Ein Strahltriebwerk ist ein Antrieb, der einen Luftstrahl benutzt, um Schub zu erzeugen.
Das Prinzip aller Strahltriebwerke ist das selbe. Luft wird von vorne angesaugt und komprimiert. Danach wird Treibstoff zugefügt und diese Mischung verbrannt. Die Verbrennung erhöht das Volumen des Gases sehr stark, welches dann nach hinten aus dem Triebwerk ausgestoßen wird. Dieser Prozess kann mit dem in einem Ottomotor verglichen werden, wobei jedoch alle vier Takte - Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen - gleichzeitig und kontinuierlich statt finden. Das Triebwerk erzeugt deswegen Vorschub durch die Beschleunigung der durch es hindurchströmenden Luft. Die dadurch entsprechend Newtons drittem thermodynamischem Lehrsatz entstehende Kraft ist der Schub. Entgegen der landläufigen Meinung, "drücken" die ausströmenden Gase nicht gegen die umgebende Luft. Ein Strahltriebwerk beschleunigt eine relativ geringe Masse Luft und beschleunigt sie sehr stark, wogegen ein Propeller eine große Luftmasse nur geringfügig beschleunigt. Die Effizienz dieses Prozesses wird wie bei jedem anderen Verbrennungsmotor durch das Verhältnis zwischen dem Volumen der komprimierten Luft und dem Volumen des Abgases definiert.
Der Vorteil des Strahlantriebes liegt in seiner Effizienz bei hohen Geschwindigkeiten (speziell bei Überschallgeschwindigkeit) und in großen Höhen. Bei langsameren Flugzeugen sind Propeller (angetrieben durch Gasturbinen) allgemein als Turboprop üblicher. Sehr kleine Flugzeuge verwenden konventionelle Kolbenmotoren, um einen Propeller anzutreiben.
Geschichte
Die frühsten Versuche, ein Strahltriebwerk herzustellen, waren hybride Designs, bei denen die Kompression durch eine externe Energiequelle erfolgte. In einem solchem System (Thermojet von Secondo Campini) wird die Luft durch ein Gebläse, das durch einen konventionellen Benzinmotor angetrieben wurde, mit dem Treibstoff vermischt und dann zur Schuberzeugung verbrannt. Es gab drei Exemplare dieser Bauart und zwar Henri Coandas Coanda-1910, die viel später entwickelte Campini Caproni CC.2 und der japanische Tsu-11-Antrieb, der für die Ohka Tokkōtai-Flugzeuge gegen Ende des Zweiten Weltkrieges vorgesehen war. Keiner dieser Antriebe war erfolgreich, die CC.2 stellte sich schließlich als langsamer heraus als konventionelles Flugzeug mit dem gleichen Motor.
Der Schlüssel zu einem verwendbaren Strahlantrieb war die Gasturbine, bei der die Energie zum Antrieb des Kompressors von der Turbine selbst stammte. Die Arbeit an einem solchen integrierten Design begann in England 1930, als Frank Whittle Patente für einen solchen Antrieb einreichte (bewilligt 1932, der eine einzige Turbinenstufe am Auspuff benutzte, um einen Zentrifugalkompressor anzutreiben. 1935 begann Hans von Ohain in Deutschland seine Arbeit an einer ähnlichen Bauart, wobei er Whittles Arbeiten nicht kannte.
Ohain wandte sich an Ernst Heinkel, einen der größeren Flugzeughersteller dieser Zeit, der sofort die Vorteile des neuen Antriebskonzeptes erkannte. Heinkel hatte erst kürzlich die Hirth Motoren Fabrik gekauft und Ohain bildete zusammen mit seinem Mechanikermeister Max Hahn eine neue Abteilung dieser Fabrik. Der erste Antrieb - HeS-1 - lief bereits 1937. Anders als Whittle, benützte Ohain Wasserstoff als Treibstoff, worauf er auch seine raschen Erfolge zurück führte. Die nachfolgenden Entwürfe fanden ihren Höhepunkt im HeS-3 mit 550 kg, das in eine einfachen Heinkel He 178 eingebaut wurde. Nach einer beeindruckend kurzen Entwicklungszeit, flog dieser Prototyp bereits im August 1939 als das erste Düsenflugzeug der Welt.
Anmerkung: Übersetzt aus der englischen Wikipedia - noch nicht vollständig.
