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Strahlantrieb

Luft- und Raumfahrttechnik, in der Luft- und Raumfahrt benutzte Antriebstechnik in Form von Gasturbinen- und Staustrahltriebwerken. Dabei beruht die Vortriebswirkung dieser Aggregate auf einer Impulsänderung der durchgesetzten Luft, die verdichtet und durch die Verbrennung von eingespritztem Treibstoff erhitzt wird. Triebwerke, die nach diesem Prinzip arbeiten, werden deswegen luftatmende Triebwerke genannt. In der Schub- oder Entspannungsdüse werden die Verbrennungsgase beim Ausströmen nahezu auf Aussendruck entspannt und auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die die der eintretenden Luft bei weitem übersteigt. Der Geschwindigkeitszuwachs ergibt die Impulsänderung und damit den Schub des Triebwerks, da dieser der zeitlichen Änderung des Impulses der ausgestossenen Masse nach dem 3. Newtonschen Axiom entgegengesetzt gleich ist. Die Druckenergie in der Brennkammer wird also in Impuls umgewandelt, der nach dem Impulssatz dem Produkt aus Masse mal Geschwindigkeit entspricht. Der austretende Gasstrahl stösst sich somit zur Erzeugung des Vortriebs nicht von der Umgebungsluft ab. Anschaulich lässt sich dieses Prinzip mit dem eines sich drehenden Rasensprengers vergleichen, dessen Rotation als Reaktion auf das ausströmende Wasser genau in Gegenrichtung stattfindet. Bei Flugzeugen wird analog entweder eine grosse Luftmasse von einer Luftschraube auf eine relativ kleine Geschwindigkeit (Propeller) oder ein relativ kleines Luftvolumen auf eine sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt (Strahlantrieb). Die Leistung eines luftatmenden Triebwerks ist proportional der Dichte der angesaugten Luft und nimmt daher mit der Höhe ab. Da der Widerstand eines Flugzeuges jedoch in gleichem Masse abnimmt und die kältere Ansaugluft in grossen Höhen einer grösseren Wärmezufuhr gleichkommt, nimmt die Flugzeuggeschwindigkeit in grösseren Höhen etwas zu. Strömt Luft in ein Rohr ein, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung zunächst erweitert, so bewirkt die Verzögerung zunächst eine Drucksteigerung. Der nach hinten wieder kleiner werdende Querschnitt eines sog. Staustrahlrohres kehrt die Verhältnisse jedoch wieder um; es entsteht kein Schub. Vielmehr tritt durch die Reibungsverluste eine Widerstandskraft auf. Spritzt man jedoch in die verzögerte Luftströmung Treibstoff ein und verbrennt diesen, so nimmt das Volumen und damit die Austrittsgeschwindigkeit der Arbeitsgase zu – es entsteht ein Vortrieb.

 

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