51° 16′ 56.28″ N, 0° 45′ 10.8″ W
Das Farnborough Air Sciences-Museum besitzt eine Sammlung früher Luftfahrtgeräte und ist der Flugwissenschaft gewidmet. Es handelt sich um eine kleine und konzentrierte Dosis an Flugzeug- und Luftfahrt-Equipment, die aus der nahezu aufgelösten Sammlung historischer Artefakte des Royal Aircraft Establishment in Farnborough stammen.
Das wichtigste Ausstellungsstück ist ein Original-Düsentriebwerk, das nach einem Entwurf von Sir Frank Whittle gebaut wurde. Whittle ließ das Düsentriebwerk im Jahr 1930 patentieren und 1941 flog dann das erste britische Düsenflugzeug, die Gloster E.28/39. Das ausgestellte Düsentriebwerk W2/700 (siehe Abbildung 46.1) ist der Vorläufer aller modernen Düsentriebwerke und das erste serienmäßig produzierte Düsentriebwerk Großbritanniens.
Ebenfalls ausgestellt ist ein früher Nachbrenner (den man damals »Augmenter« nannte), der hinter dem Whittle-Triebwerk angebracht wurde und zusätzlichen Schub lieferte, indem Treibstoff in die heißen Gase, die aus dem Düsentriebwerk entwichen, einspritzt wurde.
Ein weiteres Ausstellungsstück ist ein Hubschrauber-Rotor. Hier können Sie sich anschauen, wie die Blätter rotieren und sich bewegen, um Auftrieb und Bewegung zu erzeugen.
Das Museum besitzt außerdem eine wichtige Sammlung von Windkanal-Modellen, darunter auch Modelle, die die Leistung der Concorde bei geringen Geschwindigkeiten demonstrieren. Sie können sich auch Aufzeichnungen von konischen Schockwellen ansehen, die bei der Windkanal-Forschung für verschiedene Formen des Lufteintritts von Überschallflugzeugen verwendet wurden. Zu Demonstrationszwecken gibt es außerdem einen funktionierenden Windkanal.
Und natürlich besitzt das Museum auch eine Sammlung von Flugzeugen, darunter das Cockpit eines 1971er Hawker Siddeley Trident-Passagierjets. Die Trident war aufgrund ihrer Geschwindigkeit (Mach 0,88), aber auch wegen ihrer Fähigkeit, mithilfe automatischer Landesysteme »blind« zu landen, eine echte Pionierin der Luftfahrt. Das Cockpit wurde mit funktionierenden Instrumenten restauriert und ist Besuchern zugänglich.
Es gibt auch einen Sea Harrier, der senkrecht starten und landen kann, einen British Lightning T5-Düsenjäger aus den 1960ern, der Mach 2 erreichen konnte, sowie einen Puma-Helikopter zu sehen.
Das Museum wird von kompetenten Freiwilligen betrieben, von denen auch viele für Erläuterungen der Ausstellungsstücke zur Verfügung stehen.
Das Museum ist an Wochenenden geöffnet. Der Eintritt ist frei. Alle Informationen zum Farnborough Air Sciences Trust finden Sie auf der entsprechenden Website unter http://www.airsciences.org.uk/.
Das Düsentriebwerk und Newtons Bewegungsgesetze
Ein Düsentriebwerk, oder auch Turboluftstrahltriebwerk, nutzt das Reaktionsprinzip. Dabei kommt Netwons drittes Gesetz zum Tragen: Jede Kraft führt zu einer gleich großen Gegenkraft (mehr über Newton erfahren Sie in Kapitel 69). Am Ende des Triebwerks befindet sich eine Düse, durch die heiße, komprimierte Luft mit hoher Geschwindigkeit entweicht. Das erzeugt eine gleich große aber entgegengesetzte Kraft, die auf das Triebwerk wirkt und das Fahrzeug nach vorne bewegt.
