Schubumkehr - wie funktioniert das?

[Thermikus]

Sie gehört bei der Landung eines Jets dazu, wie das Amen in der Kirche: Die Schubumkehr. Kaum berührt das Hauptfahrwerk den Boden, fahren die Spoiler aus und dann donnern die Triebwerke los, als würde wieder durchgestartet. Wenn man dann die kraftvolle Verzögerung spürt und sich der Jet wie ein nass gewordener Hund schüttelt, wird klar: Das ist die Schubumkehr!

 

Rein optisch ist auch nachvollziehbar, wie das in etwa funktioniert: Am hinteren Teil der Triebwerke fahren kegelförmige Metallverschalungen aus, die den Abgasstrahl statt nach hinten in die Flugrichtung umlenken und damit diese enorme Bremswirkung erzielen.

 

Nur, wenn ich mir das mit meinem technischen Verständnis zu erklären vesuche, komme ich mir immer wie jemand vor, der sich an seinen eigenen Haaren in die Luft zu ziehen versucht. Und dies darum:

 

Die Arbeitsweise eines Düsentriebwerkes (nehmen wir einmal eines der gängigen Mantelstromtriebwerke) ist folgende: Die rotierenden Niederdruckverdichter am Eingang des Triebwerkes leiten den kleineren Teil des Luftsstromes in das Triebwerk, wo mittels der Hochdruck-Verdichterstufen eine starke Komprimierung und Erhitzung dieser Luft erfolgt. Diese erhitzte Luft gelangt dann in die ringförmig angeordneten Brennkammern, wo sich das eingespritzte Kerosin entzündet. Die expandierenden heissen Verbrennungsgase strömen mit hoher Geschwindigkeit durch den verengten Ausgang (Düse) des Triebwerkes nach hinten und erzielen damit den Vorwärtsschub. Der grössere Teil des kalten Luftstromes aus den Niederdruckverdichtern wird durch einen Mantel um den heissen Teil des Jetstriebwerkes herumgeleitet und umgibt den heissen Abgasstrahl geräuschdämmend wie mit einem Mantel (Mantelstrom). Dabei erzielen die grossen Turbinenschaufeln des Niederdruckverdichters mit ihrer Propellerwirkung einen erheblichen Anteil am Gesamtvortrieb. Soweit diese Funktion.

 

Bei der Schubumkehr wird nun der heisse Abgasstrahl durch ausfahrende Metallschalen nach vorne gegen die Flugrichtung umgeleitet und erzielt damit die Bremswirkung. Unverständlich ist mir dabei folgendes:

 

Bei der Aktivierung der Schubumkehr gibt das Triebwerk eine starke Leistung ab, das heisst, es erzeugt durch den Austritt der Verbrennungsgase zuerst einmal Schub, der dann aber nach vorne umgeleitet wird. Eigentlich müssten sich die beiden Kräfte (zuerst Schub durch die Düse und anschliessend bremsende Umleitung des Abgasstrahles nach vorne) doch gegenseitig aufheben. Wie kommt dann trotzdem die starke Bremswirkung zustande???

 

 

Dietwolf (Thermikus):001:

[Wilko Wiedemann]

Eigentlich müssten sich die beiden Kräfte (zuerst Schub durch die Düse und anschliessend bremsende Umleitung des Abgasstrahles nach vorne) doch eigentlich gegenseitig aufheben.

Warum sollten sich die Kräfte aufheben ? Durch die Umlenkung wird der Strahl ja nach vorne gelenkt und erzeugt einen starken Gegenschub.

Bei den modernen Mantelstromtriebwerken liegt der Hauptanteil des Schubes im Kaltluftstrom, ca. 60 - 80 Prozent. Und bei diesen Triebwerken wird auch nur der Mantelstrom umgelenkt. Dies geschieht durch eine Mechanik im Engine Cowl, die Luftströmung verlässt das Triebwerk also nicht mehr erst und wird dann umgelenkt, sondern die Luft tritt seitlich bereits umgelenkt aus. Der Heissschub der noch hinten aus dem Triebwerk austritt ist deutlich schwächer.

