Luftfahrtantriebe

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Das Triebwerk einer Suchoi Su-22

Luftfahrtantriebe ist eine zusammenfassende Bezeichnung für die zur Vortriebserzeugung eines Luftfahrzeugs verwendeten Triebwerke.[1] Gegebenenfalls werden Propeller und Getriebe dazugezählt, die zwar nicht der eigentlichen Kraftgewinnung, jedoch der Vortriebsentfaltung dienen. Dieses technische System ermöglicht es dem Fluggerät, die (Vortriebs-) Kraft zu erhalten, um aktiv vom Boden abzuheben, selbständig Höhe zu gewinnen und sich im Luftraum vorwärts zu bewegen. Für technische Systeme kann mitunter auch die Schwerkraft als Antrieb gelten, mit ihr ist einem Flugzeug jedoch nur Gleitflug oder, unter Ausnutzen von Aufwind, Segelflug möglich.

Bei zivilen Flugzeugen ist der Begriff des Antriebssystems (engl. Propulsion System) abzugrenzen, der eine aus Triebwerk, Triebwerksverkleidung und Schubumkehr bestehende Baugruppe bezeichnen kann.

Geschichtliche Entwicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach der Entwicklung von antriebslosen Gleitflugzeugen (v. a. durch Otto Lilienthal) bestand das Hauptproblem für einen dauerhaften Streckenflug, dass die Gewichtskraft das Halten der Flughöhe verhinderte. Die notwendige Energie zur Überwindung der Erdanziehungskraft konnte nicht zur Verfügung gestellt werden. Erste Ansätze bestanden darin, den Auftrieb durch erwärmte Luft oder von Gasen auszunutzen (Montgolfière und Ballon). Aufwinde wurden und werden durch Segelflugzeuge genutzt. Erst mit der Verfügbarkeit von leichten, leistungsfähigen aktiven Flugzeugantrieben konnten auch Fluggeräte, die schwerer als Luft waren, sich selbständig in die Luft erheben, aus eigener Kraft Höhe gewinnen und Strecken fliegen, ohne dabei Höhe zu verlieren.

Antriebsarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zeichnung eines Neunzylinder-Sternmotors einer Junkers Ju 52/3m

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenartigen Antrieben für Fluggeräte. Es kommen bis heute vor allem Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz. Sie unterteilen sich in die zwei Gruppen der luftatmenden und nicht-luftatmenden Antriebe. Zum Umkehren der Schubrichtung eines Triebwerks wird eine Schubumkehr verwendet (siehe auch Senkrechtstart und -landung).

Luftatmende Antriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Luftatmende Antriebe beziehen den zur Verbrennung des Treibstoffs notwendigen Sauerstoff aus der Umgebungsluft.

Flugmotor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Flugmotor (auch Flugzeugmotor) ist ein Verbrennungsmotor (am häufigsten in Form eines Hubkolbenmotors), der speziell für den Einsatz in einem Luftfahrzeug konstruiert wurde. Er stellt mechanische Leistung an einer Welle bereit („Wellenleistung“; siehe auch Rotationsenergie) und treibt, meist über ein Propellergetriebe, die Luftschraube an. Gängige Bauformen von Hubkolben-Flugmotoren sind Stern-, Reihen- oder Boxermotoren.

Strahltriebwerk[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Luftatmende Strahltriebwerke erzeugen den Vortrieb ganz oder teilweise durch die Rückstoßwirkung des Abgasstrahls. Strahltriebwerke gibt es in den drei Bauformen des Turbinen-Strahltriebwerks, des Staustrahltriebwerks und des Verpuffungsstrahltriebwerks.

Turbinen-Strahltriebwerk[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Turbinen-Strahltriebwerke basieren auf der Gasturbine.

