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, welche 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.

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

Geschichtliche Entwicklung[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]

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

Es sind mittlerweile eine Vielzahl von Antrieben für Fluggeräte entwickelt worden. Es kommen bis heute vor allem Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz. Sie unterteilen sich in zwei Gruppen:

  • Luftatmende Antriebe; diese beziehen den zur Verbrennung des Treibstoffs notwendigen Sauerstoff aus der Umgebungsluft.
    • Ein „Flugmotor“ ist ein spezieller Verbrennungsmotor (Hubkolben- oder Wankelmotor), der ein Otto- oder Dieselmotor sein kann. 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.
    • Strahltriebwerke:
      • Gasturbinen-Triebwerke:
        • Der Turbojet ist ein reines Strahltriebwerk: 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 dient dem Vortrieb.
        • Das Mantelstromtriebwerk ist weitgehend gleich aufgebaut wie der Turbojet. Zusätzlich treibt die Turbine die vor dem Verdichter befindlichen großen „Fan“-Schaufelblätter an, welche ähnlich einem Propeller eine große Luftmenge an der eigentlichen Gasturbine vorbei nach hinten bläst. Meist entfällt der Großteil der Antriebsleistung auf diesen Mantelstrom; der vom Abgasstrahl erzeugte Schub ist dagegen vernachlässigbar. Deswegen wird zur Schubumkehr oft nur der Mantelstrom umgelenkt.[2]
        • Wellenturbine (Turboprop): Eine Gasturbine, deren Rückstoß vernachlässigbar ist, stellt an der Turbinenwelle Rotationsenergie zur Verfügung. Diese wird über ein Untersetzungsgetriebe auf den Propeller übertragen.
      • Staustrahltriebwerk: Ähnlich einem Turbojet wird die Eingangsluft 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.
      • Das Verpuffungsstrahltriebwerk arbeitet im Gegensatz zum Staustrahltriebwerk intermittierend (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, der zugeführte Kraftstoff wird gezündet und das expandierende Heißgas kann das Strahlrohr nur nach hinten verlassen.
  • Nicht-luftatmende Antriebe; der benötigte Sauerstoff­träger (i. A. ein flüssiger Oxidator) wird mitgeführt.
    • Raketenantrieb: Im Raketentriebwerk führt die Verbrennung zu starker Expansion, welche durch die Schubdüse geführt wird. Die Stützmasse breitet sich in eine bestimmte Richtung aus, entsprechend dem Gesetz Actio und Reactio wird der Flugkörper in die entgegengesetzte Richtung angetrieben.

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: Schwingenflugzeuge (Ornithopter) gibt es bisher nur im Experimentalbereich oder im Modellbau, die eigentliche Antriebskraft erzeugt ein Elektro- oder Verbrennungsmotor.

Problemfelder[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]

Literatur[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]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Niels Klubmann, Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt. 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-49095-1.
  2. http://erlebnis-wissen.lufthansa.com/zivile-luftfahrt/1201m/1204m/