Mit der Erfindung und Inbetriebnahme von Strahltriebwerken, wurde die weltweite Luftfahrt im 20. Jahrhundert revolutioniert. Seit den dreißiger Jahren bemerkte man, das konventionelle Antriebe, in Form von Kolbenmotoren und Propellern, den erforderlichen Leistungsansprüchen nicht mehr genügen würden. Die in immer größerer Höhe und mit höherer Geschwindigkeit fliegenden Flugzeuge, gelangten mit diesen Antrieben an ihre Grenzen. Zum einen verloren die Motoren in großer Höhe zu stark an Leistung, da die Luftdichte, je höher man kam, ab nahm. Mit Geschwindigkeiten um die 550 km/h nahm auch der Wirkungsgrad der Luftschraube enorm ab. Zwar konnten noch Steigerungen durch neue Techniken, wie z.B. Verstellluftschrauben, Abgasladern etc. durchgeführt werden, doch waren den damaligen Konstrukteuren die immer schneller näher kommenden Leistungsgrenzen bewusst. Ein berühmter Vertreter, der sich zu den Miterfindern der (Luft-) Strahltriebwerke zählen kann, war Sir Frank Whittel. Er reichte schon 1928 verschiedene Vorschläge zum Bau von Triebwerken ein, welche auf thermodynamischen Gesetzen beruhten. Seine Vorstellung waren für die damalige Zeit sehr zukunftsweisend. Er dachte an ein Antriebssystem, welches in einer Höhe von 35000 m seine Arbeit verrichten sollte. Aufgrund dieser Tatsachen stießen seine Pläne zu Anfang auf Gespött und Misstrauen, was die Zusammenarbeit mit dem Militär behindern sollte. Auch bei verschiedenen, Industriefirmen, bei denen Whittel anfragte, ob sie Interesse an seinen Plänen hätten, schlugen fehl. Erst 1935 als R. D. Williams die Firma Power Jets Ltd. gründete und Whittel als Erfinder einsetzte, erlang dieser wieder neuen Mut zur Umsetzung seiner Ziele. In der darauf folgenden Zeit, entwickelte Whittel mit seinen Mitarbeitern ein Triebwerk, was speziell für die Luftfahrt verwendet werden sollte: Typ U. Es war das erste für ein Flugzeug entwickelte Strahltriebwerk, was am 12. April 1937 seinen Erstlauf absolvierte. Nach diesem Erfolg entschloss man sich nun auch beim Militär für die Erforschung und Weiterentwicklung der Strahltriebwerke, um im internationalen Wettbewerb mithalten zu können. Die gefertigten Triebwerke sollten nun bald eine Flugzeug "bekommen". Man beauftragte deshalb die Firma Gloster Aircraft, um ein geeignetes Flugzeug herzustellen. So entstand das Versuchsflugzeug E 28/39, was am 15. Mai 1941 das erste mal geflogen wurde. Obwohl Whittel das erste Strahltriebwerk entwickelte, war die Vorherrschaft auf dem Sektor der Düsenflugzeuge einem andren Land vorbehalten: Deutschland. In der Zeit des Kriegs entstanden in Deutschland eine große Typenvielfalt, sowie eine enorme Produktion. Bis zum Ende des Krieges wurden weit über 2000 Düsenflugzeuge aller Art in Deutschland hergestellt, wie z.B. die Jäger Messerschmitt 262 und Heinkel 176, bzw. der Bomber Arado 234.
Auch in Deutschland waren die Anfangsbedingungen nicht viel anders als in Groß Britannien. Das vorgenommen Ziel, in geraumer Zeit Flugzeuge zu entwickeln, die schneller fliegen sollten als 800 km/h, ließen sich nicht realisieren, ohne eine neue Antriebstechnik zu entwickeln. Deshalb sah man nur in einem Rückstoßantrieb eine Zukunft. Auch wenn man diese Ideen schon in früherer Zeit für die beste Lösung hielt, ließen sie sich erst jetzt umsetzten, da man nun über genügend Kenntnisse auf den Gebieten der Aerodynamik, der Thermodynamik, sowie der Metallurgie erlangt hatte. Um wissenschaftliche Daten zu erhalten, begann man bei BMW mit der Entwicklung von Übergangslösungen, die zu Testzwecken dienen sollten. So brachte man 1938 durch die Verbindung eines luftgekühlten Kolbenmotors, der mit einer Luftschraube zu einem Testsystem gekoppelt wurde, um Schubeigenschaften und Verhaltensarten zu studieren. Aufgrund der vielen Vorteile, wiesen die Strahltriebwerke in die Zukunft. Sie hatten eine geringere Stirnfläche als Kolbenmotoren und ihren Luftschrauben. Wenn man eine Strahltriebwerk betrachtet, so stellt man fest, das die meisten Teile von der Luft durchströmt werden, d. h. sie gehen im Luftstrom mit. Anders bei konventionellen Systemen, bei denen sich nur die Luftschraube im Luftstrom bewegt. Hinzu kamen auch das geringe Gewicht, wodurch sich das Triebwerk an viele Positionen am Flugzeug montieren ließ. Das erste Strahltriebwerk, was in Deutschland entwickelt wurde, stammte von BMW. Es arbeitet mit einem Axialverdichter, welcher den zur damaligen Zeit oft verbreiteten Radialverdichtern in seiner Wirkungsweise überlegen war. Er hatte einen besseren Wirkungsgrad bei höheren Belastungen, sowie auch Vorteile in seinem kleineren Durchmesser. So war es nun möglich, den nötigen Druck, der in der Brennkammer benötigt wurde, mit wenigen Kompressorstufen (6 Stufen) aufzubauen. Man erkannte auch, dass der Verbrauch in Verbindung mit Leistung sein Optimum bei einem Druckverhältnis von 5 (zu 1) aufwies. Jedoch wurden bei den kommenden Test nur Druckverhältnisse von 3 (zu 1) gewählt, da sonst das Triebwerk, welches zu dieser Zeit noch nicht ausgereift war, nicht zu überlasten und somit einen Ausfall herbei zu führen. Als Ziel wurde die Erhöhung der Geschwindigkeit in den Vordergrund gestellt, die oberste Priorität erhielt. Kraftstoffverbrauch, Gewicht und Stabilität sollten in der weiteren Entwicklung verbessert werden. Um schon Erfahrungen im Bereich der Brennkammer zu sammeln, stützte man sich wieder auf eine Versuchskonstruktion, welche aus einem Kompressor eines üblichen Kolbenmotors, einer Gasturbine, sowie einer teilweisen Brennkammer bestand. Durch diese Test im Jahre 1939 wurden viele neue Erfahrungen gewonnen und Probleme behoben. Mit der