Die Schubumkehr ist übrigens am wirksamsten, wenn das Flugzeug noch relativ schnell ist. Unterschreitet man eine bestimmte Geschwindigkeit, wird die Schubumkehr deaktiviert, bei gewissen Typen sogar automatisch. Dies soll unter Anderem auch ein Ansaugen umgelenkter Luft verhindern.

Heissstrahlumlenkung findet man nur noch bei älteren Flugzeugen wie MD80 usw., oder bei Triebwerken mit kleinem Nebenstromanteil.

 

Gruss

 

Wilko

[Thermikus]

Als so kraftvoll habe ich den Umkehrschub noch nie empfunden. Was Du gespürt hast, war wohl eine Kombination der Radbremsen plus Schubumkehr...

 

 

Oh - da habe ich aber andere Eindrücke. Die Radbremsen spüre ich ebenfalls deutlich - aber niemals kurz nach dem Aufsetzen. Das ist dann vor dem Abrollen über den High-Speed-Taxiway (z.B. Landerichtung 14 in ZH) eine weiche, erschütterungsfreie Verzögerung meist nach der Deaktivierung der Schubumkehr unterhalb ca. 60 Knoten. Wenn dagegen letztere einsetzt, gehst Du in den Gurten nach vorne und der ganze Flieger rüttelt und schüttelt. Das ist dann wirklich etwas ganz anderes!

 

Womit aber noch nicht geklärt ist, wie diese exakt ihre Wirkung entfaltet????

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):009:

[Thermikus]

Warum sollten sich die Kräfte aufheben ? Durch die Umlenkung wird der Strahl ja nach vorne gelenkt und erzeugt einen starken Gegenschub.

Bei den modernen Mantelstromtriebwerken liegt der Hauptanteil des Schubes im Kaltluftstrom, ca. 60 - 80 Prozent. Und bei diesen Triebwerken wird auch nur der Mantelstrom umgelenkt. Dies geschieht durch eine Mechanik im Engine Cowl, die Luftströmung verlässt das Triebwerk also nicht mehr erst und wird dann umgelenkt, sondern die Luft tritt seitlich bereits umgelenkt aus. Der Heissschub der noch hinten aus dem Triebwerk austritt ist deutlich schwächer.

Die Schubumkehr ist übrigens am wirksamsten, wenn das Flugzeug noch relativ schnell ist. Unterschreitet man eine bestimmte Geschwindigkeit, wird die Schubumkehr deaktiviert, bei gewissen Typen sogar automatisch. Dies soll unter Anderem auch ein Ansaugen umgelenkter Luft verhindern.

Heissstrahlumlenkung findet man nur noch bei älteren Flugzeugen wie MD80 usw., oder bei Triebwerken mit kleinem Nebenstromanteil.

 

Gruss

 

Wilko

 

 

Ja, das habe ich auch bereits beobachten können. Aber wie funktioniert das technisch genau z.B. bei der MD 80, wo der heisse Abgasstrahl umgeleitet wird? Schub und Gegenschub müssten sich dort ja gegenseitig aufheben?

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):005:

[Michael M]

Die heben sich nicht gegenseitig auf, da der ursprüngliche (normale) Schub weg ist. Durch die Umlenkung entsteht aus dem Schub der Gegenschub. Der Gegenschub ensteht bei der Umlenkung nicht zusätzlich, sondern ist ab denn der umgewandelte (ehemals normale) Schub. Da es entweder Schub oder Gegenschub (aber nicht beides gleichzeitig) gibt, kann sich nichts gegenseitig aufheben, wie ich das sehe.

[Thermikus]

Die heben sich nicht gegenseitig auf, da der ursprüngliche (normale) Schub weg ist. Durch die Umlenkung entsteht aus dem Schub der Gegenschub. Der Gegenschub ensteht bei der Umlenkung nicht zusätzlich, sondern ist ab denn der umgewandelte (ehemals normale) Schub. Da es entweder Schub oder Gegenschub (aber nicht beides gleichzeitig) gibt, kann sich nichts gegenseitig aufheben, wie ich das sehe.

