Flugtriebwerke. Alfred Urlaub. Grundlagen, Systeme, Komponenten

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2 Alfred Urlaub Flugtriebwerke Grundlagen, Systeme, Komponenten Zweite Auflage mit 160 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest

3 Professor Dr.-lng. Alfred Urlaub Technische Universitat Braunschweig Institut fur Verbrennungskraftmaschinen und Flugtriebwerke Langer Kamp Braunschweig ISBN-13: DOl: / e-isbn-13: Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Urlaub, Alfred: Flugtriebwerke 1 Alfred Urlaub 2. Aufl.- Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest: Springer, 1995 ISBN-13: ISBN-13: Dieses Werk ist urheberrechtlich geschlitzt. Die dadurch begrlindeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, desvortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine VervieWiltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland yom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zui1issig. Sie ist grundsatzlich verglitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1991 and 1995 Reprint of the original edition 1991, 1995 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in dies em Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dab solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dlirften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewahr fur die Richtigkeit, Vollstandigkeit oder AktualiHit libernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fur die eigenen Arbeiten die vollstandigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gliltigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Reproduktionsfertige Vorlag des Autors SPIN: / I 0 - Gedruckt auf saurefreiem Papier

4 Vorwort zur zweiten Auflage In der vorliegenden Schrift hat der Verfasser die von ihm an der Technischen Universitat Braunschweig abgehaltenen Vorlesungen tiber das Fachgebiet der Flugtriebwerke zur Ergfulzung der kurzgefabten Vorlesungsumdrucke in vollstandiger Form ausgearbeitet. Sie so11 also in erster Linie dem Studenten eine weitere Lernhilfe bieten. Das Buch ist in zwei Teile gegliedert. 1m ersten Teil werden alle verfahrenstheoretischen Grundlagen zur Projektierung von Flugtriebwerkssystemen und zur Vorausberechnung ihrer Leistungscharakteristiken behandelt. Der zweite Teil beschaftigt sich dann mit weitergehenden Betrachtungen tiber das Funktionsverhalten und tiber die Berechnung und Ausruhrung einzelner Triebwerkskomponenten. Diese Stoffanordnung soli es dem Leser ermoglichen, sich zunachst ohne Beschaftigung mit Detailfragen der Komponentenauslegung durch das Studium des ersten Teils schon tiber die wichtigsten Grundlagen der Flugtriebwerkstechnik zu informieren. Dabei werden ihm einige aus den vorlesungsbegleitenden Ubungen ausgewahlte Zahlenbeispiele das Verstandnis der TriebwerksprozeBberechnungen erleichtern. Der Verfasser mochte auch an dieser Stelle Herrn Dipl.-Ing. T. Schilling fiir die kritische Textdurchsicht und Herrn H-W. Quast rur die sorgfaltige Ausarbeitung des Bildmaterials seinen Dank aussprechen. Sickte, im Februar 1995 Alfred Urlaub

5 Inhaltsverzeichnis Teil I. Triebwerkssysteme 1 Einfiihrung Luftraum Triebwerksanforderungen Triebwerksarten 19 2 Kolbenmotor Saugmotor Motor mit mechanischer Aufladung Motor mit Abgasturboaufladung 39 3 Grundlagen der Gasturbinentriebwerke Thermogasdynamik Kreisprozesse Idealprozesse RealprozeB Turbinen-Luftstrahltriebwerke KenngroBen Vorauslegung Kennfelder der Stromungsmaschinen Verdichterkennfeld Turbinenkennfeld 99

6 VII 4.4 Triebwerkskennfelder Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerke Propeller Leistungsaufteilung Zweistrom-Turbinen-Luftstrahltriebwerke Ausfiihrungen Leistungsaufteilung Kennfeldberechnung Ma6nahmen zur Schubverstarkung Wassereinspritzung Nachverbrennung Triebwerke fur den Senkrechtstart Hub-Marsch-Triebwerke Hubtriebwerke Staustrahltriebwerke KreisprozeB Triebwerkskennfelder Raketentriebwerke Kenngr5Ben Antriebsbedarf Fliissigkeitsraketen Feststoffraketen Hybridraketen 191

7 VIII Teil II. Triebwerkskomponenten 11 Triebwerkseinliiufe Berechnungsgrundlagen Diffusor Verdichtungsst6J3e Ausfiihrungen Unterschalleinlauf Uberschalleinlauf Stromungsmaschinen Berechnungsgrundlagen Verdichter Turbinen Ausfiihrungen Brennkammern Berechnungsgrundlagen Thermochemie Thermogasdynamik Ausfiihrungen Schubdiisen Berechnungsgrundlagen Ausfiihrungen 315 Literaturverzeichnis 319 Sachverzeichnis 323