Erprobung der Brennkammer setzte man sich mit einem sehr anspruchsvollen Teil des Triebwerks auseinander. Mit zu der Entwicklung der Triebwerke gehörten auch die neuen Versuchsanstalten, Mess- und Testgeräte. Es fanden starke Veränderungen statt - man benötigte leistungsfähigere Windkanäle und neue Werkstoffe, um den bevorstehenden Anforderungen gerecht zu werden. Die Entwicklung und Herstellung der Baugruppen wurden zum einen von BMW übernommen, die die ganze Konstruktion bis auf die Verdichterschaufeln übernahm, was durch die aerodynamische Versuchsanstalt in Göttingen (AVA) erfolgte. So entstand das erste Versuchstriebwerk mit der Bezeichnung P-3302 (V-1 bis V-10), was 1941 auf dem Prüfstand getestet wurde. Es zeichneten sich aber auch noch in dieser Phase Schwierigkeiten auf, da aufgrund von minderwertigen Schweißnähten und Materialien oft Schaufeln brachen, bevor sie die geforderte Drehzahl von 9000 U/min erreichten. Auch im Bereich der Brennkammer, welche durch unterschiedliche Hitzestellen verzogen wurde, was im ganzen Triebwerk eine thermische Unruhe zur Folge hatte, kam es zu Ausfällen. Erfahrungen und Daten, die von Industriebrennern genutzt wurden, erwiesen sich bald als sehr ungeeignet, da sie unter anderen Umständen im Betrieb standen. Dies führte auch dazu, dass der in das Triebwerk eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig verbrannt wurde, was auf eine zu kurze Brennkammer zurück zuführen war. Nach 1941 galt es eine neue Leistungsmarke von 800 Kp zu erreichen. Dies gelang dadurch, dass BMW den Kompressor umkonstruierte und so bei gleichem Schaufeldurchmesser den Luftdurchsatz um 30% zu steigern. Durch die Erhöhung des Luftdurchflusses, erhöhte sich auch die Kompression, die jetzt bei ca. 6-7 (zu 1) lag. Mit der immer besseren Weiterentwicklungen, stieg auch die Problemrate. Es kam häufig zu Schaufelbrüchen, die auf spröde Schweißnähte zurückzuführen, was durch die hohe Temperatur unterstützt wurde. Es zeigten sich auch, dass man mit der neuen Technik anders umgehen musste. Rasche Beschleunigungen, wie man sie bei Kolbenmotoren vornehmen konnte, indem man einfach den Gashebel nach vorn schob waren nun nicht mehr möglich, wenn man nicht den Verlust oder die Beschädigung des Triebwerks herbei führen wollte. Mit der weiteren Verbesserung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches und der Leistung, begann man 1943 mit der Herstellung des BMW Triebwerks BMW-003 (Nullserie). Das Triebwerk bewährte sich bei vielen Tests, so z.B. beim
50stündigen Dauertest, der jedoch nicht ganz ohne Modifikationen an den Kompressorschaufeln vonstatten ging, da man diese verstärkte, um so eine vorzeitiges Reißen zu verhindern. Mit der Erprobung erfolgten weitere Umbauten aber auch neue Rekorde, wie z.B. der Höhenflug mit einer Arado 234, die eine Höhe von 13500m erreichte. Weiterhin stellte man auch die Art des Kraftstoffes um. Man verwendete nun nicht mehr Normalbenzin, sondern Dieselkraftstoff, der den Vorteil hatte, dass er billiger war und keine größeren Destillationen bei der Herstellung bedurfte. Aufgrund dieses Umstieg, musste auch Veränderungen eingeführt werden. Man baute eine Zündanlage ein, um den schwerer zündenden Dieselkraftstoffes zu entflammen. Bis zum Ende des Krieges wurden an die 1300 Triebwerke des Typs BMW-003 hergestellt, die weiterhin Verbesserungen bei der Leistung erreicht, die später bei ca. 900kp lag.
Die Entwicklung der Strahltriebwerke fand also schon einige Zeit vor 1939 statt, jedoch wurde die Entwicklung erst mit dem 2. Weltkrieg auf hohem Niveau vorangetrieben, da Kriege immer technisch rasante Vorsprünge hervorrufen. So geschah dies auch in der Luftfahrtindustrie. Bei all diesen schrecklichem Leid, das der 2. Weltkrieg brachte, kann man die Entwicklungen moderner "Techniken", die heute nicht mehr wegzudenken sind, vielleicht als "positiv" einstufen. Verschiedene Historiker gehen sogar davon aus, das der 2. Weltkrieg die technische Entwicklung, die unter normalen Umständen in 50 Jahren statt findet, auf eine Zeit von 5 Jahren reduziert wurde. Nach dem Krieg, begannen die Siegermächte sofort, das Wissen der deutschen Flugzeugkonstrukteure für sich zu vereinnahmen. Viele Konstrukteure, die auf den fortschrittlichen Sektoren des modernen Flugzeugbaus arbeiteten wurden ins Ausland gebracht, wo sie für die Sieger weiterentwickelten. Briten, Amerikaner und Sowjets waren erstaunt, wie weit die die Deutschen im 2. Weltkrieg auf dem Gebiet der Luftstrahl- und Raketenstrahltriebwerke vorangeschritten waren. Sie waren es, die schon Flugzeug - wenn auch noch nicht ausgereift - im Einsatz hatten. Das erarbeitet Wissen nahm nun als Grundlage für weitere Entwicklungen in den Militärbündnissen des Warschauer Pakts und in der NATO. Auch diesmal brachte die Rivalität eine rasche Entwicklung in Punkto Technik. Raketentriebwerke wurden unter Hochdruck entwickelt, um den Wettlauf ins All und später auch zum Mond zu bestreiten. Im zivilen Einsatzbereich standen vor allem Treibstoffverbrauch, Gewicht und Sicherheit im Vordergrund. Leistung und Geschwindigkeit wurde hingegen im militärischen Bereich gefordert. Im Laufe der Zeit entstanden neue Strahltriebwerkstypen und ein immer größer werdendes Einsatzgebiet. Heute werden alle Luftfahrzeuge, die sich in unserer Atmosphäre bewegen zum größten Teil mit Luftstrahltriebwerken angetrieben. Raketentriebwerke werden genutzt, um z.B. Lasten in das All für den Bau der Weltraumstation ISS zu befördern. Im Bereich der langsameren und kraftstoffsparende Flugzeuge werden Propellerturbinen eingesetzt, die wesentlich günstiger in ihrer Unterhaltung sind.
