Turbojet mit Axialverdichter

niffi

User
Zwar noch mit radialer Hochdruckstufe, aber immerhin...Von der Größe her schon recht nah dran! Das Teil dürfte wohl auch ohne radiale Stufe funktionieren, dann mit gemäßigter Turbinentemperatur
und etwas weniger Wirkungsgrad. Allerdings, wer brauch in einem Modellflugzeug 1000N Schub? :D:D


Bild1.jpg

Bald gibts neue Bilder vom Projekt, bin grad intensiv dran.
 
Die Gerätschaft auf dem Foto ist doch ein Axialturbolader, oder?

Ausserdem, dein gedanke ist gar nicht so abwegig. Die Kollegen von Schweighofer könnten 1000 Nm Schub gut gebrauchen ;-D
 
das ist eine Allison C250 Hubschrauberturbine. Gehört heute zu Rolls Royce. Diese Triebwerke sind in vielen Helis wie z.B. Jet Ranger oder auch der guten alten Bo105 eingebaut. Die ersten Versionen dieses Triebwerkes hatten nur einen Radialverdichter und im Laufe der Entwicklung (hin zu immer stärkeren Versionen) hat man mehrere axiale Stufen vor den Radialverdichter gesetzt. Diese dienen als "booster" um dem Gesamtverdichter zu einem vernünftigen Druckverhältnis zu verhelfen. Ich bezweifle sehr, dass diese alleine genügend Druckverhältnis erzeugen um ein vernünftiges Triebwerk damit zu realisieren. Dass diese Axialstufen nicht die beste Idee sind, kann man auch daran erkennen, dass die Nachfolgetriebwerke RR300 und RR500 nur noch reine Radialverdichter haben.

Nur mal so als Ergänzung. :)
 
Ahaaa, alles klar ;)

jetzt wo du es sagst. Das ist ja nur ein kleiner Teil des Triebwerks. Danke für deine Erklärung und verzeih bitte meinen unqualifizierten Beitrag ;)

Turbogrüße Sven
 
Hallo Christian,

das ist nicht ganz korrekt, was Du da schreibst:

Die frühen Versionen der Allison 250 (Modell C18 und C20 bzw. die daraus abgeleiteten Turboprops B15 und B17), deren Entwicklung Mitte der 1950er begann, waren mit einem Kombinationsverdichter ausgestattet, bestehend aus sechs Axialstufen und einer Radialstufe (wie im Bild von "Niffi" zu sehen). Damals verstand man die Aerodynamik der Transsonischen Radialversichter noch nicht, und die verfügbaren Fertigungverfahren ließen auch nur relativ einfache Geometrien zu. Später, ab der Version C28 ist man dann zu einstufigen Radialverdichtern übergegangen, ganz einfach, weil diese viel billiger herzustellen und weit weniger empfindlich gegenüber Fremdkörpern sind. Außerdem ist das Regelverhalten der Axialverdichter nicht trivial (Abblasen von Verdichterluft an der 5. Stufe beim Anlassen und Beschleunigen erforderlich, damit der Verdichter nicht instabil wird).

Mittlerweile werden praktisch alle kleinen Hubschrauberturbinen nur noch mit einstufigen Radialverdichtern gebaut (manchmal mit einer axialen Booster-Stufe davor) und erreichen dabei Druckverhältnisse bis ca. 12. Mehr Druck ist bei den kleinen Aggregaten (bis ca. 1000kW) nicht sinnvoll, da oft ungekühlte Turbinen Verwendung finden und ein höherer Druck nur bei höheren Turbinen-Eintrittstemperaturen noch eine Wirkungsgradsteigerung bringt, was bei den Baugrößen (aufgrund des zur Schaufelkühlung erforderlichen Aufwands) nicht mehr wirtschaftlich zu realisieren ist. Die Verdichterwirkungsgrade unter diesen Bedingungen sind relativ gering (in den hohen 70ern), die Gesamtbilanz (Triebwerksgewicht, Baugröße und nicht zuletzt Kosten) sprechen aber für den etwas höheren Spritverbrauch bei dieser Auslegung.

Dennoch, interessant ist das Projekt der Modellturbine mit Axialverdichter allemal.

Viele Grüße,
Thomas
 
Zuletzt bearbeitet:

niffi

User
Ja richtig, der Aufwand würde sich heute nicht mehr lohnen. Vor 20 Jahren wurde das maximale Druckverhältnis einer Radialstufe mit
5:1 angegeben, mehr ging damals nur durch Kombination mit axialen Stufen. Der im Bild gezeigte Axialverdichter ist aber keine Boosterstufe, die
dem eigentlichen Verdichter (radiale Stufe) "zuarbeitet". Es handelt sich um einen vollständigen Verdichter,
der auch ohne radiale Stufe funktionieren würde (Druckverhältnis 2.6:1 am Regelventil nach der fünften Stufe).
Die axiale Bauweise hat ebenfalls zugelegt, heute sind mit nur 8 Stufen Drücke von 26 Bar möglich.
Viel mehr als 3 Bar macht aber im Modellmaßstab eh kein Sinn, bei 6 Bar hätte die verdichtete Luft z.B. bereits eine Temperatur von etwa 250°C,
da bleibt ohne aufwendige Kühlung der Turbine kaum Platz für ein weiteres Aufheizen durch die Brennkammer. Und innengekühlte
Einkristallschaufeln wird es im Modellmaßstab nicht geben.
Viel wichtiger ist ein hoher Durchsatz bei geringem Druck und genau dafür ist der Axialverdichter ideal. Mittlerweile wird durch
Abdrehen von eigentlich zu großen Radialrädern versucht, diese Charakteristik zu erreichen.
Hier mal ein anderes Beispiel: 6-stufiger Axialverdichter aus einem Drohnenantrieb, Triebwerksdurchmesser 120mm, Schub 450N.

