Fantriebwerksthread zur Anregung und gemeinsamen Ideenfindung

[Falcon-Jet]

Hi Matzito,

Ob der Fan aus dem Vollen geschnitzt wird oder nicht steht noch offen... was meinen die anderen dazu? Positiv wäre die Austauschbarkeit sowie das einfachere anbringen von Modifikationen bei einzeln ersetzbaren Schaufeln...

Gunnar: super dass Du den Kontakt herstellen konntest.

Ich geb hier jetzt mal als Vorschlag (hoffentlich realistische) Verdichterdaten bekannt, wie sie für dieses Projekt traumhaft wären.

Durchmesser aussen 65mm
Nabendurchmesser 18mm
Bohrung 12mm
max. Drehzahl 140'000u/min
Druckverhältnis möglichst gross (>3 höhere Priorität als Durchsatz)
Durchsatz möglichst gross (>0,25kg/s)
Drehrichtung Gegenuhrzeigersinn von vorne gesehen (Ersparnis Linksgewinde)

Gruß
Johannes

 

[Miniflyer-nd]

@johannes:

Die Skizze kommt aus Corel. Da kenn ich mich auch mit freiformkurven u.Ä. aus und kann vernünftig und schnell arbeiten.....geht in Catia noch nicht so dolle bei mir :-). Aber die corel-dateien kann ich 1:1 ins catia laden und umwandeln....die schritte lern ich grad mit hilfe von Matze (Danke an der stelle mal :-) ).

@Matze: So ca 20 schaufeln sollten das Umsetzen können, die müssen halt sehr dünn profiliert werden. Um dann innerhalb der schaufel ein vernünftigen biegemomentenverlauf zu erzeugen müsste halt aussen der "auftriebswert" etwas niedriger, und nicht konstant ausgelegt werden....

Eines was gegen einen 180er Fan spricht: 150 kann bis 40000 gefahrlos laufen, ein 180er geht bei 33000 schon in den überschallbereich....ergo brauchen wir hier ein "krasseres" getriebe (auch wenn der bypass wesentlich höher liegt)

Gruß
Hank

 

[Sebastian Lorenz]

Hübsche Daten Leute
Bez. Pumpen; wir müssen wohl die Fan-Lieferleistung im Bereich des Kerntriebwerks berücksichtigen und das Verdichterleitsystem entsprechend anpassen...
Oder anders; wir blasen Luft ab. (diese könnte ja theoretisch dann noch weiterverwertet werden..!?)

Genau so ist es auch bei den großen...
Um das Pumpen zu vermeiden wird Luft abgeblasen und ein Teil der Leitschaufeln im Verdichter sind verstellbar.
Die abgeblasene Luft kann dann natürlich verwendet werden, wofür auch immer. (eine Lüftungsanlage brauchen wir ja im Modell nicht ;-) )

 

[Quaxpilot]

Hannover?

Hannover?

Hallo Freunde,
Mal am Rande :
Sebastian, ich wohne hier in Wolfsburg... sag´ mal braucht Ihr nicht noch Maschinenbauingenieure, die im Triebwerksbereich arbeiten wollen?

Gruss Thorsten

 

[Sebastian Lorenz]

@ Thorsten

Ich habe dir mal eine PN dazu geschrieben.

 

[Quaxpilot]

postfach voll

postfach voll

Sebastian, mach mal dein postfach leer... kann dir nicht schreiben...

Gruss T.

 

[matzito]

Zitat:
Durchmesser aussen 65mm
Nabendurchmesser 18mm
Bohrung 12mm
max. Drehzahl 140'000u/min
Druckverhältnis möglichst gross (>3 höhere Priorität als Durchsatz)
Durchsatz möglichst gross (>0,25kg/s)
Drehrichtung Gegenuhrzeigersinn von vorne gesehen (Ersparnis Linksgewinde)

Hallo Johannes,
ist der Durchmesser nicht ein bischen zu klein?
Habe mich am WE mal ein wenig mit der Rechnung auseinandergesetzt, nicht ganz einfach da wieder reinzukommen. Ausgegangen bin ich allerdings von 180 aussen und 60 innen. Eine Drehzahl von 30000 U/min. Schaufelanzahl 16. Der Durchsatz in meiner Rechnung war aehnlich, Drehrichtung, haette ich auch rechtsrum gewaehlt.

Dazu habe ich mal angefangen ein Modell zur Visualisierung aufzubauen. Es enthaelt die genannten Innen und Aussendurchmesser und die prozentualen Schaufelhöhen 10,30,50,70 und 90%, an denen die Profile ausgelegt werden. Die Sehnenlaenge betraegt 30mm.

