Christian Forrer Geschrieben 30. März 2005 Teilen Geschrieben 30. März 2005 Hallo Zusammen Folgenden Text(auszug) habe ich in einem anderen Forum gefunden (bezogen auf moderne Fan- Triebwerke): Den höchsten Wirkungsgrad hätte ein Fan mit einem Blatt, genau wie ein Rotor oder Propeller. Das lässt sich aber praktisch nicht verwirklichen. Eine Zweiblatt-Konstruktion käme dem Ideal am nächsten, begrenz allerdings den maximalen Massendurchsatz. Da hier noch konstruktiv zu beachtende Grenzen wie Durchmesser und Blattgeschwindigkeiten zu berücksichtigen sind, kommt man zwangsläufig zu einer Mittlung zwischen Wirkungsgradeinbußen und notwendiger Blattzahl. Die Hersteller -ich schätze mal Rolls-Royce mit dem RB211 - haben dann einige Tricks angewandt, über die es keine Unterlagen und Äußerungen gibt. Man kann aber durch Nachrechnen feststellen, daß der Fan mit etwa 30 % seiner Blattlänge im Überschallbereich läuft. Auch haben die Profile in diesem Bereich die typische Dickenrücklage von fast 70%. Das mit dem Überschallbereich, der Fan- Blätter am äusseren Teil, ist das wirklich so? Bisher habe ich angenommen, das es viele zu viele Probleme gibt, wenn ein Propeller, oder eine Turbine eine höhere Umfangsgeschwindigkeit hat also die Schallgeschwindigkeit ist. Kann da jemand etwas konkreteres dazu sagen? Gruss Christian Zitieren Link zu diesem Kommentar Auf anderen Seiten teilen Mehr Optionen zum Teilen...
Tomy Geschrieben 30. März 2005 Teilen Geschrieben 30. März 2005 Das mit dem Überschallbereich, der Fan- Blätter am äusseren Teil, ist das wirklich so? Bisher habe ich angenommen, das es viele zu viele Probleme gibt, wenn ein Propeller, oder eine Turbine eine höhere Umfangsgeschwindigkeit hat also die Schallgeschwindigkeit ist. Kann da jemand etwas konkreteres dazu sagen? Die Umfangsgeschwindigkeit mag im Überschallbereich liegen, allerdings liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums Luft (resultierende aus Umfangsgeschwindigkeitsvektor mit überlagerten Vektoren für die Geschwindigkeit der Luft an Eintritts und Austrittskante) meines Wissens in jedem Fall unterhalb der Schallgeschwindigkeit. Zitieren Link zu diesem Kommentar Auf anderen Seiten teilen Mehr Optionen zum Teilen...
ArminZ Geschrieben 30. März 2005 Teilen Geschrieben 30. März 2005 Hallöchen ! Bin (fast) gleicher Meinung wie Thomy Zur Fragestellung: -Frage, ob die Blattspitzen des Fans Überschall erreichen: Antwort: JA, wenn man Umfangsgeschwindigkeit durch (Schallgeschwindigkeit bei Umgebungstemperatur) teilt. Übrigens erreichen auch Industrieverdichter erreichen hohe Machzahlen, z.B. Freon o.ä. schwere Gase, aber auch Luftverdichter. -Frage, ob die Strömung (wohlverstanden nur innerhalb des Fans) teilweise Überschall erreicht (Fragestellung im Quote von Christian Forrer) Antwort: (wahrschweinlich ja?) Wie genau die Strömung zwischen den Schaufeln aussieht, kann eigentlich nur eine Strömungssimulation mit der Schaufelgeometrie zeigen. Bei so hoher Machzahl ist 'vorstellbar/denkbar' dass da aussen an den Schaufen Überschall auftritt, aber bestimmt nicht im ganzen Kanal. -->Das "know-how" liegt in jedem Fall im Design, wie in diesem Fall die Einbussen im Wirkungsgrad etc. minimiert werden. Hab versucht ein paar Rechnungen darzustellen als Beispiel ein paar Details zum RR Trent 900 (google: RR Trent 900) und General Electric CF6 jeweils auf den Fan bezogen RR Trent 900:The 116 inch fan operates at nearly 3,000rpm with tip speeds 1.5 times the speed of sound[/Quote] CF6-50 (GE):fan diameter = 95.6 inch rpm = 3600 rpm at 100% power [/Quote] und folgender Link: http://www.lerc.nasa.gov/WWW/K-12/cdtemp/airplane/ngnsim.html aus obigen Zitaten kann man die Umfangsgeschwindigkeiten leicht errechnen (ergibt ca. 457 m/s fürs CF6-50, 463m/s fürs Trent 900 falls kein Rechenfehler drin ist :005: Zur Machzahl (etwas offtopic): Die eigentlich Machzahl innerhalb der Strömung interessiert nur indirekt (ein Grund ist, dass sie in jedem Punkt des Strömungskanals verschieden ist, und daher schwierig direkt zu messen). Eine Abhilfe: Man nimmt leicht zu messende grössen als Referenz: Als Geschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit (z.B. der Blattspitze) Als Schallgeschwwindigkeit die Schallgeschwindigkeit des Medium VOR dem Eintritt in den Verdichter / Fan Diese Machzahl hat nichts direkt mit der Schallgeschwindigkeit innerhalb der Strömung selbst zu tun, aber gibt einen Anhaltspunkt dafür wie "ausgrereizt" resp. otpimiert die Strömung ist. ein Parameter bei Triebwerksversuchen ist dann eben diese Referenzmachzahl- man misst die gesamte Charakteristik für verschiedene Machzahlen. Die obigen Mach 1.5 sind als Referenz-Machzahl zu verstehen (ReferenzTemperatur offfenbar so um -30 Grad C, bei 20 Grad C wären es noch so um Mach 1.22). Zurück zu den gerechneten Umfangsgeschwindigkeiten: Mit gleichen äusseren Bedingungen haben obige Triebwerke somit fast gleiche Referenzmachzahl (Umfangsgeschw/Schallgeschw.), für das Trent 900 ca. 1% höher. Nicht erstaunlich, wahrscheinlich liegen alle einigermassen modernen Fans ähnlich nahe. Axiale Eintrittsgeschwindigkeit der Luft: Im genannten NASA-Link findet man für das CF6 als grössenordnung einen Massendurchsatz so um 100 kg/sec Luft womit man eine (axiale) Strömungskomponente in der Grössenordnung ab 20-30 m/s aufwärts (je nach Dichte etc.) findet, jedenfalls bedeutend kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit. Auch logisch. Gruss ! Zitieren Link zu diesem Kommentar Auf anderen Seiten teilen Mehr Optionen zum Teilen...
