Mantelstromtriebwerk (Arbeit)

Düse27 · Gast

Hallo zusammen;

Ich habe eine Frage zu den Mantelstromtriebwerk.

Diese Triebwerke sollen bekannt effizienter sein als Turbinen-Strahltriebwerk. Doch wie kann das sein?

Wenn ein Flugzeug der Masse m auf die Reisegeschwindigkeit v beschleunigt werden soll, ist die Arbeit

zu leisten:

Es ist doch egal, ob nun der Schub mit einer hohen Masse bei kleiner Austrittsgeschwindigkeit erfolgt oder andres herum. Die Arbeit, welche verrichtet werden muss, bleibt gleich.

Auch im Reiseflug ist es nicht andres. Das Triebwerk muss die Wiederstandskäfte überwinden.

Wirkt auf einer Strecke S die Kraft F auf das Flugzeug, so muss die Arbeit W = F * S verrichtet werden. Auch dort müsste es doch egal sein, ob der Schub über einem hohen Bypass erfolgt oder nicht.

Wie kann ein Mantelstromtriebwerk effizienter sein als Turbinen-Strahltriebwerk, wenn die zu verrichtende Arbeit dieselbe ist?

Ein Mantelstromtriebwerk brauch eben für ein Schub weniger Kraftstoff als ein Turbinen-Strahltriebwerk. Dafür hat der „Strahl“ eines Mantelstromtriebwerk weniger Kienetische Energie als ein Strahl eines Turbinen-Strahltriebwerk.

Ein Mantelstromtriebwerk ist doch nur Kraftwandler gegen über ein Turbinen-Strahltriebwerk? Und dort gilt die „Goldene Regel der Mechanik“!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18108

Zunächst zu deiner Überlegung bzgl. der Energie: dabei geht es weniger um die von dir genannte kinetische Energie - die nur in der Startphase relevant ist - sondern um die Energie, die kontinuierlich aufgewendet werden muss, um einem Geschwindigkeitsverlust aufgrund der Reibungskraft F_R entgegenzuwirken.

Dann geht es bei derartigen Überlegungen letztlich immer um den Wirkungsgrad. Zum Ausgleich der o.g. Reibungskraft benötigt man eine gleich große Schubkraft

und damit die Energie

die über eine bestimmte Strecke s aufzubringen wäre, um ein Abbremsen des Flugzeugs zu verhindern.

Diese Energie, die direkt aus der Schubkraft berechnet wird, entspricht jedoch nicht der tatsächlich freigesetzten Energie E_T des Treibstoffs. Hier geht der Wirkungsgrad des Triebwerks mit

ein, d.h.

Ziel der Triebwerksbauer ist es, Energieverluste zu minimieren, dieses eta zu erhöhen, und damit die selbe Energie E_S bei geringerer eingesetzter Energie E_T zu erreichen; und das erreicht man eben u.a. mittels des Mantelstromtriebwerks.

Frankx · Anmeldungsdatum: 04.03.2015 Beiträge: 982

Der Unterschied erklärt sich aus der Erzeugung der Schubkraft aus einem (beschleunigtem) Massestrom.

Man kann also die gleiche Schubkraft erzeugen, wenn man entweder wenig Masse auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt, oder eben viel Masse auf entsprechend geringere Geschwindigkeit.

Die Energie bzw. eigentlich Leistung des (beschleunigten) Massenstromes berechnet sich ebenfalls aus

und v

Allerdings geht hier v als v² ein.

Mit anderen Worten, man benötigt eine geringere Leistung, wenn man viel Luft auf eine nicht so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, als wenn man wenig Luft auf eine entsprechend hohe Geschwindigkeit beschleunigt, um den gleichen Schub zu erzeugen.

Beim Mantelstromtriebwerk wird dies ausgenutzt. Der Nachteil ist die geringere erreichbare Endgeschwindigkeit des Flugzeuges.
Die kann nämlich nicht über der Geschwindigkeit v des beschleunigten Massenstromes liegen.

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