Seit den 30iger Jahren, als die Entwicklung und Erforschung der Strahltriebwerke noch in den Kinderschuhen steckte, wurden bis in die heutige Zeit verschiedenste Triebwerkstypen konstruiert. Viele Ideen hinsichtlich neuer Funktionsweisen wurden erfolgreich umgesetzt, denen jedoch genauso viele folgten, die wieder in der Schublade verschwanden. In dieser Rubrik wird versucht, die gebräuchlichsten Typen in ihrer Funktion und ihrem Aufbau zu beschreiben, um so eine Einsicht in diese Form der Antriebe zu erhalten.
Bis auf die Raketenstrahltriebwerke, haben alle anderen Strahltriebwerke eine Gemeinsamkeit: sie nutzen für ihre Verbrennung Luft, welche auch den größten Teil der Austrittsmasse bildet. Bei allen Luftstrahltriebwerken, trifft der gleiche auf unterschiedliche Weise gelöste Ablauf statt. Als erstes wird dem Triebwerk Luft zugeführt, die durch Kompression stark erhitzt und verdichtet wird. Dieser Luft wird dann ein Kraftstoff zu geführt, der mit aber auch ohne fremde Unterstützung zur Zündung gebracht wird. Die Verbrennung in einem Strahltriebwerk (außer Pulsstrahltriebwerk) läuft konstant ab. Durch den starken Temperaturanstieg, der aufgrund der exothermen Reaktion entstanden ist, kommt es zur raschartigen Expansion der Gase. Dadurch kommt es zu einem Rückstoß, der nach hinten gerichtet ist und so einen Vortrieb erzeugt. Die entstehende Kraft wird nun dazu verwendet, um Arbeit zu verreichten.
Die meisten Strahltriebwerke besitzen Einlauf, Kompressor, Brennkammer, Turbine und Düse. Bis auf Einlauf und Düse, werden alle anderen Komponenten über eine oder auch mehrer Wellen gekoppelt. Der zuerst folgende Einlauf ist bei hohen Geschwindigkeiten von nutzen, da dort schon die anströmenden Luftmassen vorverdichtet wird. Nach dem Lufteinlauf folgt der Verdichterkomplex, welcher aus mehreren Laufrädern mit Kompressorschaufeln in axialer Bauform bestehen. Er hat die Aufgabe, der einströmenden Luftmasse kinetische Energie zuzuführen und sie somit zu verdichten. Die Verdichterstufen werden in Richtung Brennkammer in ihrem Durchmesser stets kleiner. Durch die Verengung kommt es zu einer Strömungsverzögerung, was eine Druckerhöhung als Folge hat. Es gibt unterschiedliche Kompressoren, die sich hinsichtlich der Streckung, der Länge usw. der Schaufeln unterscheiden. In einem Kompressor befinden sich Lauf- und Leiträder. Erstgenannte sind zur Förderung und damit für die Zuführung von kinetischer Energie der Luftmasse zuständig, wobei das Leitrad der Rotationsbewegung der Luft entgegen wirkt und so eine fortlaufende Drallbewegung mit folgendem Leistungsabfall verhindert. Meist werden die Leiträder auch als Statoren bezeichnet, da diese Umlenkschaufeln häufig fest am Innenblech des Triebwerks angebracht sind. Durch hohe Kompression der Luft, kommt es parallel zu einem starken Temperaturanstieg. Die so erhitze Luft fließt anschließend in die Brennkammer, wo ihr Kraftstoff zugeführt wird. Dieser brauch nicht durch Hilfsmittel (z.B. Zündkerze) - außer beim Start - gezündet werden, sondern entzündet sich von alleine. Durch die exotherme Reaktion des Sauerstoff- Kohlenwasserstoff Gemisches, kommt es zu einem erneuten Temperaturanstieg und einer schlagartigen Ausdehnung des Gases, was einen enormen Druckanstieg zur Folge hat. Dieser Abschnitt des Triebwerks ist durch die enorme Hitzebelastung von über 2000°C stark belastet und so wird deshalb der direkte Kontakt zwischen der Flamme und der Ummantlung unterbunden. Damit die Flamme nicht erlöscht, befinden sich die Einspritzventile für den Kraftstoff in einer geschützten Zone, d.h. sie befindet sich in einem Windschatten der durchströmenden Luft. Weiterhin wird in unmittelbarer Umgebung die Luftdurchflussgeschwindigkeit reduziert, um ein Erlöschen der Flamme zu verhindern und einen optimale Verbrennung zu erzielen. Die nach hinten austretenden Gase treffen anschließend auf eine Turbine. Sie treibt über eine - oder mehrere Wellen - den Kompressor an. Bei den meisten Einstrom - Triebwerken, wird der größte Teil der kinetische Energie für den Rückstoß genutzt. Es wird also nur so viel Energie auf die Turbine übertragen, wie man braucht, um den Kompressor zu betreiben. Um die Austrittsgeschwindigkeit des Gase zu beeinflussen, folgt nach der Turbine eine Düse. Durch eine Verkleinerung des Durchmessers kann somit die Ausströmgeschwindigkeit erhöht werden, was einen stärkeren Rückstoß zur Folge hat. Einstrom - Strahltriebwerke gehören heutzutage nicht mehr zur modernsten Ausstattung, da sie eine hohe Lärmentwicklung, einen hohen Kraftstoffverbrauch und eine hohe Umweltbelastung darstellen. Sie bilden die einfachste Form eines Wellenstrahltriebwerks. Ihre Einsatzzeit ist vor allem in den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg zu finden.