Christian Forrer Geschrieben 5. April 2005 Autor Teilen Geschrieben 5. April 2005 Hallo zusammen Zuerst einmal danke für die Antworten, läuchten mir eigentlich ein, jetzt habe ich aber noch eine weitere Frage: So ein grosser Fan ist (stark vereinfacht), ja nur ein Mehrblattpropeller der aussen noch mit einem Mantel "verkleidet ist". Könnte mann jetzt also auch sagen, das demzufolge ein entsprechend ausgelegter Propeller (oder Hubschrauberrotor) im "Überschallbereich" betrieben werden kann, um noch mehr Leistung umsetzten zu können (mehr Leistung wäre ja wohl der Grund für so eine Massnahme)? Oder sind die Verhältnisse ohne "Ummantelung" so viel anders, dass es unnsinnig ist ein Propeller/Rotor mit den äusseren Blattbereichen über die Schallgeschwindigkeit "zu drehen" (Umfangsgeschwindigkeit). Ich sehe es jetzt so; dass die "frontale Anströmgeschwindigkeit" massgebend ist, mit der ein Propeller/Rotor angeströmt wird und das die im "Unterschall" liegen muss. Und zum anderen die Geschwindigkeit mit der ein Teil eines Blattes durch die Luft schneidet (die bei einem Fan über Mach 1 sein kann). Ein Propeller der aussen eine Umfangsgeschwindigkeit höher als Mach 1 aufweisen kann..., gibt es das etwa doch schon irgendwo...? gruss Christian Zitieren Link zu diesem Kommentar Auf anderen Seiten teilen Mehr Optionen zum Teilen...
ArminZ Geschrieben 5. April 2005 Teilen Geschrieben 5. April 2005 Bei konventionellen Propellern ist die erreichbare Geschwindigkeit des Flugzeuges eben dadurch beschränkt, dass die Blattspitzen Überschall erreichen und damit der Wirkungsgrad 'abgeklemmt' wird. Ich sehe es jetzt so; dass die "frontale Anströmgeschwindigkeit" massgebend ist, mit der ein Propeller/Rotor angeströmt wird und das die im "Unterschall" liegen muss. Und zum anderen die Geschwindigkeit mit der ein Teil eines Blattes durch die Luft schneidet (die bei einem Fan über Mach 1 sein kann). Ganz klar - Nein. Du kannst das so nicht trennen. Die Schaufeln oder Prop-blätter sehen die *gesamte* Geschwindigkeitskomponente. EDIT: Die axiale Geschwindigkeit ist bestimmt dadurch, wieviel Menge (oder besser Volumen) Luft pro Zeiteinheit durch den Fan durchgehen, und etliches kleiner als die Schallgeschwindigkeit (siehe Rechnung weiter oben). Geschwindigkeit des Flugzeuges ist nicht gleich Geschwindigkeit der Luft am Faneintritt! Ein Propeller der aussen eine Umfangsgeschwindigkeit höher als Mach 1 aufweisen kann..., gibt es das etwa doch schon irgendwo...? Erinnere mich mal etwas gelesen zu haben, dass eben sichelförmige + nach hinten gebogene Blätter diesbezüglich Vorteile bringen(?). Die Entwicklung geht schon dahin, dass eben die Umsetzung in diesem "Grenzbereich" besser wird. Damit könnten dann eben höhere Geschwindigkeiten und/oder besserer Treibstoffverbrauch bei gleicher Geschwindigkeit erreicht werden. EDIT: die Ummantelung hat schon eine Bedeutung. Sie wirkt als 'Düse' die die Luft auf die vom Fan geforderte Eintrittsgeschw.keit beschleunigt (am Boden) oder verzögert (im Flug). Siehe auch Details im Thread http://www.flightforum.ch/forum/showthread.php?t=32462 Link von Ingo Voight, 'Flugantriebe und Gasturbinen s. 74 ff. http://www.glr.maschinenbau.tu-darmstadt.de/ Auf S. 80 siehst Du auch die Geschwindigkeitsdreiecke an den Profilen Aus s. 107 etwas über Stossverluste bei Schaufelprofilen.. EDIT3. ..und auf Seite 84 die Antwort auf die ursprüngliche Frage: im äusseren Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit tatsächlich im Überschallbereich Gruss Zitieren Link zu diesem Kommentar Auf anderen Seiten teilen Mehr Optionen zum Teilen...
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