Hank,
es sind zwar noch Dummykontouren, aber man erkennt gut die Staffelung der Schaufen, ich wuerde hier eher noch ein bis 2 Schaufeln weniger einsetzen, um den Stroemungsquerschnitt nicht zu stark zu verengen, alternativ kann man, wie auch in den Radialverdichtern unserer Turbinen ueblich, jede 2te Schaufel etwas nach hinten versetzen, um die Auswirkung etwas zu reduzieren.

Die prozentuale Schaufeldicke in der Wurzel 8% an der Spitze 6%



Jetzt muss ich noch rausfinden, wie ich die Skizzen fuer die Sehnen der Profile genau auf die Zylinderflaechen legen kann, es soll ja moeglichst exakt werden.

Nochmal @ Johannes, soll es ein reines Hubtriebwerk werden wie bei der X35? oder ist es axial vorgeschaltete, wie beim Harrier.

Werde nochmal meine Grunddaten nachschaun und in Kürze mal posten.

Gruss
Matzito

 

[Falcon-Jet]

Hi Matzito,


Sehr schön gemacht! Meinst Du nicht, dass die Schaufeln noch etwas länger sein dürfen? Oder brauchen wir die Mantelfläche auf dem jetztigen D innen damit die Schaufeln passen?

Also mit einem guten Verdichterrad von 65mm Durchmesser aussen sind schon happige Leistungen möglich... Welche Umfangsgeschwindigkeiten können wir einem gefrästen Rad aus Al#7075 zutrauen? Mehr als 510m/s? Denke ja, dann würden sich natürlich 70mm "anbieten," könnten wir schon gebrauchen, hast recht. Wegen der grösseren Nabe...

Es soll ein reines Strahltriebwerk sein, wie in einem Airliner... (die Strahlversion ist die einfachste und bietet am wenigsten Probleme würd i sagen)

Wärs ned sinnvoll den Fan dem Kerntriebwerk gegenüber gegenläufig auszuführen? (Drehmoment)

Wie hast Du den Durchsatz berechnet?

Kannst Du mir die Schaufeln so wie se abgebildet sind als STEP-Datei mal rüberschicken?

Gruß
Johannes

 

[Miniflyer-nd]

Matze:

ich würd mit der relativen dicke noch weiter runter gehen....krauftaufnahme ist nicht so kritisch, und bei den umlaufgeschwindigkeiten sind ca 6% innen und 4% aussen aerodynamisch wohl günstiger (schnüren auch nicht so ein).
Kürzere schaufeln sind hier ebenfalls besser, vllt so 20-25mm maximal (aus dem bauch raus).

Viele Grüße
Hank

 

[Falcon-Jet]

Aber bringen wir mit dieser kleinen Schaufelhöhe einen Durchsatz von ca. 1kg/s durch?


Gruß
Johannes

 

[matzito]

@ Johannes,
70 mm Fandurchmesser? Du meinst wahrscheinlich den nachgeschalteten radialverdichter des kerntriebwerkes, oder?
Was verstehst Du unter einem reinen Strahtreibwerk so wie bei einem Airliner? die haben doch Blaesertriebwerke mit Fan als keine reinen Strahtriebwerke,
reine Strahtriebwerke sind so wie unsere bisherigen Turbinen.
Ein Step wird Dir nichts nuetzen, da hier zunaechst nur mal optisch die Staffelung verdeutlicht werden soll, das sind noch nicht die letztendlichen Gitter. Dieses wir dann natuerlich vom kleinsten Kreissegment bis zum größten gehen, dargestellt sind noch die Berechnungsebenen in prozentualer Schaufelhöhe, die Dummyschaufel geht von 10-90% Schaufelhoehe.

Die Berechnung erfolgt nach Eckert und Schnell, Radial und Axial Kompressoren, Springerverlag.

Den Durchsatz und die anderen Grunddaten poste ich in Kürze mal, ich möchte die Schaufeln erst komplett berechnet haben und auch evtl. Fehler beurteilen können.

@ Hank, bei 30mm Sehnenelaenge waeren die Schaufeln aussen 1,2 mm und innen 1,8 dick, das ist sicherlich zu machen. Kann ich mal mit in die Berechnung stecken, da dies eine Größe ist, die als Annahme mit einfließt.

Weißt Du evtl, wie ich die Skizzen fuer die Profile auf Zylindesegmentflaechen lege? Auf einer ebenen Skizzierflaeche gaebe es naemlich geringe Abweichungen. Für einen Impeller habe ich das mal als ebene Flaeche angenommen, das geht auch, interessiert mich aber prinzipiell schon mal wie man auf solchen nicht ebene Flaechen skizziert und die Bogenlaengen vorgibt.

Schick Dir gleich noch das SLW.

Gruss Matzito

 

[Falcon-Jet]

Hi Matzito,


nein nein, ich meine den Verdichterdurchmesser...