  • Der Turbojet erzeugt Vortrieb nur durch den Abgasstrahl: Die angesaugte Luft wird vom Verdichter komprimiert und in der Brennkammer zusammen mit Kerosin verbrannt, wobei das entstehende Heißgas (Mischung aus Verbrennungsgas und Luft) stark expandiert. Die anschließende Turbine entzieht dem Heißgas etwas Energie, um damit den Verdichter anzutreiben. Die verbleibende kinetische Energie des Abgasstrahles erzeugt Schub und damit den Vortrieb.
  • Das Mantelstromtriebwerk ist weitgehend gleich aufgebaut wie der Turbojet. Zusätzlich treibt die Turbine die vor dem Verdichter befindlichen großen „Fan“-Schaufelblätter an, die ähnlich einem Propeller eine große Luftmenge an der eigentlichen Gasturbine vorbei nach hinten blasen. Dieser Mantelstrom erbringt meist den Großteil der Antriebsleistung; der vom Abgasstrahl erzeugte Schub ist vergleichsweise gering.
Staustrahltriebwerk[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei einem Staustrahltriebwerk wird die Eingangsluft ähnlich einem Turbojet verdichtet, zusammen mit dem Kraftstoff in der Brennkammer verbrannt, und das entstehende Heißgas über die Schubdüse nach außen geführt. Die Verdichtung geschieht mittels Querschnittsverengung des Einlaufs. Da weder ein rotierender Verdichter noch eine Turbine zu dessen Antrieb vorhanden sind, kommt das Staustrahltriebwerk weitgehend ohne bewegliche Teile aus.

Verpuffungsstrahltriebwerk[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Verpuffungsstrahltriebwerk arbeitet im Gegensatz zum Staustrahltriebwerk pulsierend (nicht-kontinuierlich) und ist sehr einfach aufgebaut. Es besteht aus dem Strahlrohr mit Brennkammer und Flatter- oder Jalousieventilen. Diese lassen von vorn Luft in die Brennkammer, schließen jedoch automatisch bei (versuchter) Gegenströmung. Der zugeführte Kraftstoff entzündet sich und das expandierende Heißgas kann das Strahlrohr nur nach hinten verlassen. Es gibt auch Bauformen ohne Jalousien, die auf „aerodynamischen Ventilen“ beruhen.

Nicht-luftatmende Antriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei nicht-luftatmenden Antrieben wird der benötigte Oxidator mitgeführt. In der Regel handelt es sich um einen flüssigen Sauerstoffträger.

Raketenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Raketenantrieb führt die Verbrennung im Raketentriebwerk zu einer starken Expansion, die durch die Schubdüse ausgeführt wird. Die Stützmasse breitet sich in eine bestimmte Richtung aus, entsprechend dem Gesetz Actio und Reactio wird der Flugkörper in die entgegengesetzte Richtung angetrieben.
Das Raketentriebwerk ist ein (nicht-luftatmendes) Strahltriebwerk.

Weitere Antriebsarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Andere Antriebsarten haben bisher nur geringe Bedeutung:

  • Elektromotor mit Propeller: Die Energie für den Elektromotor entstammt einem Akku, selten einer Brennstoffzelle oder Solarzellen (Solarflugzeug).
  • Tretpedale oder mechanische Energiespeicher mit Propeller: Lediglich bei Flugmodellen werden am Boden Gummis verdrillt, die dann beim Sich-Entdrillen einen Propeller drehen und Vortrieb erzeugen. Mit (menschlicher) Muskelkraft betriebene Flugzeuge sind Muskelkraftflugzeuge.
  • Vortrieb mittels Flügelschlagen: Ornithopter (auch Schwingenflugzeuge) gibt es bisher nur im Experimentalbereich oder im Modellbau, die eigentliche Antriebskraft erzeugt ein Elektro- oder Verbrennungsmotor.

Problemfelder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch die Flughöhen und den damit verbundenen niedrigen Luftdruck ergeben sich technische Schwierigkeiten, die Motoren mit genügend Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu versorgen, insbesondere bei Kolbenmotoren. Eine Möglichkeit der Kompensation der geringeren Luftdichte bei Kolbenmotoren besteht in der Motoraufladung. Auch Gasturbinen zeigen in großer Höhe Leistungseinbußen, allerdings in geringerem Maße, da der Wirkungsgrad in kälterer Luft zunimmt.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Ernst Götsch: Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
  • Willy J.G. Bräunling: Flugzeugtriebwerke, Grundlagen, Aero-Thermodynamik, ideale und reale Kreisprozesse, Thermische Turbomaschinen, Komponenten, Emissionen und Systeme, 4. Auflage, Springer Vieweg Berlin Heidelberg 2015, ISBN 978-3-642-34538-8, Band I + II

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Aircraft engines – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Niels Klubmann, Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt. 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-49095-1.