Sophia J450 als Turboprop

Guten Tag zusammen,

bin auf der Suche nach kompetenter Hilfe und hoffe hier fündig zu werden.

Mein Problem: ich plane im Rahmen einer Diplomarbeit das Triebwerk Sophia Precision J450 in ein Turboprop umzubauen und suche nun Leute, die Erfahrung mit diesem Thema haben um mir eventuell teure und zeitraubende Rückschläge zu ersparen. Um den Bauaufwand halbwegs gering zu halten sieht mein Plan bis jetzt vor, auf Teile von Wren zurückzugreifen, im Besonderen auf das 72mm Turbinenrad und eventuell auch den passend Leitapparat, der dann entsprechend umgearbeitet werden soll. Die weiteren Teile plane ich selbst zu bauen, mit Ausnahme des Getriebes, da bin ich noch auf der Suche nach einem passenden Fertigteil.
Bin dankbar für alle Erfahrungberichte und Verbesserungsvorschläge,

so long,

Martin
 
Hallo Martin,


Da wirst Du leider grössere Probleme damit kriegen. Die SOPHIA hat eine Radialturbine, was heissen mag Du musst den Gasstrahl der aus der Turbine kommt zuerst in einen Kreisring aufteilen, damit der Gasgenerator Deine Axialturbine korrekt anblasen kann. Du wirst keinen Platz dafür haben "in der Turbine drin" da wo jetzt ein Teil der Schubdüse sitzt (Umkehrbrennkammer) das Triebwerk wird sehr lang und gewichtig (ist es ja ohnehin schon..)

Naja, funktionieren könnte es, aber optimal ist es sicherlich nicht. Sowas habe ich zumindest noch nie gesehen, die Kombination von Radial - und Axialturbinen in der Luftfahrt.


Gruss
Johannes
 
Hallo !

Hallo !

Ich finde es gut einen Versuch zu starten um aus einer alten J450 ein Turboprop zu machen!
Bitte überlege bitte jedoch noch ein paar Sachen :
Für die J450 sind praktisch keine Ersatzteile mehr zu bekommen ! Da du bestimmt einige Umbauten,Versuche..... machen wirst , um das Prop zum laufen zu bringen, gehen ev. Teile zu bruch die keiner mehr beschaffen kann!
Wir haben zwei J850 ! , sie haben so ihre Eigenheiten ?!?
Sie mögen es überhaupt nicht , wen die Ausentemperatur warm oder heiß ist !!
Also z.b. 30 oder mehr ! Bei diesen Temeraturen muß man sofort nach der übergabe von der ECU die Drehzahl auf Halbgas einstellen , weil sonst die Temeratur soweit ansteigt das die ECU die Düse abschaltet !
Sollte man das Beschleunigen der Bine zu langsam machen ( mit Pressluft wird sie angeblasen! ) schaltet sie sich ab, da die ECU ab 8000 U/min das Benzin/Kerosingemisch einspritzt und dan versucht die Bine zu beschleunigen.
Bei dieser Aktion ist meisten`s etwas zu viel Sprit in der Brenkammer und es wird ein Hotspot verursacht !!
Was das sofortige Abschalten durch die ECU zufolge hat !!

Gruss
TASAR_DE
 
@Martin

...dürfte meiner Meinung nach gar nicht mal so schlecht gehen, da die Sophias (sowohl 450 als auch 850) eine deutlich konvergente Schubdüse haben und daher ein relativ hohes Düsen-Druckverhältnis haben dürften (müsste man aber zur Sicherheit mal rechnen oder noch besser messen...). Wenn es nicht auf das Gewicht ankommt (ich weiss ja nicht, was Ihr in der Uni / FH damit vorhabt), würde ich eine vollständige Radialturbinenstufe eines (LKW-)Turboladers dranmachen. Das sollte relativ gut funktionieren, ist schnell und problemlos zu erledigen, und entsprechende Teile sind problemlos und preiswert erhältlich. Vielleicht bietet sich der Umbau des Turboladers auf Kugellager an, um die Schmierung einfacher gestalten zu können. In der Vermessung und den Eigenschaften unterscheidet sich ein solches Wellentriebwerk nicht wesentlich von einem mit Axialturbine.

@Johannes

in der Tat ist die Kombination eines Gasgenerators mit Radialturbine mit einer axialen Freifahrturbine ungewöhnlich, aber sowas gibt es auch etwas größer, nämlich als APU für den Harrier. Guckst Du hier auf den genialen Gasturbinen-Seiten von Ian Bennett: http://www.gasturbine.pwp.blueyonder.co.uk/lucas.htm

Viele Grüße,
Thomas
 
Hi Thomas,


Ahh, ich sehe. Aber so hätte ich es mir vorgestellt. Danke!

