Ein Verstellpropeller ist prinzipiell einem Verstellpropeller ähnlich und bewirkt eine stufenweise Verringerung des Blattwinkels des Lüfters bei einem Turbofan-Triebwerk in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung. Obwohl Verstellpropeller in einigen industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen, konzentriert sich dieser Artikel auf ihren Einsatz in Turbofan-Triebwerken . Kein Serientriebwerk nutzt diese Funktion; sie wird jedoch voraussichtlich bei mindestens einigen der nächsten Generationen von Turbofan-Triebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis erforderlich sein .

Eine Methode zur Reduzierung des spezifischen Treibstoffverbrauchs ist die Verbesserung des Antriebswirkungsgrades . Dies beinhaltet die Verringerung der effektiven Strahlgeschwindigkeit des Triebwerks durch Reduzierung des spezifischen Schubs. Dadurch verringert sich das erforderliche optimale Fan-Druckverhältnis und folglich auch das Kaltdüsen-Druckverhältnis. Bei Reisegeschwindigkeit ist die Düse gedrosselt, und die Fan-Arbeitskennlinie verläuft relativ steil und linear. Bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten ist der Staudruckanstieg im Lufteinlass jedoch so gering, dass die Düse kaum gedrosselt ist. Folglich ist die Fan-Arbeitskennlinie stark gekrümmt und liegt deutlich links von der Arbeitskennlinie bei Reisegeschwindigkeit, wodurch die Fan-Pumpreserve, insbesondere bei niedrigen Drosselklappenstellungen, potenziell auf ein gefährliches Niveau sinkt. Leser, die mit Pumpgrenzen, Arbeitskennlinien usw. nicht vertraut sind, sollten den Wikipedia-Artikel zum Verdichterkennfeld konsultieren .

Für dieses Problem gibt es zwei Lösungsansätze:

1) Bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten wird der Kaltluftdüsenbereich geöffnet, wodurch die Arbeitslinie des Lüfters vom Strömungsschwerpunkt entfernt wird. Dies hat nur geringen Einfluss auf die Position oder Steigung der Strömungslinie.

ODER

2) Die effektive Pumpgrenze des Lüfters lässt sich durch schrittweises Verringern des Lüfterwinkels bei Drosselung des Triebwerks abflachen. Mit abnehmendem Lüfterwinkel verringert sich das Kennfeld des Lüfters hinsichtlich Massenstrom und Druckverhältnis , wodurch sich die Pumpgrenze nach links und unten verschiebt. All dies hat nur geringen Einfluss auf die Steigung und Lage der Betriebslinie des Lüfters. [ 1 ]

Ein Vorteil der variablen Lüfterkonfiguration besteht darin, dass die Variation der Lüftersteigung die Möglichkeit bietet, den Triebwerkschub umzukehren, ohne dass schwere Blockierklappen, Kaskaden usw. erforderlich sind.

Die Steigung des Lüfters kann durch Verstellen der Blattfederung, wie beim Turbomeca Astafan [ 2 ] , oder durch Feinverstellung, wie beim Rolls-Royce/SNECMA M45SD-02, umgekehrt werden. [ 3 ] [ 4 ]

Bei eingeschaltetem Schubumkehrstrahl strömt die Luft für den Fan typischerweise durch einen Hilfslufteinlass in das Triebwerk. Dieser Hilfslufteinlass wird durch einen Längsspalt gebildet, der sich in der Nähe der Kaltdüsenaustrittsebene befindet. Der Großteil dieser Luft wird durch den regulären Lufteinlass ausgestoßen und erzeugt so eine Kraft, die der Vorwärtsbewegung entgegenwirkt. Die verbleibende Luft muss jedoch eine Art U-Kurve beschreiben, um in den Triebwerkskern (d. h. den Gasgenerator) zu gelangen und dort die Energie für den Antrieb des Fans bereitzustellen.

Normalerweise verfügt ein Turbofan mit niedrigem spezifischem Schub über ein extrem hohes Nebenstromverhältnis und ist mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen dem Fan und der Niederdruckwelle ausgestattet, damit der Mitteldruckverdichter und die Niederdruckturbine mit einer viel höheren Drehzahl als der Fan arbeiten können, um die Anzahl der in diesen mehrstufigen Geräten erforderlichen Stufen zu reduzieren.

Rolls-Royce entwickelt derzeit den Ultrafan , der viele der oben beschriebenen Technologien nutzt. [ 5 ] [ 6 ]

In den 1980er Jahren verwendete der General Electric GE36 Unducted Fan (UDF), der tatsächlich auf einer McDonnell Douglas MD-80 flog , zwei Reihen gegenläufig rotierender Verstellpropellerblätter, allerdings ohne Lüftergehäuse, da es sich um ein Propeller-Lüfter-Triebwerk handelte.

Referenzen