Das Zweistrom-Strahltriebwerk unterscheidet sich in Punkto Aufbau und Funktion zwar nicht vollständig, aber auch nicht unerheblich vom Einstrom-Strahltriebwerk. Oft wird es auch wegen seines zweiten Stroms als Mantelstrom oder Bypasstriebwerk genannt. Weist das Triebwerke einen hohes Nebenstromverhältnis auf, so spricht man vom einem Fan- oder auch Bläsertriebwerke. Erster von außen erkennbarer Unterschied ist der größere Durchmesser des Triebwerks, als bei Einstromtriebwerken. Grund dafür ist der Fan, der sich meist ganz vorn befindet und den größten Durchmesser hat. Im Strahltriebwerk existiert nicht nur ein, sondern noch ein zweiter Stromkreis, d.h., dass sich die Luft teilt, wobei ein Teil durch das Triebwerkszentrum (Verdichter, Brennkammer und Turbine) strömt und ein anderer durch einen Nebenstrom. Beide Ströme ergeben am Ende den Gesamtrückstoß, mit dem das Strahltriebwerk seine Arbeit verrichtet. Zweistromstrahltriebwerke sind stets in Aufbau und Funktion komplexer, als ihre Vorgänger. Der sehr große Fan am Anfang des Triebwerks, hat die Aufgabe, große Luftmassen vor dem Triebwerk anzusaugen und diese zum Kompressor und in den Nebenstrom zu leiten. Aufgrund des großen Fandurchmessers (Rolls Royce Trent 900: 2.95m) kann man diesen nicht mehr über einer Welle mit dem Kompressor und der Turbine koppeln. Grund dafür ist die zu hohe Geschwindigkeit (in m/s), die die Schaufelspitzen erreichen würden, wenn ihre Winkelgeschwindigkeit genau so hoch wäre, wie die der des Kompressors bzw. der Turbine. Entweder nutzt man ein Untersetzungsgetriebe oder man nutzt mehrere Wellen, um beides getrennt zu betreiben. Vielfach werden auch mehr als zwei Wellenverwendet, um unterschiedliche Kompressionsstufen zu erhalten. Realisiert werden die unterschiedlichen Rotationssysteme durch verschachtelte Wellenanordnung, d.h. man nutzt ein Rundprofil als Primär- und ein Rohrprofil als Sekundärwelle. Dabei führt die Primärwelle durch die Sekundärwelle und ist auch länger als diese. Die Unabhängigkeit von einander ermöglicht es, beide Systeme mit unterschiedlicher Drehzahl zu betreiben und durch unterschiedliche Drehrichtung eine Stabilisation der zu transportierenden Luftmassen zu erhalten. Orthodox ist die unterschiedliche Drehrichtung beider Systeme durch die Veränderung der Schaufelwinkel von Kompressor und Turbine. In einigen Zweistromstrahltriebwerken befinden sich auch mehr als zwei Wellensysteme und lassen so eine weitere Unterteilung von Kompressor und Turbine vornehmen. Man unterscheidet dabei meist einen Niederdruck (ND), einen Hochdruck (HD) Kompressor, sowie eine Niederdruck-Turbine bzw. Hochdruckturbine. Generell ist die abgezweigte Rückstoßenergie, die dem Triebwerk über die Turbine entzogen wird größer, als der eines Einstromstrahltriebwerks, da mit der höheren Energie der Fan angetrieben werden muss. Zweistromtriebwerke bieten verschiedene Vorteile. Es ist möglich, bei Geschwindigkeiten zwischen 600 bis 850 km/h durch geringen Kraftstoffverbrauch eine relativ hohen Luftdurchsatz zu erreichen und somit ein kostengünstiges Antriebsmittel zu gewährleisten, da bei diesen Geschwindigkeiten ein guter Wirkungsgrad des Fans besteht. Die Luft des Sekundärstromkreis kann entweder gleich wieder vom Triebwerk abgeschieden werden, aber auch dem Primärstrom beigefügt werden. Vorteil der zweiten Vorgehensweise ist die Bildung einer Pufferschicht zwischen den heißen Abgasen und der eiskalten Umgebungsluft (-60°C in 11000m), wodurch eine starke Lärmentwicklung durch schlagartige Entspannung der Abgase verhindert wird. Heute werden fast ausschließlich Zweistromtriebwerke genutzt, da sie einen höheren Wirkungsgrad und sowie höhere Sicherheit bieten als Einstromtriebwerke. Je nach Verwendungszweck, ändert man das Nebenstromverhältnis. Um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, wie z.B. bei dem EJ200 für den Euro Fighter steht die Rückstoßenergie im Fordergrund, wodurch das Nebenstromverhältnis gering ausfällt. Bei zivilen oder auch militärischen Flugzeugen wie z.B. Passagier bzw. Transportmaschinen stehen niedrige Verbrauchs- und Verschleißwerte im Fordergrund, wodurch das Nebenstromverhältnis relativ hoch (10 zu 1) ist und sich das Flugzeug bei mittleren Geschwindigkeit bewegt, bei der ein Wirkungsoptimum vorherrscht.