 

 

Nein, das kann so nicht stimmen. Wenn der Abgasstrahl die Brennkammern verlässt und in in die Düse strömt, hat er bereits den Vorwärtsschub erzeugt. Dann wird er erst von der Schubumkehr umgelenkt und erzeugt Gegenschub. Da muss es noch eine schlüssigere Erklärung geben.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):002:

[FalconJockey]

...und in der Tat entsteht die Hauptbremskraft durch die Radbremsen, die in der Regel sofort nach dem Aufsetzen automatisch aktiviert werden. Bis der Umkehrschub mit voller Kraft wirken kann vergehen einige Sekunden. Was Du spürst sind hauptsächlich die hocheffizienten Radbremsen. Mit meiner Citation nutze ich höchstens Umkehrschub im Leerlauf, alles andere ist nur Krach und bringt nicht viel: Bis der Umkehrschub was bringt habe ich die Maschine schon längst mit den Radbremsen so stark abgebremst, dass ich den Umkehrschub schon wieder deaktivieren muss.

[Michael M]

Weiss jetzt nicht genau, welchen Ort du mit "in die Düse strömt" meinst, aber was zählt, ist schlussendlich der Ort und Richtung, wo der Luftstrom ("Schub") das Triebwerk verlässt. Bei Schubumkehr verlässt der Luftstrom das Triebwerk erst nach der Umleitung und daher würde ich im Gegensatz zu deinem Post sagen, er hat dann noch keinen Vorwärtsschub erzeugt.

[Wilko Wiedemann]

Der eigentliche Schub entsteht auch nicht in der Brennkammer sondern erst in der Düse am Ende des Triebwerks. Der Schub besteht nicht aus Druck, der im Triebwerk beim Verdichten und Verbrennen entsteht, sondern aus der Geschwindigkeit der Luftmasse, die im Triebwerk beschleunigt wird. Lenkt man nun den Strahl um, wirkt der Schub entgegengesetzt.

 

Irgendwelche Kräfteaufhebungen finden definitiv nicht statt, sonst würde das Ganze nicht funktionieren.

 

Gruss

 

Wilko

[Thermikus]

...und in der Tat entsteht die Hauptbremskraft durch die Radbremsen, die in der Regel sofort nach dem Aufsetzen automatisch aktiviert werden. Bis der Umkehrschub mit voller Kraft wirken kann vergehen einige Sekunden. Was Du spürst sind hauptsächlich die hocheffizienten Radbremsen. Mit meiner Citation nutze ich höchstens Umkehrschub im Leerlauf, alles andere ist nur Krach und bringt nicht viel: Bis der Umkehrschub was bringt habe ich die Maschine schon längst mit den Radbremsen so stark abgebremst, dass ich den Umkehrschub schon wieder deaktivieren muss.

 

 

Das mit der automatischen Aktivierung der Radbremsen habe ich tatsächlich übersehen. Ich verstehe auch, dass es bei Deiner Citation ruhiger läuft als bei einem dicken Zwei- oder Vierstrahler. Ich frage mich nur, warum dieses Rumpeln, Schütteln und Rütteln nach der Aktivierung der Schubumkehr, wenn das so wenig bringt? Dann könnte man diese Unbill den Fluggästen doch ersparen.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):confused:

[Thermikus]

Der eigentliche Schub entsteht auch nicht in der Brennkammer sondern erst in der Düse am Ende des Triebwerks. Der Schub besteht nicht aus Druck, der im Triebwerk beim Verdichten und Verbrennen entsteht, sondern aus der Geschwindigkeit der Luftmasse, die im Triebwerk beschleunigt wird. Lenkt man nun den Strahl um, wirkt der Schub entgegengesetzt.

 

Irgendwelche Kräfteaufhebungen finden definitiv nicht statt, sonst würde das Ganze nicht funktionieren.

 

Gruss

 

Wilko

 

 

Das ist mir klar. Ich vermute, dass bei der Schubumkehr der heisse Abgasstrahl direkt nach dem Verlassen der Brennkammern, also bevor er in der Düse Vorwärtsschub erzeugen kann, bereits umgeleitet wird. Das wäre die einzig logische Erklärung für den Bremseffekt.

 

Diskutieren wir morgen die Frage aus - sonst habe ich tagsüber keinen Vorwärtsschub mehr!