Bez. Auslass: das Druckverhältnis wird wohl ähnlich sein wie bei den heutigen Turbinen, ist ja kein Zauberkompressor!?
Die Sophia ist ja bekannt für eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit, guckt euch die Fläche des Austrittes an... und vergleicht dies mit einer 60N Turbine mit normaler Axialturbine. Für den Turboprop ist das wohl weniger erwünscht, oder?

Gruss
Johannes
 
Doch, gerade das ist erwünscht. Ich meine natürlich nicht die hohe Strahlgeschwindigkeit beim Abgas, sondern die Voraussetzung, eine solche überhaupt erreichen zu können. Das erfordet nämlich ein relativ großes Druckverhältnis über die Schubdüse. Letztere macht nichts anderes, als Druck- (bzw. potentielle) Energie in kinetische Energie (Strahlgeschwindigkeit) umzusetzen.

In der Freifahrstufe geschieht das auch, und zwar in deren Leitsystem. Nun arbeitet aber eine Turbine um so wirtschaftlicher, je höher die Geschwindigkeit ist, mit der das Heissgas in das Laufrad einströmt. Also ist ein relativ hohes Druckverhältnis wünschenswert. Das ist im Modellmaßstab natürlich nur relativ gültig; das Druckverhältnis selbst wird immer noch sehr niedrig sein, vielleicht so bei 1,2 bis 1,3.

Viele Grüße,
Thomas
 
Bedenke die steigenden Verluste bei hohen Geschwindigkeiten. Das Gas folgt immer weniger dem Weg den wir vorgeben, je höher die Geschwindigkeit ist.

Turbinen in der Grösse erreichen ein derart geringes Druckverhältnis (und Frischgastemperaturen) dass die in der Brennkammer zugeführte Energie gerade ausreicht um den Verdichter anzutreiben. Wir bauen daher praktisch die ganze Enthalpie in der Turbine ab, folglich Druck = annähernd Umgebungsdruck.
Damit wir aber trotzdem noch Schub erzeugen können, wählen wir in der Turbinenstufe jene Winkel, um das Gas möglichst schnell strömen zu lassen.

Die Turbinenstufe ist ja bei der Sophia als Gasgenerator schon gegeben...

Bei einem "normalen" Turboprop beteiligen sich gerade mal 6% (Spitzenwert) an der Schuberzeugung. Die hohe Abgasgeschwindigkeit können wir nicht brauchen!
Für ein Experiment mag es aber wohl ausreichen...


Sind die Sophias eigentlich nicht kugelgelagert? (Läufer schwimmt auf ölfilm?)

Gruss
Johannes
 
Ah, Danke! Hätte mich schon gewundert, wie dann der Axialschub des Rotors aufgenommen wird. Aber eine Ölpumpe braucht die Turbine dennoch, oder?

Bezüglich Arbeitsturbinenwahl: Eine Impuls-(Gleichdruckturbine) könnte sogar bessere Wirkungsgrade erzielen als das 72mm Wren-Rad. Denn die meisten kaufbaren Gussräder sind Reaktionsturbinen. (eigentlich sind sie ein Mix aus beidem, Wurzelregion der Schaufel ist Impuls, gegen die Spitze verwinden sich die Schaufeln und bilden die Reaktions-"Region" Dies, um die Belastung durch Fliehkraft und Drehmoment homogener auf das Turbinenmaterial zu verteilen.)
Reaktionsturbinen nehmen sich die Leistung aus dem Rückstoss der Gase, die in der Beschaufelung beschleunigt werden (konvergenter Querschnitt, d.h. noch mehr Geschwindigkeit!)

Impulsturbinen dagegen nehmen sich die Leistung nur durch die Umlenkung Gase, die Gaskanalquerschnitte in der Beschaufelung sind weitgehend konstant. Eintrittgeschwindigkeit = Austrittsgeschwindigkeit

Die Turbine müsstest Du dir aber selber fräsen (4-Achs Bearbeitungszentrum und einige HM-Fräserchen) da es meineswissens solche Räder nicht zu kaufen gibt...


Gruss
Johannes
 
Erstmal vielen Dank an alle für die schnellen Antworten!

