Unterschied
zwischen Strahltriebwerk und Propeller
Turboprop
und Turbofan bzw. Mantelstromtriebwerk
Fast alle zivilen
und die meisten militärischen Flugzeuge werden
entweder mit
Propellern oder Strahltriebwerken angetrieben.
Ein Strahltriebwerk
ist nicht etwa eine Düse, und schon gar nicht mit einem Raketenmotor
vergleichbar.
Die
englischen Bezeichnungen Turboprop für Propeller und Turbofan für
Strahltriebwerk legen bereits nahe, dass diese beiden Antriebstechniken
sich gar nicht so sehr unterscheiden, denn Fan und Propeller bedeuten
etwas Ähnliches.
In der Tat unterscheiden sich diese beiden Antriebe hauptsächlich durch
die Auslegungs- und Betriebsparameter.
In
beiden Fällen bildet eine Gasturbine den eigentlichen Motor, der im
einen Fall einen Propeller, und im anderen Fall einen Lüfter
antreibt.
Funktionsweise
einer Gasturbine
Gasturbinen funktionieren prinzipiell ähnlich wie
Viertakt Kolbenmotoren.
Beim
Kolbenmotor finden alle 4 Takte (Ansaugen, Verdichten, Expansion,
Ausstoss) zeitlich versetzt am selben Ort, dem sprichwörtlichen
Hubraum, statt.
Erklärungen gibt es zahlreiche, deshalb wird hier nicht
näher darauf eingegangen.
Bei
einer Gasturbine dagegen finden alle 4 Takte ständig zeitgleich, jedoch
an verschiedenen Orten statt (die sich allerdings überschneiden).
Eine Gasturbine kann man prinzipiell als ein Rohr
auffassen mit einem bestimmten Querschnittsprofil entlang
der Rohrachse, in dem mehrere unterschiedlich grosse und geformte
Lüfterräder laufen. Vorne strömt Luft hinein, und hinten kommt ein
Gemisch aus Luft und Abgas heraus.
Das Ansaugen geschieht über
ein so genanntes Bläserrad.
Verdichtet
wird hinter dem Bläserrad mittels mehrerer kleinerer Lüfterräder
(Verdichter) bei zusätzlich sich verengendem Gesamtquerschnitt.
Hinter den Verdichtern wird Treibstoff in die mittlerweile heisse Luft
eingespritzt, der sich sofort entzündet.
Dahinter dehnt sich das entzündete Gemisch wieder aus und wird -nochmal
weiter
hinten- ausgestossen.
Vor dem eigentlichen Ausstoss befindet sich ein Lüfterrad, das durch
das Abgas angetrieben wird und mit allen bisher genannten Lüfter- und
Bläserrädern gekoppelt ist.
Im einfachsten Fall sind alle Lüfter-
und Bläserräder auf einer
Achse starr miteinander verbunden.
Propellertriebwerk
Montiert man ganz vorne auf der Achse der Gasturbine einen Propeller,
dann wird aus der ganzen Anordnung ein Propellermotor.
Beim Strahltriebwerk ist es nicht ganz so einfach.
Mantelstromtriebwerk bzw,
Strahltriebwerk
Die
deutsche Bezeichnung Mantelstromtriebwerk hat den Vorteil, dass sie das
Prinzip erkennen lässt.
Wenn
man sich das luftansaugende Bläserrad wesentlich grösser denkt, als für
den Betrieb der Gasturbine erforderlich, und schliesslich die
resultierende Anordnung konzentrisch in ein noch grösseres Rohr
einbaut, dann erhält
man ein Strahltriebwerk.
Ein
relativ kleiner Teil, typischerweise weniger als 20% der angesaugten
Luft gelangt in die Gasturbine und wird dort mit dem Treibstoff
verbrannt. Der weitaus grössere Teil der Luft (über 80%) wird aussen
herum an der Turbine vorbeigeblasen. 
Dieser
so genannte Mantelstrom bewirkt den Hauptteil (~80%) des Schubes,
den die gesamte Anordnung erzeugt. Der Gasaustritt aus der Turbine
bewirkt zwar einen Rückstoss und damit einen Schub, allerdings ist er
viel kleiner, typischerweise 20% des gesamten Schubes.
Während
ein Propeller relativ wenig Luft bewegt und von der Natur her gesehen
eine Schraube darstellt, die sich durch vergleichsweise ruhende Luft
hindurchschraubt, bildet das Mantelstromtriebwerk ein
Luftgebläse, das viel mehr Luft bewegt, etwa mit einem
Rohrventilator
oder einem Föhn
vergleichbar.
Durch die relativ ruhende Luft werden
Propellerflugzeuge mit steigender Fluggeschwindigkeit immer
unwirtschaftlicher, da ein immer grösserer Anteil der Drehzahl allein
für das "Mithalten" mit der Fluggeschwindigkeit aufgebracht werden
muss.
Andererseits sind Mantelstromtriebwerke hauptsächlich
deshalb bei höheren Geschwindigeiten wirtschaftlicher, weil sie
überhaupt für
höhere Geschwindigkeiten ausgelegt sind.
Zudem ist der
wirtschaftliche Geschwindigkeitsbereich für Mantelstromtriebwerke
kleiner als bei Propellertriebwerken, das bedeutet, sie sind
ausschliesslich bei höheren Geschwindigkeiten wirtschaftlicher als
Propeller.