Unter reinem Strahltriebwerk meinte ich dass mit der Kaltluft vom Fan nix anderes als Strahlleistung erzeugt wird, und (noch) nicht komplizierte Luftführungen anzubringen damit sie in eine Harrier passt. I denk wir werden sonst schon genügend Sachen zu verbessern haben, da sind wir erstmal damit beschäftigt, was meinst?

Gruss
Johannes

P.S. Achso, ok. I sollt noch ein 600-seitiges Buch über Axialkompressoren kriegen, war verd.... teuer, aber ich freu mich

 

[Miniflyer-nd]

Hy Matze.

Bezüglich Profile auf gekrümmte flächen zeichnen: da hat mein schlaues Buch ein paar tricks drinnen soweit ich weiß. Das ganze läuft in der rubrik Bleche und Blechumfornung, da dies wohl öfters bei den sphärisch gekrümmten aufeinandertreffenden karosserieteilen vorkommt.....

Ich komm wie schon in der email steht erst mi/do wieder heim, da kann ich mal nachschauen. Wenn du zugang zu Catia-büchern hast: Konstruieren mit CATIA V5 (Egbert Braß, 2005) hilft hier in dem bereich sehr auf die sprünge...da steht auch einiges hilfreiches zu loft und fill, freiformflächen usw.... ist halt sehr automobil-spezifisch (übungsbeispiele sind alles karosserien u.Ä.) aber direkt übertragbar.

VG
Hank

 

[matzito]

Hier mal die Ausgangsdaten fuer die Rechnung

Volumenstom 1,55 m3/s, Förderhöhe 510m Zuströmgeschwindigkeit 70m/s, Stufenwirkungsgrad 0,88, Da 180mm Di 60mm, Nabenverhaeltnis 0,33, Massenstrom m punkt 2kg/s Drehzahl n= 30000, nq=348


Werde als prozentuale Schaufeldicke 6 und 4% annehmen, Hank.

Jetzt brauche ich erst mal ein bischen Freizeit, um das komplett durchzurechnen, dann melde ich mich wieder .

Gruss Matzito

 

[matzito]

Zwischenergebnis ist die symetrische Geschwindigkeitsverteilung hinter der Stufe:



Interessant die Bereiche in der Grenzschicht, die sind immer negativ und werden in der Konstruktion nachher ausgeblendet, da laesst man die Schaufel bei 2,3 oder 5 % beginnen bis dann 95%, je nach Ergebnis, sonst erhaelt ma in der Wurzel und am Kopf stark einen stark ruecklaeufigen Anstelwinkel und das sieht komisch aus, wir wollen ja vorne nix rauspusten ;-))

Matzito

 

[Quaxpilot]

stand der dinge?

stand der dinge?

Und was ist der letzte stand nun Berechnungstechnisch?

Gruss Thorsten

 

[Falcon-Jet]

Sorry Leute, mein Internet ist für n paar Tage ausgestiegen...

Matzito, die Daten sehen vielversprechend aus. Meinst Du 88% Wirkungsgrad sind realistisch?

Würd mich über einen kurzen Bericht über den Stand der Dinge auch freuen.


Gruß
Johannes

 

[matzito]

Hallo Thorsten, hallo Johannes,
so ne Berechnung dauert immer ein bischen. Aber ich habe die Ergebnisse schon mal dargestellt, muss ich noch mal auf Fehler prüfen. Wenn jemand einen Fehler endeckt, immer her damit, ich bin lernfähig:

Hier die Grunddaten und die Berechnungen:





Hier die egentlich Berechnung zur Schaufelgeometrie:



Die Geschwindigkeitsverteilung in ungestoerter Anstroemung (70m/s) magenta und die Verteilung hinter dem Laufrad in blau:



Hier die graphische Darstellung der Berechnungsergebnisse, wobei nur die Profilsehne gezeichnet ist und diese zur graphischen Darstellung auf 1mm aufgedickt wirde, die Kanten sind also nicht vorne rund und hinten spitz. Die Überlagerung mit einem Naca Profil muss noch gemacht werden, so wie vieles andere auch noch (z.B.:Statorbeschaufelung).



Hier kann man sehr gut den Schaufel-Strak erkennen:
(Die Schaufeln sind fuer eine konstante Arbeit ueber der Schaufelhöhe verwunden.)



Ich hoffe mit dem Ergebnis koennt Ihr schon was anfangen, denn so eine gesamte Berechnung dauert doch seine Zeit. Die vielen Schritte mit dem Taschenrechner wollte ich mir ersparen und habe das in Exel gemacht. Ich muss die Formeln aber alle nochmal prüfen, am besten mal mit einer frueheren Rechnung, dann kann ich genau sagen ob auch nirgends ein Fehler drinsteckt.

