Strahltriebwerk
Ein Strahltriebwerk (umgspr.: Düsentriebwerk; engl.: Turbojet bzw. Turbofan) ist ein Triebwerk, das nach dem Prinzip des Rückstossantriebes arbeitet. Ein Strahltriebwerk besteht aus Laufrad, Verdichter, Brennkammer, Turbine und Schubdüse. Die vom Laufrad angesaugte Luft wird verdichtet und in der Brennkammer erhitzt. Danach strömen die heissen Gase über Turbine und Schubdüse aus. In der Turbine wird gerade soviel Antriebsleistung erzeugt, wie der Verdichter benötigt. Die restliche Energie dient der Beschleunigung des Luftstrahls.
Funktionsweise
Impulsbilanz
Legt man die Systemgrenze über die Oberfläche des Strahltriebwerks, können fünf Impulsströme identifiziert werden: Kraft vom Flugzeug (F), Druckkraft vorne (FD1)und hinten (FD2), konvektiver Impulsstrom vorne (Ip1) und hinten (Ip2). Die resultierende Kraft auf die Mantelfläche ist klein und wird hier nicht berücksichtigt. Weil sich der Impulsinhalt des Strahltriebwerks im stationären Betrieb nicht ändert, gilt
- [math]F + F_{D1} + F_{D1} + I_{p1} + I_{p2} = 0[/math]
Nimmt man die Massenbilanz (ohne Treibstoff) für den stationären Betrieb hinzu
- [math]I_{m1} + I_{m2} = 0[/math]
und vernachlässigt die Summe der beiden Druckkräfte, gilt
- [math]{-}F = (v - v_{s1}) I_m - (v - v_{s2}) I_m[/math]
Ip2 beschreibt den Betrag der durchfliessenden Massenstromstärke, vs1 und vs2 stehen für die beiden nach hinten gerichteten, relativ zum Triebwerk gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten. v ist die Geschwindigkeit des Triebwerks relativ zur umgebenden Luft (Bezugssystem).
Die Reaktionskraft zu F, die Kraft auf das Flugzeug, nennt man die Schubkraft FSch. Eine letzte Umformung führt zu
- [math]F_{Sch} = (v_{s2} - v_{s1}) I_m = \rho (v_{s2} - v_{s1}) v_{s1} A_1[/math],
wobei A1 den Querschnitt der Einlassöffnung beschreibt. Die Strömung ist hier als homogen modelliert worden, d.h. es wurde angenommen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im ganzen Querschnitt gleich gross ist.