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Flugzeugtriebwerke

Grundlagen, Aero-Thermodynamik, ideale und reale Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen, Komponenten, Emissionen und Systeme

AutorWilly J.G. Bräunling
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl1647 Seiten
ISBN9783540763703
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis179,99 EUR

Das Buch bietet die in der Fachliteratur umfassendste Behandlung aller wichtigen Fragen zu Flugzeugtriebwerken und Gasturbinenantrieben. Eine leicht verständliche Einführung in die Aerodynamik und Thermodynamik hilft Lesern, die Grundlagen der Technik und verschiedene Triebwerkstypen besser zu verstehen. Neu hinzugekommen sind Abschnitte zu realen Triebwerkskreisprozessen und Triebwerkssystemen. In der 3., vollständig überarbeiteten Auflage werden auch neuere Triebwerkstypen wie das Wärmetauschertriebwerk vorgestellt.



Professor Dr.-Ing. Willy J. G. Bräunling studierte Allgemeine Verfahrenstechnik an der FH in Düsseldorf und anschließend Luft- und Raumfahrt an der RWTH Aachen, Dipl.-Ing. 1979; arbeitete als Baureferendar beim Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung sowie als wiss. Mitarbeiter am Institut für Experimentelle Strömungsmechanik des DLR in Göttingen; 1985 Promotion am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der RWTH Aachen; ab 1987 Leitung und Aufbau der Triebwerkssimulation im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt; seit 1992 Professor für Flugzeugtriebwerke und Turbomaschinen am Dep. Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Hamburg.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur dritten Auflage6
Vorwort zur zweiten Auflage8
Vorwort zur ersten Auflage11
Inhaltsverzeichnis13
Formelzeichen28
1 Einführung37
1.1 Physikalisches Prinzip des Strahlantriebs37
1.2 Strahltriebwerke sind Wärmekraftmaschinen40
1.3 Geschichtlicher Werdegang des Strahlantriebs41
1.4 Technische Methoden des Strahlantriebs52
1.5 Einteilung der Flugantriebe58
1.6 Der Strahlantrieb als bevorzugter Flugzeugantrieb60
1.7 Welches Triebwerk bei welcher Geschwindigkeit?63
2 Klassifizierung der Flugzeugtriebwerke65
2.1 Turbostrahltriebwerke67
2.2 Wellenleistungstriebwerke96
2.3 Zusammenfassung108
3 Was man weiß – was man wissen sollte110
3.1 Energie, Arbeit und Wirkungsgrad110
3.2 Thermodynamischer Arbeitsprozess113
3.3 Statischer Druck und Totaldruck116
3.4 Temperatur und Wärme119
3.5 Statische Temperatur und Totaltemperatur120
3.6 Reynoldssches Ähnlichkeitsgesetz124
3.7 Strömungsgrenzschichten127
3.8 Widerstand umströmter Körper132
3.9 Auftrieb umströmter Körper136
3.10 Kompressible Gasströmungen140
3.11 Düsen und Diffusoren145
3.12 Wie und wo entsteht der Schub?148
3.13 Änderungen von Geschwindigkeit, Druck und Temperatur innerhalb eines Triebwerks152
3.14 Wie viel Schub braucht ein Triebwerk?154
3.15 Fluggeschwindigkeit, Knoten und Machzahl156
3.16 Schub, Leistung und äquivalente Leistung158
4 Hauptkomponentenbeschreibung und zugehörige Technologien160
4.1 Triebwerkseinlauf160
4.2 Verdichter169
4.3 Brennkammer192
4.4 Turbine202
4.5 Schubverstärkung222
4.6 Schubdüse237
4.7 Schubumkehrer255
4.8 Zukünftige Technologien262
5 Triebwerksschub280
5.1 Impulssatz280
5.2 Allgemeine Schubgleichungen282
5.3 Sonderfälle der Schubgleichungen304
5.4 Zulauf- und Gondelwiderstand307
5.5 Äußere Einflüsse auf den Triebwerksschub318
5.6 Triebwerksleistungsstufen327
6 Definitionen und Grundlagen346
6.1 Bezeichnungen und Bezugsebenen346
6.2 Spezifischer Schub349
6.3 Spezifischer Brennstoffverbrauch351
6.4 Einheitsmasse, Stirnflächenschub und Schubverhältnis353
6.5 Charakteristische Kenngrößen am Beispiel ausgeführter Turbojet- und Turbofantriebwerke355
6.6 Wellenvergleichsleistung von Turboproptriebwerken359
6.7 Spezifischer Brennstoffverbrauch und Einheitsmasse bei Wellenleistungstriebwerken363
6.8 Idealer Kreisprozess und spezifische Nutzarbeit365
6.9 Nutz-, Schub- und Verlustleistung375
6.10 Thermischer Wirkungsgrad377
6.11 Arbeitsverhältnis381
6.12 Vortriebswirkungsgrad383
6.13 Gesamtwirkungsgrad386
6.14 Beispielrechnungen387