Danach muss das Modell perfektioniert werden, wie ich bislang rausgefunden habe ist es leider nicht möglich auf den Zylinderflächen zu zeichnen, so dass ich ebene Skizzen fuer die Profile verwendet habe, das mach aber nicht so einen grossen Unterschied!

Ach ja, und den Drall wollen wir ja auch noch rausnehmen, dafuer bietet sich dann ein Stator an, der ist nicht ganz so aufwendig von der Berechnung.



Was meint Ihr, wieviele Schaufeln sollte der Stator haben bei 16 Laufschaufeln? Ich halte ja grundsaetzlich nix von der gleichen Anzahl, so wie man es bei manchen Impellern macht. Die Druckstöße koennen bei unserer Drehzahl doch sehr groß werden. Ich mag geren so krumme Dinger wie 9,11 oder 13, die bringt dann noch das passende Quantum Glück ;-))

@Johannes: 88% Wirkungsgrad in der Berechnung sind relistisch, in wie weit die nachher umgesetzt werden haengt von der Fertigungsqualität ab. Ich denke aber dass man nacher ein eta von 80 bis 85 Prozent erreicht.

So, fuers erste wars das dann mal, ich denke in den naechsten 3 Wochen werde ich vielleicht nicht alles schaffen, da ich noch einige Vorbereitungen fuer Australien treffen muss, aber ich denke mit dem Stator wird es vorher noch klappen.


Gruss Matzito

 

[Falcon-Jet]

Hi Matzito,


Nachdem der sporadisch auftauchende Internet-Übeltäter entdeckt wurde, kann ich hier endlich wieder schreiben... (sch.... Router)

Hochinteressant, besten Dank! Was mich etwas verwirrt ist die Zuströmgeschwindigkeit; hast Du da mit einer Fluggeschwindigkeit des Antriebs gegenüber der Luft gerechnet? Es verwirrt mich aus diesem Grunde, weil man den Rest des Antriebs eigentlich "im Stand" ausrechnet. Es mag aber durchaus sinnvoll sein, wegen der viel grösseren Luftmasse!!?

Ich würde sagen, dass es für die Herstellung einfacher wäre den Fan alleine als "Disc" zu machen und den Spinner als separates Teil zum aufschrauben.

13 oder 17 Statorschaufeln wärn ned schlecht. (gemeinsamen Teiler vermeiden) Das FJ44 hat bei (ca) 19 Fanschaufeln unzählige Statorschaufeln, schätzungsweise 40. Sie haben eine sehr geringe Profiltiefe und sind entsprechend dem Querschnitt relativ lang.

85% Wirkungsgrad wäre ja ein traumhafter Wert. Was meinst mit "je nach Herstellung"? Die Masstreue, oder Oberflächengüte?

Ist die Abströmgeschwindigkeit mit ~70m/s nicht etwas gering (Zuströmgeschwindigkeit nicht berücksichtigt)? Damit würde ja der "kalte Schub" nur bis knapp an diese Geschwindigkeit was bringen. O.K., mit einem Modell das so gross ist für diesen Antrieb will man ja auch ned schneller fliegen, wa?

Gunnar, wie siehts mit dem Verdichter aus?

Bis bald und weiterhin viel Spass! Ich sehe schon, wir kommen auf einen grünen Zweig.


Gruß
Johannes

 

[matzito]

Hallo Johannes,
Kurze Erklärung zur Zuströmgeschwindigkeit:

Man betrachtet dazu den Rotor einfach als kurzes Rohrsegment, d.h., das was vorne rein geht, muss hinten wieder raus. Der Fan saugt jetzt natuerlich die Luft von vorne an, eine gewisse Vorauswirkung auf die Strömung. Rechnerisch beschreibt dies die Geschwindigkeit im Rohr unmittelbar vor den Laufschaufeln. Die Umgebungsluft sollte dabei als ruhend angenommen werden. Die Luft hat also vor dem Rotor die annaehernd konstante Geschwindigkeitsverteilung von 70m/s und dahinter eben die berechnete.

Ich hoffe meine Erklärung ist verstaendlich, man muss sich nur vorstellen, dass die Geschw im Rohr vor dem Laeufer nicht Null sein kann, dann bekommen die Schaufeln naemlich keine Luft zugeströmt.

Der Spinner dient hier nur der Optik, da ist nichts auskonstruiert. Den würde man spaeter in "Laval-Form" zusammen mit der Einlauflippe auslegen.

Wenn Ihr woll, kann ich auch spaeter mal das Auskonstruieren in diesem Bereich uebernehmen, nur ich bin halt nicht so super schnell. "Koennen", kann ich (glaube ich), "Wollen", will ich auch, Zeit und Ruhe finden ist aber manchmal Gluecksache. Ich hoffe Ihr habt Geduld mit mir ;-))

Gruss Matze