Ein Propeller - Turbinen - Luftstrahltriebwerk kann auch als Propellerturbine oder Turboprop bezeichnet werden. Es verbindet die Vorteile des reinen Luftstrahltriebwerks und der Propellereigenschaften. Im wesentlichen ist es eine Kombination aus beiden Techniken. Genau wie ein Strahltriebwerk, besitzt ein Propellertriebwerk einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine, die genau die gleichen Funktionen haben, wie bei den Luftstrahltriebwerken. Unterscheidungsmerkmal ist eine vorn montierte Luftschraube, über die die meiste Rücktriebsenergie übertragen wird. Oft werden Luftschrauben verwendet, die meist aus fünf oder mehr Schaufelblättern bestehen. Vorteil dieser hohen Schaufelzahl ist, dass man durch die hohe Schaufelzahl die Schaufellänge verkürzen kann und trotzdem den gleichen Luftdurchsatz erreicht. Durch die niedrigere Geschwindigkeit an den Blattspitzen, erreicht man einen niedrigen Geräuschpegel. Je nach Fluggeschwindigkeit und Flughöhe, werden die Propellerblätter in ihrer Steigung eingestellt, um eine optimale Ausnutzung des Drehmoments und der Drehzahl zu erlangen. Dies geschieht meist automatisch. Da die meiste Energie, die in der Brennkammer entsteht für die Luftschraube genutzt wird, muss diese dem entsprechend von der Turbine aufgenommen werden. Da über die Turbine mehr Strömungsenergie in mechanische Energie umgewandelt wird, ist diese auch komplexer aufgebaut als bei Luftstrahltriebwerken. Bei der Konstruktion von Turbinen von Propellertriebwerken legt man besonders viel Wert auf das Design, um einen sehr hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei Luftstahltriebwerken wird hingegen auf den Kompressor und die Brennkammer viel Wert gelegt. Aufgrund der besseren Wirkungsweise des Propellers, gilt eine Geschwindigkeit von 400-800km/h als optimal. Dies kann sich intern noch durch unterschiedliche Auslegung unterscheiden, d.h. man ändert die Triebwerke dahin gehend, dass sie noch kraftstoffsparender werden, aber dadurch auch nur noch langsamere Geschwindigkeiten erreichbar werden. Dies kann auch in umgekehrter Weise geschehen. Propellertriebwerke für höhere Geschwindigkeiten haben eine hohe Durchströmgeschwindigkeit, wodurch sie einen höherer Kraftstoffverbrauch aufweisen. Die größten Leistungen weisen Propeller - Turbinen - Luftstrahlturbinen in geringer bis mittlerer Höhe auf, da es dort eine relativ hohe Luftdichte vorherrscht. Wegen Kostengründen, werden Propellertriebwerke vornehmlich an Transport- und Kurzstreckenflugzeugen verwendet, um so wirtschaftlicher zu arbeiten.
Durch die hohe Luftkompression, die bei einem Flug mit hoher Geschwindigkeit entsteht, sank der Wirkungsgrad des Kompressors eines Ein- oder Zweistromtriebwerks. Durch den hohen Staudruck, hätte man nun auch auf Kompressor und Turbine verzichten können. Das heißt, Staustrahltriebwerke haben ihr optimales Leistungsspektrum in den Bereichen, wo Wellenstrahltriebwerke ihr Optimum wieder verlieren. Das Staustrahltriebwerk unterscheidet sich im Funktionsprinzip kaum von einem Luftstrahltriebwerk, doch gibt es enorme Unterschiede in der Art und Weise, wie es die Funktionen erfüllt. Es besitzt weder einen Kompressor noch eine Turbine, die Lauf- und Leiträder besitzen. Auch wenn es so einfach scheint, sind komplexe Berechnungen der Aerodynamik äußerst wichtig, um ein optimales und einwandfreies Strahltriebwerk herzustellen. Im Grunde besteht ein Staustrahltriebwerk aus einem unterschiedlich geformten Zylinder. Von einem großen Anfangsdurchmesser (Diffusor), der sich zur Mitte hin verkleinert und so die Kompression herbei führt, bis hin zur Brennkammer. Schließlich nimmt der Durchmesser wieder zu, um eine Düse zu erhalten. Prinzipiell sind keine Verschleißteile enthalten, wie z.B. sich drehende Kompressor- oder Turbinenräder. Am Triebwerkseinlauf befindet sich der Diffusor, der die einströmende Luft reguliert und so die Kompression mitbestimmt. Das Staustrahltriebwerk hat dabei keine Vorrichtung, um einen Luftstrom im Stand (Vrel=0) zu erzeugen, wie das z.B. bei einem Wellentriebwerk durch einen eigenständig arbeitenden Kompressor geschieht. Aufgrund dessen muss eine bestimmte Ausgangsgeschwindigkeit erreicht werden, in der das Triebwerk in Betrieb gehen kann. So werden diese Triebwerkstypen meist als Zusatztriebwerk verwendet, die erst im späteren Flug bei höheren Geschwindigkeiten zum Einsatz kommen. Durch die vorn einströmende Luft entsteht durch die Verengung, eine Kompression und sich ein Staudruck bilden kann, der die Luft komprimiert und zusätzlich verhindert, dass die einströmende Luft nicht wieder nach vorn austritt. Die Geschwindigkeiten, bei der Staustrahltriebwerke einen optimalen Lauf gewähren, liegen oberhalb von Mach 2 (>2400 km/h). Der Luft, die sich durch die Kompression erhitzt hat, wird anschließend in der Brennkammer Kraftstoff zugeführt, der sich von allein entzündet und eine Expansion der Luft durch starke Erhitzung herbeiführt. Die heißen Gase treten nach hinten aus und entspannen sich in der Düse. Es wird ausschließlich durch den rückläufigen Gasaustritt Rückstoßenergie erzeugt. Leistungsabführung, wie sie bei Stromtriebwerken benötigt werden, um den Kompressor zu betrieben entstehen nicht direkt. Indirekt muss aber genügend Energie erzeugt werden, um eine ausreichende Geschwindigkeit zu erreichen, um eine Kompression zu erreichen