Systeme von Turbofan-Triebwerken: Funktionen der Triebwerkssysteme von Verkehrsflugzeugen

243 Pages·2014·15.318 MB·German

by  Andreas Linke-Diesinger (auth.)

Systeme von Turbofan-Triebwerken
Andreas Linke-Diesinger
Systeme von
Turbofan-Triebwerken
Funktionen der Triebwerkssysteme von
Verkehrsflugzeugen
Andreas Linke-Diesinger
Hamburg
Deutschland
ISBN 978-3-662-44569-3 ISBN 978-3-662-44570-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-44570-9
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Vorwort
Es gibt auf dem Markt viele Bücher, die beschreiben, wie ein Turbinentriebwerk funk-
tioniert. Sie beschreiben das Funktionsprinzip der Hauptbaugruppen eines Triebwerks,
die thermodynamischen Prozesse und das Prinzip der Schuberzeugung. Bücher zu die-
sen Themen sind sowohl auf wissenschaftlichem als auch auf populärem Niveau erhält-
lich. Während meiner langjährigen Tätigkeit als Lehringenieur im Bereich des Technical
Training entwickelte ich die Idee, jene Bücher um ein Buch zu ergänzen, das die Trieb-
werkssysteme und ihre Funktionen beschreibt. Für Leser, die sich mit dem Thema Tur-
binentriebwerk beschäftigen, ist es von Bedeutung, nicht nur die reine Arbeitsweise des
Turbinentriebwerkes zu kennen, sondern sich auch mit den Funktionen der Triebwerks-
systeme auseinanderzusetzen.
Es war eine gewisse Zeit notwendig, um für dieses Buch ein Konzept zu entwickeln,
das mit der Art der Informationsdarstellung das Verständnis der dargestellten Funktionen
erleichtert. In der Darstellung der Informationen wird deshalb bewusst von der Darstel-
lungsweise abgewichen, wie sie für technische Beschreibungen in der Luftfahrtindustrie
bekannt ist.
Um die Funktionen der Triebwerkssysteme umfassend zu verstehen, ist es wichtig,
diese Systeme nicht losgelöst vom Flugzeug zu betrachten. Die Systeme moderner Tur-
bofan-Triebwerke sind sehr weit in die Systemarchitektur des Flugzeugs integriert. Daher
wird die funktionale Verbindung dort dargestellt, wo dies zum Verständnis notwendig ist.
Während der Erstellung dieses Buches bekam ich zur Optimierung des Ergebnisses
Unterstützung von Experten. Ich möchte Johannes Lange und Dr. Hans Hansen für ihre
Expertise bei der Erstellung des Buchkonzeptes danken.
Der besondere Dank gilt meiner Familie für ihre Geduld während der Zeit, in der ich
an diesem Buch arbeitete.
Hamburg im Juli 2014
V
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 A llgemeines zu Triebwerkssystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Digitaltechnik in Flugzeugsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Die Verbindung Flugzeug-Triebwerk (Aircraft-Engine Interface) . . . . . . 13
1.4 Wärmemanagement (Thermal Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Beispiel-Triebwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Definitionen und Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 Luftsysteme des Triebwerks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1 Interne Luftsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Externe Luftsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3 Schmierstoffsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1 A llgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2 Ölversorgte Bereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3 Systemkomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.4 Systemanzeigen und Systemüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4 Triebwerkskraftstoffsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1 A llgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Triebwerksseitiges Kraftstoffversorgungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.3 Wärmemanagementsystem für Kraftstoff und Öl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5 Triebwerks- und Kraftstoffregelsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.1 Hauptaufgaben des Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.2 D rehzahl- und Schubregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3 H ydromechanische Regelsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
5.4 FADEC System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6 Pilot/Triebwerk Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.1 T riebwerksanzeigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 T riebwerksbedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7 Anlass-System und Zündsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.1 A nlass-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2 Das Zündsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.3 Bedienelemente und Anzeigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.4 A nlassfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8 Schubumkehrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8.1 Betrieb von Schubumkehrern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8.2 Bauarten von Schubumkehrern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.3 Die Struktur von Schubumkehrern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.4 Steuerungssysteme für Schubumkehrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