6.15 Einige wissenswerte Zusammenhänge und Anmerkungen396
6.16 Basisauslegung eines einfachen Turbojettriebwerks405
6.17 Basisauslegung eines einfachen Turbofantriebwerks411
7 Parametrische Kreisprozessanalyse idealer Flugzeugtriebwerke420
7.1 Turbojet ohne Nachbrenner421
7.2 Ramjet430
7.3 Ergebnisdarstellung für Turbo- und Ramjet432
7.4 Turbojet mit Nachbrenner452
7.5 Turbofan mit separaten Schubdüsen462
7.6 Turbofan mit Strahlmischung505
7.7 Turbofan mit Strahlmischung und Nachverbrennung518
7.8 Turboprop527
7.9 Turboshaft548
7.10 Turboshaft mit Rekuperator551
7.11 Rekuperativer Turbofan mit Zwischenkühlung566
8 Thermische Turbomaschinen603
8.1 Grundlagen und Begriffe603
8.2 Axialmaschinen637
8.3 Radialmaschinen722
8.4 Dreidimensionale Strömungen779
8.5 Verluste in thermischen Turbomaschinen816
9 Triebwerkseinlauf832
9.1 Subsonischer Einlauf833
9.2 Supersonischer Einlauf865
10 Verdichter891
10.1 Einleitung891
10.2 Verdichterwirkungsgrade895
10.3 Auslegungsgesichtspunkte für Axialverdichter906
10.4 Verdichterkennfeld962
10.5 Instabile Verdichterzustände974
10.6 Fortschrittliche Verfahren der Axialverdichtergestaltung994
11 Brennkammer1005
11.1 Einleitung1005
11.2 Eigenschaften von Flugzeugbrennstoffen1008
11.3 Basiseigenschaften von Brennkammern1012
11.4 Brennstoffdüsen und Zündung1031
11.5 Schadstoffemissionen1040
11.6 Charakteristische Kenngrößen1059
12 Turbine1074
12.1 Einleitung1074
12.2 Turbinenwirkungsgrade1080
12.3 Auslegungsgesichtspunkte für Axialturbinen1087
12.4 Turbinenkennfeld1104
12.5 Turbinenmaterialien1114
12.6 Turbinenkühlung1135
12.7 Festigkeit von Rotorschaufeln1150
13 Schubdüse1153
13.1 Eigenschaften und Aufgaben1153
13.2 Rückwirkung der Schubdüse auf die Triebwerksleistung1158
13.3 Konvergente Schubdüse1165
14 Reale Triebwerkskreisprozesse1171
14.1 Thermodynamische Betrachtung des realen Turbojetkreisprozesses1174
14.2 Synthesebasiertes Berechnungsverfahren für Turbojet- und Turbofantriebwerke1208
15 Triebwerkslärm1282
15.1 Akustische Grundlagen zum Triebwerkslärm1282
15.2 Lärmregularien1291
15.3 Schallquellen1295
15.4 Schallreduzierende Maßnahmen1330
16 Triebwerkssysteme1346
16.1 Hilfseinrichtungen und Hilfsgeräte1346
16.2 Elektronische Triebwerksregelung1358
16.3 Triebwerkleistungssteuerung1379
16.4 Brennstoffsystem1385
16.5 Ölsystem1405
16.6 Wärmemanagementsystem1421
16.7 Internes Triebwerksluftsystem1425
16.8 Verdichterluftregelsystem1437
16.9 Triebwerksvereisungsschutz1450
16.10 Gondelbelüftung und Schutz vor Überhitzung und Feuer1455
Anhang A Thermodynamik thermischer Turbomaschinen sowie idealer und realer Arbeitsfluide1465
A.1 Thermodynamik thermischer Turbomaschinen1465
A.2 Thermodynamik idealer und realer Arbeitsfluide1490
A.3 Einige Grundlagen rechtsläufiger Kreisprozesse1530
Anhang B Kompressible, isentrope Strömungen idealer Gase1538
B.1 Schallgeschwindigkeit1538
B.2 Kompressibilität1541
B.3 Machsche Linie, Verdichtungsstoß und Expansionswelle1548
B.4 Formeln für kompressible, isentrope Strömungen idealer Gase1555
B.5 Stetig verlaufende isentrope Strömungen1559
Anhang C Impulssatz für stationäre Strömungen1577
C.1 Impuls1577
C.2 Masse1577
C.3 2. Newtonsches Axiom1577
C.4 Substanzielle Änderung von Strömungsgrößen1578
C.5 Allgemeiner Impulssatz der Mechanik1583
C.6 Schwerpunktsatz der Mechanik1584
C.7 Differenzialquotient nach Leibniz1585
C.8 Reihenentwicklung nach Taylor1585
C.9 Äußere Kräfte1588
C.10 Gewichtskraft1588
C.11 Druckkräfte an den freien Flächen1589
C.12 Stütz- oder Haltekräfte1590
C.13 Wahl der Kontrollfläche1591
Anhang D Umrechnungsfaktoren zwischen physikalischen Dimensionen aus dem englisch/amerikanischen und dem deutschen Sprachbereich1597
Anhang E Daten ausgeführter Flugtriebwerke1601
Anmerkungen zur Bezeichnung von Triebwerken1610
Anhang F Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften von Verbrennungsgasen1614
F.1 Reaktionsstöchiometrie1614
F.2 Spezifische Wärmekapazität1615
F.3 Molmasse und spezifische Gaskonstante1617
F.4 Enthalpieänderung1618
F.5 Entropiefunktion1620
F.6 Der FORTRAN 95 Quellcode1623
Literatur1628
Sachverzeichnis1641

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