und aufrecht zu halten. Zwei Arten von Staustrahltriebwerken sind zum einen das Scramjet und zum anderen das Ramjet. Bei ersterem hat die Luft, die durch die Brennkammer geleitet wird eine Unterschallgeschwindigkeit. Im Ramjet hingegen ist die Geschwindigkeit der Luft höher als die Schallgeschwindigkeit, wodurch auch eine andere Bauform die Folge ist. Vor allem haben diese Triebwerke den Vorteil, dass es bei hohen Geschwindigkeiten (>Mach 3) den entstehende Temperatur standhalten kann. So entstehen z.B. bei einer Geschwindigkeit von Mach 8 eine Temperatur von 3000°C bis 4000°C, welche noch zusätzlich von der Luftdichte abhängig ist. Herkömmliche Verdichter würden diesen Temperaturen nicht mehr stand halten können und ein Schaufelbruch wäre wahrscheinlich. Um bei einem Ramjet die Einströmgeschwindigkeit zu verringern hat der Diffusor eine divergente Formgebung, die die Geschwindigkeit der einströmenden Luft senkt und gleichzeitig den Druck erhöht. Durch ein eine Lavaldüse wird das ausströmende Gas wieder auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Im Gegensatz zum Ramjet besitz das Scramjet einen Isolator. Dieser wird benötigt, um Verdichtungsstöße und Blockaden, die bei Geschwindigkeiten über Mach 3 entstehen du verhindern. Im Vergleich zum Ramjet ist der Druck in Scramjet höher und die Geschwindigkeit niedriger. Das kann dazu führen, das durch den rückwärtigen Staudruck der Gesamtdruck nochmals erhöht wird, was den Vortrieb zusätzlich verstärkt. Die heißen Gase, die das Triebwerk verlassen, haben je nach Typ - Ram- oder Scramjet - unterschiedliche Eigenschaften. Bei einem Unterschallaustritt der Gase, ist die Geschwindigkeit abhängig vom Düsenquerschnitt. Je niedriger dieser ist, desto schneller werden die Gase beschleunigt. Es wird so zusagen die Luftmasse, die das Triebwerk in einer Zeit t durchläuft auch entsprechend in der Zeit t ausgestoßen. Bei einem Überschallaustritt ergeben sich jedoch andere Ergebnisse. Entscheidender Faktor ist hier die Dichte p der Kompression. Es erfolgt erst durch die Vergrößerung des Düsendurchmessers eine Beschleunigung der austretenden Gase. Grund dafür ist die nun freie Entspannung des Mediums, wodurch eine viel größere Expansion und somit auch eine höhere Austrittsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Um die Geschwindigkeit (< Mach 1) der aus der Brennkammer austreten Gase in der Düse auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen. ist eine bestimmte Düsenform vonnöten. Man bezeichnet solch eine Düse als Lavaldüse. Man nutz dabei die Eigenschafen einer konvergenten und einer divergenten Düsenform. Im ersten Abschnitt (konvergent) kommt es ur Kompression und somit zur Beschleunigung der Gase. Das Maximum liegt dabei bei ca. Mach=1. Darauf hin folgt der divergente Düsenteil, in dem sich die der Durchmesser immer weiter vergrößert und somit eine Entspannung des Gases zu lässt. Durch diesen Prozess (oben schon beschrieben) kommt es zur erneuten Geschwindigkeitserhöhung auf Werte weit über Überschallgeschwindigkeit; V > Mach1. Bis heute haben sich Staustrahltriebwerke nur in kleinen Bereichen etabliert, da es extrem große Vorteile, aber auch extrem große Nachteile mit sich bringt. Zu den Vorteilen gehört z.B. das niedrige Gewicht, die Verschleißarmut und die Fähigkeit, unterschiedliche Brennstoffe verwenden zu können. Doch wird das Triebwerk in seiner Leistungsfähigkeit durch zu niedrige Geschwindigkeit oder zu einer geringen Luftdichte beeinträchtigt. Deshalb werden sie meist als Sekundärtriebwerke, wie z.B. bei der Luft-Luft Rakete Meteor genutzt, wo die Rakete erst durch ein konventionelles Raketentriebwerk auf die nötige Geschwindigkeit gebracht wird.
Wie das Staustrahltriebwerk, gehört auch das Pulsstrahltriebwerk zu den selten Triebwerksformen in der Luftfahrt. Größter Unterschied zu den anderen Strahltriebwerken ist der periodische Ablauf der Verbrennung. Das Triebwerk besitzt lediglich eine Klappenvorrichtung (auch Flatterventile genannt) zur Luftregulierung, eine Brennkammer und ein Entspannungszone, in der sich die heißen Gase beruhigen können. Anders als bei einem Staustrahltriebwerk wird Luft selbstständig eingeführt. Dies geschieht durch einen komplexeren Prozess als bei Wellentriebwerken. Um einen Lufteinlauf zu gewähren, öffnen sich die Flatterventile und sorgen so für die nötige Luft, die zur Verbrennung des Kraftstoffes notwendig ist. Gezündet wird das Luft-Kraftstoffgemisch über eine Zündkerze. Durch die Expansion und des daraus resultierenden Drucks, schließen sich die Flatterventile. Der angestaute Druck kann so nur nach hinten entweichen und erzeug so den nötige Vortrieb. Nach dem das Gas das Triebwerk verlassen hat, kommt es zu einer Entspannung und zu einem erneuten Öffnen der Flatterventile. Durch diesen Prozess strömt neue Luft nach, um eine neue Zündung zu ermöglichen. Dieser Ablauf wiederholt sich periodisch fortlaufend. Wie bei den Staustrahltriebwerken ist auch das Einsatzspektrum der Pulsstrahltriebwerke auf einen kleinen Teil begrenzt. Den wohl berühmtesten Einsatz erlangte es in der Zeit des zweiten Weltkriegs, als sie als Antriebsmittel für die V1 diente. Heutzutage wird es lediglich bei kleineren Motorseglern verwendet. Zu den großen Nachteilen zählen die enorme Lautstärke, die durch die periodischen Zündungen entstehen, sowie die relativ schwache Leistung.
