriebwerke sind die Zweistromtriebwerke (Zweikreistriebwerke, ZTL-Triebwerke), auch Mantelstromtriebwerke und Bypass-Triebwerke genannt. Bei ihnen wird nur ein Teil der angesaugten Luftmenge über die Brennkammern in die Turbine geleitet. Der vorher abgezweigte Teil umströmt als sekundärer oder »kalter« Luftstrom das innen liegende Basistriebwerk. Das Nebenstromverhältnis (Bypass-Verhältnis) ist das Verhältnis von sekundärer (kalter) und primärer (heißer) Luft und liegt bei den in Großraumflugzeugen eingebauten Strahltriebwerken zwischen 4 : 1 und 6 : 1. Man spricht bei diesen hohen Nebenstromverhältnissen auch von Fan- oder Bläsertriebwerken (Fan, Bläser oder Gebläserotor heißt das überdimensionierte erste Laufrad des Niederdruckverdichters, das den Nebenstrom beschleunigt). Nach der Art der Zuführung des Haupt- und Nebenstroms unterscheidet man: Front-Fan-Triebwerk mit gemeinsamem Lufteinlauf (die Sekundärluft wird zusammen mit dem Innenluftstrom im Gebläse verdichtet und dann mantelförmig um den Hochdruckverdichter, die Brennkammer und die Turbine geführt) und Aft-Fan-Triebwerk (Heckgebläse-Triebwerk), das keinen gemeinsamen Lufteinlauf hat.

 

Nach der Zahl der Wellen ergibt sich eine weitere Unterscheidung der Turbinen-Luftstrahltriebwerke: Um Strömungsprobleme im Verdichter zu vermeiden, wurden die Zweiwellenstrahltriebwerke und Dreiwellenstrahltriebwerke entwickelt. Sie verfügen über zwei oder drei nicht miteinander verbundene und mit unterschiedlichen Drehzahlen laufende Rotorsysteme, bei denen Nieder- und Hochdruckteile getrennt sind. - Strahltriebwerke bieten die Möglichkeit der Schubumkehr.

 

Beim Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerk, auch PTL-Triebwerk, Turboprop, Propellerturbine genannt, treibt die Turbine neben dem Verdichter noch einen Propeller an, der 70-90 % des Schubes beim Start und bei kleinen Fluggeschwindigkeiten liefert. Am wirtschaftlichsten wird dieser indirekte Strahlantrieb im mittleren Unterschallflugbereich (400-800 km/h) angewendet.

 

Das Staustrahltriebwerk, auch Staustrahlrohr, Ram-Jet, Lorin-Düse und Lorin-Rohr genannt, ist vom Aufbau her das einfachste Strahltriebwerk, da es keine umlaufenden Bauteile besitzt. Die mit Fluggeschwindigkeit zuströmende Luft wird in einem Überschalldiffusor aufgestaut, in der Brennkammer aufgeheizt und dann in einer Schubdüse durch Expansion beschleunigt. Für den Start und kleinere Fluggeschwindigkeiten ist das Staustrahltriebwerk wegen zu geringen Luftaufstaus nicht geeignet, es benötigt hierzu einen Zusatzantrieb. Der günstige Arbeitsbereich für das reine Staustrahltriebwerk beginnt bei mehr als 2,5 Mach. Kombiniert man ein Staustrahltriebwerk mit einem Turbinen-Luftstrahltriebwerk, erhält man die Staustrahlturbine (Turbo-Ram-Jet).

 

Im Gegensatz zum kontinuierlichen Arbeitsprozess der bisher genannten Strahltriebwerke zeichnet sich das Pulsstrahltriebwerk oder Verpuffungsstrahltriebwerk, häufig auch Argus-Schmidt-Rohr, Schmidt-Rohr, Pulse-Jet, Pulsotriebwerk genannt, durch einen diskontinuierlichen (intermittierenden) Gasfluss innerhalb des Triebwerkes aus. Durch mechanisch nicht gesteuerte Einlassklappen (Flatterventile) tritt die Umgebungsluft von vorn in den Brennraum ein. Nach der Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung steigt der Gasdruck stark an, sodass die Einlassklappen von innen her geschlossen werden. Die Gasentleerung erfolgt anschließend durch das Schubrohr. Dadurch fällt der Kammerdruck, die Klappen öffnen sich wieder durch Druck von außen, und der Prozess beginnt von neuem. Pulsstrahltriebwerke sind zwar im Aufbau sehr einfach, haben aber große Lärmentwicklung, geringen Stirnflächenschub und relativ hohen Kraftstoffverbrauch. Die Verwendung (im Zweiten Weltkrieg zum Antrieb der V 1) ist beschränkt auf einzelne Motorsegler, Flugmodelle und Flugkörper.

 

Literatur:

 

K. Grasmann: Die modernen Flugtriebwerke (1982);

 K. von Gersdorff u. a.: Flugmotoren u. S. (³1995);

 A. Urlaub: Flugtriebwerke. Grundlagen, Systeme, Komponenten (²1995).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Düsenflugzeug: Der Abgasstrahl des Strahltriebwerks erzeugt Schub