Axial_Small.jpg
 

niffi

User
Hier mal ein Bild von der Fertigung, müsste Stufe 4 sein. Rohmaterial ist Alu 7075, gefräst in zwei Durchgängen.
Neben der Codegenerierung macht das Einrichten der Maschine und Rundlaufprüfung die meiste Arbeit.

Axial_Komp2.jpg
 

niffi

User
Nabend!
So langsam gehts weiter mit dem Projekt..
Die Leitschaufeln der letzten drei Stufen sind fertig, jetzt kommen die vorderen drei Stufen dran. Dazu mussten 60 exakt gleiche Messinghülsen
gedreht werden als Aufnahme für die verstellbaren Leitschaufeln.
Zu diesem Zweck habe ich meine ausrangierte Rotwerk kurzerhand mit ein
paar Motoren ausgestattet, alten Drehtisch drauf und los..
Die Maschine ist zwar keine CNC-Drehmaschine bzw. man kann keine Teile direkt nach Maß herstellen, aber nach einem vermessenem Probeteil stimmen
die Toleranzen. Daher bezeichne ich das Teil eher als Automaten.. :)
Die Ergebnisse sind aber mehr als ordentlich, Abweichung nie mehr als 0.02mm!
Hier mal ein Video:
http://www.youtube.com/watch?v=-igkUNrbucc&feature=youtu.be

Und so sieht die Gehäuse-Halbschale aus, die hinteren Leitschaufeln sind noch nicht endbearbeitet und teilweise gestrahlt.

Verdichter_Vleit2.jpg
 

niffi

User
Nach etwas Vorrichtungsbau sind jetzt die ersten Spannklammern für die hinteren Stufen fertig und montiert.
Passen perfekt und die Leitschaufeln sitzen absolut fest in der Aufnahme.
Die Schaufeln haben am oberen Ende zwei Fasen, damit lässt sich mit einer speziellen Zange der Winkel genau einstellen
und anschliessend im gewählten Winkel festziehen. An der Zange wird dafür ein Winkelmesser montiert.
Über den Leitschaufel-Winkel lässt sich später Durchsatz, Pumpverhalten und Druckaufbau einstellen.

VLeit_Spannklammer.jpg
 

niffi

User
Nabend!
Vor dem Einbau wird der Bereich, der in der Aufnahme sitzt, mit Hochtemperatur-Wachs beschichtet.
Der darf im abgestellten Zustand ruhig etwas schmilzen, das verbessert die Dichtigkeit.
Mehr als nervig sind die gefühlt 8 Millionen Bohrungen, Gewinde und Verschraubungen...
So siehts jetzt grob zusammen gesteckt aus, morgen kommen die vorderen Stufen dran:

JetEng_2.jpg
 

niffi

User
Weiter gehts :)
Die verstellbaren Leitschaufeln für die ersten drei Stufen sind mittlerweile rohfertig und werden noch auf passende Länge und Winkel geschliffen. An den Messingbuchsen habe ich nochmal etwas gefeilt und die Länge soweit reduziert, wie das für eine reibungsarme Führung nötig ist und den Schaftdurchmesser zusätzlich verringert. Dadurch wird der Triebwerks-Durchmesser und das Gewicht geringer. Die Bohrung wird ausserdem aufgerieben, die Rotwerk war dafür doch zu ungenau.
Der Dank für die Mühe sind perfekte Passungen zwischen Leitschaufel-Schaft und Messingbuchse und selbst unter Scherbelastung wenig Widerstand.
Auf dem Bild sieht man den Unterschied zwischen den beiden Messingbuchsen. Die Fertigung der verstellbaren Leitschaufeln war schon sehr aufwendig, die Toleranzen für den Bunddurchmesser(1) und Schaftlänge(2) liegen bei 0,02mm, da sonst die Strömung gestört werden würde. Da geht selbst bei Alu nur KSS gekühltes Hartmetallwerkzeug.

Leitschaufel_1.jpg

Leitschaufel_Turb.jpg
 

niffi

User
Übrigens! :) Es werden sich wahrscheinlich einige Technik-versierte Jetflieger wundern über den getrieben Aufwand angesichts der geringen Baugrösse der gezeigten Leitschaufeln. Dazu sei gesagt, daß die axialen Leitschaufeln in einem z.B. JetCat Triebwerk mit Radialverdichter nochmal eine Portion kleiner und nicht umsonst profiliert sind. Ohne exakte Krümmung/Profil würde das Triebwerk schlicht nicht laufen. Interessant wäre allerdings auch bei einem Radialverdichter ein verstellbares Leitgitter.. naja, vielleicht als Projekt demnächst mal.
 

niffi

User
Ja, ich kann die Mini-Teile auch langsam nicht mehr sehen... Aber das wusste ich vorher, dass dieser Teil der Konstruktion sehr langwierig und gleichzeitig langweilig wird. Naja, jetzt ist das Verdichtergehäuse endlich fertig und mal ein paar Leitschaufeln eingesetzt - sitzen stramm, aber lassen sich leicht drehen:

VSV_1.jpg
 
Ansicht hell / dunkel umschalten
Oben Unten