Raketenstrahltriebwerke haben den großen Vorteil, dass sie auf den für luftatmenden Strahltriebwerke nötigen Oxidator in der Luft nicht angewiesen sind - Sauerstoff. Damit scheidet die Luft auch als Expansionsmittel aus. Diese und noch andere Faktoren, zeichnen Raketentriebwerke in vielen Bereichen positiv aus. Raketentriebwerke sind nicht wie luftatmende Strahltriebwerke aufgebaut. Sie besitzen weder Kompressor noch Turbine. Wesentliche Bestandteile sind die Brennkammer und die Düse. Aus Gründen der Vollständigkeit wird zusätzlich auch auf andere Komponenten (Treibstoffe,...) eingegangen, da diese für das Antriebssystem von größerer Bedeutung sind. Raketentriebwerke basieren auf den unterschiedlichsten Techniken. Man unterscheidet zwischen Feststoff -, Flüssigstoff -, Hybrid -, Thermonuklear -, Elektro- und chemischen Antrieb. Die Feststoffrakete gehört zu den einfachsten aller Typen. Durch die Konsistenz des Treibstoffes lassen sich verschiedene Eigenschaften ableiten. Man benötigt keinerlei Tanks, Zuleitungen oder Steuerventile denn die Reaktionsmasse befindet sich bereits in der Brennkammer. Durch die feste Konsistenz des Treibstoffes, ist dieser in der Lagerung besser geeignet und ungefährlicher zu transportieren. Weiterer Vorteil von Feststoffraketen ist die hohe Schubkraft, die erreicht werden kann. Zu den Nachteilen gehören jedoch die schlechte Regulierung der Schubkraft und der Arbeitsdauer. Die Zündung kann nach der Aktivierung nicht mehr abgebrochen werden bzw. neu gestartet werden. Der Aufbau von Flüssigstoffraketen ermöglicht wichtige Punkte wie z.B. Vectorsteuerung, Schubregulierung, lange Arbeitszeit und eine relativ günstige Wiederverwendung. Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken sind vom Triebwerk extern gelagerte Qxidatoren und Treibstoffe notwendig. Sie werden in spezielle isolierten Tanks aufbewahrt, um so ein Verdampfen der flüssigen Gase zu verhindern. Durch die Verbrennung zweier getrennter Stoffe, ist eine Flüssigtreibstoffrakete in ihrem Aufbau komplizierter als Feststoffraketen. Durch die hochenergetischen Treibstoffe entstehen Temperaturen von bis zu 4000 K in der Brennkammer entstehen, die durch Verwendung bestimmte Materialien und Kühlmechanismen keine Gefahr darstellen dürfen. Zur Kühlung kann auf Qxidator und Treibstoff zurückgegriffen. Durch den hohen Druck, unter den sich die Gase in flüssiger Form befinden, kann man damit aufgrund der niedrigen Temperatur verschiedene Bauteile über Wärmetauscher kühlen. Bei der dritten Gruppe - den Hybridtriebwerken - spricht man von Triebwerken, die Feststoff- und Flüssigstofftreibstoffe verwenden. Beide Treibstoffe reagieren selbstständig miteinander. Dem Festreibstoff wird der Flüssigtreibstoff - geregelt - zugeführt, was eine verbesserte Kontrolle über die Arbeitsgeschwindigkeit/Dauer zulässt. Diese drei Formen von Raketentriebwerken, sind bis heute die gebräuchlichsten, die angewandt werden. Bei den bis hier genannten Triebwerken, hat sich bis heute eine große Palette an Treibstoffen durchgesetzt. Bei den Treibstoffsystemen unterscheidet man zwischen monergol, diergol oder triergol. Die Präfixe geben die Anzahl der beteiligten Reaktionsstoffe am Verbrennungsprozess an. Monergole können entweder homogene Fest- (z.B. Nitroglyzerin) und Flüssigstoffe (z.B. H2O2) oder auch heterogene Feststoffe - Composits - bestehen, die neben dem Brennstoff und dem Oxidator noch andere Zusätze enthalten. Sie gehören zu der Kategorie der niederenergetischen Treibstoffe, die Austrittsgeschwindigkeit von weniger als 2200 m/s aufweisen. Bei Hochentwickelte Composits können auch Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu über 3300 m/s erreicht werden. Bei Diergolsystemen sind bis auf Hybridantrieben bei Flüssigkeitstriebwerken beide Bestandteile flüssig (z.B. Wasserstoff/Sauerstoff). Im Falle des Hybridantriebs ist meist der Brennstoff in fester Form vorliegend und der Qxidator als Gas oder auch Flüssigkeit. Zu den Diergolsystemen (Klassifikation: hochenergetisch) zählen als stärkste Vertreter ein Wasser-/Sauerstoff Gemische, bei denen Austritte von bis zu 3800m/s erreicht werden können. Triergolsysteme enthalten Diergolsysteme (zwei Komponenten), zu denen noch zusätzlich Wasserstoff beigeführt werden kann. Die verschiedenen Treibstoffklassifikationen haben weiterhin noch besondere Eigenschaften hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und Lagerung. Festtriebstoffe lassen sich am einfachsten lagern, jedoch wird ihrer Lagerung auch von bestimmten Bedingungen eingeschränkt. Es dürfen sich weder Risse bilden noch Schrumpfungen auftreten. Flüssigtreibstoffe dürfen hingegen weder gefrieren noch verdampfen, was ein Temperaturintervall von -20°C - +80°C. Flüssige Triebstoffe lassen sich aufgrund ihre Aggregatzustandes nur für einen kurzen Zeitraum lagern, da auch bei aufwendigen Tankisolationen ein Verdampfen nicht vermieden werden kann.