@Thomas: Die Idee mit dem LKW-Turbolader ist echt nicht schlecht, werd ich mal in Betracht ziehen. Auf das Gewicht kommt es wirklich nicht an, das Gerät wird dann als Versuchsobjekt benutzt, um Schub, Drücke, Temperaturen etc. zu messen und den Studenten zu zeigen, wie so ein Turboprop funktioniert. (Deshalb sollte es am Ende auch funktionieren)

@Johannes: Das es etwas ungewöhnlich ist, eine Axialturbine hinter eine Radialturbine zu setzen ist mir auch aufgefallen, seh ich aber nicht als Problem den Abgasstrahl passend umzuleiten. Die Sache mit Impuls- oder Reaktionturbine ist ein guter Einwand, werd ich mal überprüfen. Hab mich erstmal mit passender Literatur eingedeckt und werd die Sache mal nachrechnen. (Kommt man leider in ner Diplomarbeit eh nicht drum rum...).
Den Aufwand, ein passendes Rad zu fräsen wollt ich ja eigentlich umgehen, hab aber heute gesehen, dass meine Hochschule eine sehr schöne Fräse da stehen hat, müsste also zur Not auch gehen...

Ansonsten bin ich natürlich immer dankbar für weitere Anregungen, Vorschläge, Erfahrungsberichte usw.

So long,
Martin
 
Ja, am besten Du arbeitest Dich ein. Welche Literatur hast Du zugezogen? Dietzel, Bohl und die Bekannten?

Halt uns auf dem Laufenden.


Gruß
Johannes
 
Ja, den Bohl hab ich und noch ein paar andere, wobei der Bohl glaub ich noch am verständlichsten ist. Scheitere aber grade schon an der Abschätzung, welche Abmessungen das Rad haben muss, um dann zu überprüfen ob das mit den käuflichen Sachen vereinbar ist. Läuft glaub ich hauptsächlich auf Rechnen mit angenommenen und geschätzten Werten hinaus, oder hat jemand da tiefgreifendere Erfahrungen?
Für Hilfe bin ich ja immer dankbar.

Bei eventuellen Fortschritten lass ich natürlich was von mir hören.

Gruß
Martin
 
So, hab mich mal etwas mit der Materie beschäftigt, bräuchte aber nochmal etwas Hilfe. Bin bei meinen Berechnungen auf einen freien Schaufelquerschnitt für die Turbine von 9,8 Quadratzentimetern gekommen und bin jetzt auf der Suche nach einem zu kaufenden Turbinenrad, das in etwa diesem Maß entspricht. Die Firma Wren hat sich leider mit Informationen zu Maßen und Winkeln ihrer Räder sehr zurückgehalten, hab auch mal bei Jakadofsky nachgefragt, die haben aber leider grade Betriebsferien.
Würde mich freuen, wenn mir irgendjemand Tipps zu einem passenden Rad geben könnte oder nähere Informationen zu den Maßen und Winkeln der Wren-Rädern hat (besonders das 66mm Rad, das 72er ist glaub ich schon zu groß).
Vielen Dank,
Gruß

Martin
 

Torque

User
Frank Turbine

Frank Turbine

Hallo!

Ruf doch mal Alfred Frank an. Der kann dir vielleicht helfen. Der hat jetzt erst nen Turboprop gebaut mit ner 66er Turbine.
Hab den in Herriden laufen sehen. Echt super!
Auf unserer Vereinshomepage ist ein Video. (Service->Fotogalerie->Videos)

Gruß KAI
 
Hallo Kai,

den Alfred Frank hab ich kontaktiert, der meinte aber, das wär alles nicht so einfach, die Entwicklung seines Turboprops hätte ca. 4 Jahre gedauert und wär nur auf der Basis von Versuchen entstanden. Turbinenräder hätte er keine passenden, weil die alle nicht auf Wellenleistung ausgelegt wären. Was mit dem Rad in seinem Turboprop ist weiß ich nicht. Ist aber auch ein Grund, warum ich zu dem Wren-Rad tendiere, versuch ich aber Grade noch an die nötigen Daten heranzukommen, besonders den Winkel der Schaufeln. Hab denen jetzt nochmal ne Mail geschrieben, mal schauen was passiert. Wenn jemand dazu noch Infos hat, immer her damit.

Gruß Martin
 
Warum machst Du Dir nicht selber eins?
Da Du ja nicht auf Höchstleistungen aus bist, tuts ein Eigenbaurad allemal, nicht?
So eine dicke Scheibe aus V2A oder besser aus einer Inconel/Nimonic-Legierung für deinen Durchmesser findet sich schnell mal im Schrotthandel. Wäre auch die kostengünstigste Variante, soo viel Aufwand ist das nicht.


Gruß
Johannes
 
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