9 Vereisungsschutz-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.1 Eisansatz an Triebwerksteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.2 V ereisungsschutz-System für den Lufteinlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
9.3 V ereisungsschutz-Maßnahmen für den Spinner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
10 Triebwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.1 Die Triebwerksgondel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.2 Der betriebsfähige Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
10.3 A ufrüstung des Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
11 Datenübertragung in digitalen Flugzeugsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
11.1 Serielle Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
11.2 Datenbusse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Abkürzungsverzeichnis
AC Alternating Current
ACC Active Clearance Control
ACOC Air-Cooled Oil Cooler
ACMS Aircraft Condition Monitoring System
ADC Air Data Computer
AFDX Avionics Full Duplex Switched Ethernet
AIMS Aircraft Information Management System
ALF Aft Looking Forward
ARINC Aeronautical Radio Inc.
ASC Aircraft System Computer
ASTM American Society for Testing and Materials
ATA Air Transport Association of America
A/THR Autothrust
AVM Airborne Vibration Monitoring
CBP Customer Bleed Pressure
CCS Common Core System
CDP Compressor Discharge Pressure
CIT Compressor Inlet Temperature
CONT Continuous
COTS Commercial Off The Shelf
CS Certification Standard
DAC Dual Annular Combustor
DC Direct Current
DEU Display Electronic Unit
DMC Display Management Computer
EASA European Aviation Safety Agency
ECAM Electronic Centralized Aircraft Monitor
ECM Engine Condition Monitoring
ECU Electronic Control Unit
EEC Electronic Engine Control
EFIS Electronic Flight Instrument System
IX
X Abkürzungsverzeichnis
EHSV Electrohydraulic Servo Valve
EIA Electronic Industries Alliance
EICAS Electronic Indication and Crew Alerting System
EIU Engine Interface Unit
EIVMU Engine Interface and Vibration Monitoring Unit
EMU Engine Monitoring Unit
EPR Engine Pressure Ratio
EUROCAE European Organisation for Civil Aviation Equipment
E/WD Engine/Warning Display
FADEC Full Authority Digital Engine Control
FCU Fuel Control Unit
FDRV Fuel Diverter and Return Valve
FF Fuel Flow
FIFO First In First Out
FLA Forward Looking Aft
FMC Flight Management Computer
FMU Fuel Metering Unit
FMV Fuel Metering Valves
FOB Fuel On Board
FOD Foreign Object Damage, Foreign Object Debris
FRT Flat Rate Temperature
ft Feet
FWC Flight Warning Computer
FWD Forward
GRD Ground
HMU Hydromechanical Unit
HPC High Pressure Compressor
HPT High Pressure Turbine
IDG Integrated Drive Generator
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IGN Ignition
IMA Integrated Modular Avionics
IPC Intermediate Pressure Compressor
IPT Intermediate Pressure Turbine
ISA International Standard Atmosphere
LLP Life Limited Part
LPC Low Pressure Compressor
LPT Low Pressure Turbine
LRM Line Replaceable Modules
LRU Line Replaceable Unit
LVDT Linear Variable Differential Transformer
MCDU Multipurpose Control and Display Unit
Abkürzungsverzeichnis XI
MEC Main Engine Control
MEMS Microelectromechanical Systems
Mn Mach Number
N1, N2, N3 Engine Rotor Speeds
OAT Outside Air Temperature
ODM Oil Debris Monitor
PHMU Prognostic Health Monitoring Unit
PMC Power Management Control
PPBU Power Plant Build-Up
QEC Quick Engine Change
REV Reverse
RTD Resistive Thermal Device
RTDCA Radio Technical Commission for Aeronautics
RTOS Real Time Operating Systems
RVDT Rotary Variable Differential Transformer
SAL System Address Label
SAV Starter Air Valve
SDAC System Data Acquisition Computer
SOAP Spectrographic Oil Analysis Program
TAPS Twin Annular Premixing Swirler
TAT Total Air Temperature
TBV Transient Bleed Valve
TIA Telecommunication Industry Association
TLA Thrust Lever Angle
TOGA Take-Off/Go Around
TRA Thrust Lever Resolver Angle
TSFC Thrust Specific Fuel Consumption
UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
VBV Variable Bleed Valve
VSV Variable Stator Vane
Firmennamen
Airbus Airbus S.A.S., Blagnac Cedex, France
Boeing Boeing Commercial Airplanes, Renton, Wash., USA
CFM CFM International S.A., Melun, France
GE GE Aviation, Cincinnati, Ohio, USA
IAE International Aero Engines, East Hartford, Ct., USA
LTT Lufthansa Technical Training, Hamburg, Germany
Pratt & Whitney Pratt & Whitney, East Hartford, Ct., USA
RR Rolls-Royce International Ltd., London, UK