Turbojet ohne Nachbrenner
Der Totaldruck am Triebwerksaustritt ist in der Regel mindestens doppelt so groß wie der Umgebungsdruck, was eine konvergent-divergente Düse für die vollständige Expansion erforderlich macht und somit Überschallabströmung ermöglicht. In diesem Fall muss der Austrittsquerschnitt der Düse \(A_{e}\) gegenüber dem Düsenhals \(A_{nt}\) dimensioniert werden. Darüber hinaus muss die Düse gegenüber dem restlichen Triebwerk dimensioniert werden (Anbindung an die Maschine), was durch die Relation zwischen dem Düsenhals und dem Verdichterquerschnitt \(A_{2}\) gegeben ist. Hierbei wird angenommen, dass der Verdichterquerschnitt repräsentativ für den Triebwerksquerschnitt ist.
Die ideale Kreisprozessbetrachtung des Turbojets liefert die Abströmmachzahl \(Ma_{9}=Ma_{e}\), die zusammen mit der kompressiblen Beziehung für Strömungsquerschnitte das gesuchte Flächenergebnis liefert (nachfolgende Abbildungen):
- Für alle Parametervariationen ergibt sich für \(Ma_{0}<4\) ein Flächenverhältnis \(A_{e}/A_{nt}>1\), d.h. für die ideale Expansion ist eine konvergent-divergente Düse (Laval-Düse) erforderlich.
- Es findet zunächst eine Zunahme des Flächenverhältnisses bis ca. \(Ma_{0}=3\) statt, gefolgt von einer Abnahme. Für die ideale Expansion ist also variable Düsengeometrie erforderlich.
Die Anbindung an die Maschine liefert folgende Ergebnisse:
- Bis ca. \(Ma_{0}=2\) bleibt das Flächenverhältnis \(A_{nt}/A_{2}\) näherungsweise konstant, d.h. der Düsenhals kann für gegebene Triebwerksparameter fest eingestellt werden.
- Bei weiterer Zunahme der Flugmachzahl findet eine rapide Zunahme statt, so dass die Düsenhalsgeometrie variabel eingestellt werden müsste, um optimale Expansion zu erreichen.
Turbojet mit Nachbrenner
Durch den Einsatz des Nachbrenners ändert sich nichts am Flächenverhältnis \(A_{e}/A_{nt}\), d.h. die bereits gezeigten Ergebnisse können weiterhin verwendet werden. Es ändert sich jedoch das Flächenverhältnis \(A_{nt}/A_{2}\), wie in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Die Anbindung an die Maschine muss also beim Nachbrennereinsatz angepasst werden. Es handelt sich um eine geringfügige Änderung, bei der die Trends ähnlich bleiben wie bei der Konfiguration ohne Nachbrenner.