Bei einem TL-Triebwerk wird dieser schnelle Luftstrom erzeugt, indem man Luft aus der Atmosphäre ansaugt und zur Verbrennung von Treibstoff nutzt. Der Kern eines solchen Triebswerks besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: einem Kompressor, einer Verbrennungskammer und einer Turbine (siehe Abbildung 46.2). Diese Teile findet man auch in Gasturbinenmotoren, die üblicherweise bei Panzern, Hovercrafts (siehe Kapitel 50) und Hubschraubern eingesetzt werden. Hier sorgt die Rotation der Turbine für Leistung. Ein Düsentriebwerk jedoch verfügt noch über ein zusätzliches Teil: die Düse. Der Antrieb erfolgt hier über die heißen Gase, die über die Düse nach Außen dringen.
Kompressor und Turbine sind über eine Achse miteinander verbunden. Wenn sich die Turbine dreht, dreht sich auch der Kompressor. Tritt Luft in das Triebwerk ein, strömt sie zuerst durch den Kompressor, der ihren Druck um das 40-fache erhöht. Die komprimierte Luft strömt dann durch die Verbrennungskammer. Hier wird der Treibstoff eingespritzt und entzündet.
Der brennende Treibstoff erhöht die Temperatur der komprimierten Luft. Die komprimierte Lust trifft mit hoher Temperatur und hohem Druck auf die Turbine. Dadurch werden die Turbine und damit auch gleichzeitig der Kompressor gedreht. Die Luft und andere Gase entweichen dann über die Düse aus dem Triebwerk. Während sich die Luft ausdehnt (und der Druck auf den normalen atmosphärischen Druck fällt), beschleunigt sie. Diese beschleunigte Luft erzeugt nach Newtons drittem Gesetz den Schub.
Newtons Zweites Gesetz kann verwendet werden, um den durch ein Düsentriebwerk erzeugten Schub zu berechnen. Es besagt, dass die Kraft F, die benötigt wird, um eine Masse m zu beschleunigen, proportional zur Masse und zur Beschleunigung a ist: F = ma. Die in einem Düsentriebwerk beschleunigte Masse ist die der eintretenden Luft.
Wenn eine Luftmasse m mit der Geschwindigkeit V in das Triebswerk eintritt und es mit einer (größeren) Geschwindigkeit v wieder verlässt und dabei die Zeit t für das Durchströmen benötigt, dann ist der resultierende Schub F proportional zur Masse der angesaugten Luft und zum Geschwindigkeitsunterschied der Luft zwischen Einlass und Düse. Schauen Sie sich hierzu die Gleichung 46.1 an.
Die großen Triebwerke von Passagierflugzeugen setzen zwei verschiedene Techniken ein, um Schub zu erzeugen. Dazu wird das gerade beschriebene Düsentriebwerk durch einen großer Lüfter vor dem Kompressor ergänzt. Solche Triebwerke werden als Zweistromtriebwerke bezeichnet.
Dabei treibt die Turbine genauso wie vorher beschrieben den Kompressor an, und auch hier werden komprimierte Luft und Treibstoff verbrannt und ausgestoßen, um den Schub zu erzeugen (innerer Luftstrom). Gleichzeitig wird durch die Turbine aber auch ein großer Lüfter angetrieben, der die eintretende Luft beschleunigt. Ein Teil der Luft strömt nun zum Teil um das Triebwerk herum (äußerer Luftstrom, siehe Abbildung 46.3). Dennoch gilt Gleichung 46.1, da der äußere Luftstrom schneller ist als die eintretende Luft.
Der Lüfter beschleunigt eine große Menge Luft und sorgt für zusätzlichen Schub. Diese Beschleunigung gibt es fast umsonst, denn es wird nur wenig zusätzlicher Treibstoff für den Lüfter benötigt. So wird der Wirkungsgrad mit wenig Aufwand erhöht.
Wenn Sie sich das Triebwerk eines Passagierjets ansehen, können Sie die großen Blätter des Lüfters erkennen. Das Triebswerk selbst ist nicht zu sehen.