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):D

[Wilko Wiedemann]

dass bei der Schubumkehr der heisse Abgasstrahl direkt nach dem Verlassen der Brennkammern, also bevor er in der Düse Vorwärtsschub erzeugen kann, bereits umgeleitet wird

Definitiv nicht. Entweder wird wie bei der MD80 der ganze Heissstrom nach der Düse umgelenkt, oder der Nebenstrom vom Fan. Garantiert wird nichts aus dem Kerntriebwerk nach der Brennkammer umgeleitet.

 

Gruss

 

Wilko

[FalconJockey]

Wie gesagt: Leerlauf reicht meist schon aus. Nicht bei jeder Landung aktivieren die Piloten den vollen Umkehrschub, denn es rüttelt, schüttelt und macht Lärm - mit einer relativ kleinen Bremskraft.

[Roberto]

@ Dietwolf

 

...ich kann mir schon denken was Du meinst......das berühmte Beispiel mit dem Ventilator, montiert auf einem Segelboot, Luftstrahl in das Segel gerichtet.:) :) :)

 

Was macht das Segelboot......?

 

Auf jeden Fall fängt das Segel bei genügend Schub an zu flattern und das Boot rückwärts an, zu "sliiiiden"......:008: :005:

[IFixPlanes]

Der eigentliche Schub entsteht auch nicht in der Brennkammer sondern erst in der Düse am Ende des Triebwerks. Der Schub besteht nicht aus Druck, der im Triebwerk beim Verdichten und Verbrennen entsteht, sondern aus der Geschwindigkeit der Luftmasse, die im Triebwerk beschleunigt wird. Lenkt man nun den Strahl um, wirkt der Schub entgegengesetzt...

Diese schuberzeugende Düse wird bei den von Dietwolf angesprochenen Triebwerken beim Reversen dazu benutzt den Luftstrahl umzulenken.

[Hans Mueller]

Vermutlich liege ich mit meiner Erklärung, dass der Umkehrschub seine Bremswirkung durch Zunichtemachung der Aerodynamik des Flugzeuges erzeugt, nicht allzufern der Wahrheit. Die Triebwerke blasen gewaltige Luftmassen schräg nach vorne ab, welche Auftrieb/Abtrieb stören (Rütteln und schütteln) wie auch dem schnell rollenden Flugi im Wege stehen, etwas bremsen. Landung im Regen Ich vermute mal, dass, lässt man so ein Flugzeug im Stillstand mit Umkehrschub kacheln, nichts passiert, ausser einer schnellen Alterung einzelner Triebwerksteile.

Ich habe jedoch über diese Vorgänge kein fundiertes Wissen, Wilko und die Piloten sind sicherlich die richtigen Ansprechpartner.

Gruss Hans

[ursmunger]

Hallo,

 

Dietwolfs Problem ist ja die Ueberlegung, dass trotz Umkehrschub die Luft im Triebwerk erstmals nach hinten beschleunigt wird und dieser Luftstrom auch eine Wirkung haben müsste.

Hat er ja auch - nur wirkt die Kraft statt auf die Umgebung (was tatsächlich zu einer Schubkomponente nach vorne führen würde) auf die Schubumkehrklappen - was die Schubwirkung der 'Vorwärskomponente' annulliert oder zumindest vermindert und nur Materialbelastung auf die Klappen bewirkt....

[FalconJockey]

Naja,

 

man kann auch rückwärts rollen, ich habe selbst schon in einer 727 einen "Power-Back" erlebt, aber die mussten ganz schön Schub geben, um ein wenig Geschwindigkeit zu erhalten.

[Christian Forrer]

Hallo

 

Betrachtet das ganze Treibwerk doch mal von "Aussen": Vorne wird über den Fan relativ langsam strömende Luft aus der ganzen Umgebung (auch fast seitlich) angesaugt. Diese Luftmassen werden jetzt massiv verdichtet und beschleunigt, ein Teil davon extrem, denn in der Brernnkammer vergrössert sich das Gasvolumen sehr stark :005: . Insgesammt ist jetzt im gesammten Gasstrom nach hinten deutlich mehr Energie enthalten.

Wenn diese "Energie jetzt gezieht/gebündelt umgelenkt wird, ist der daraus resultierende Gegenschub (trotz aller Umlenkverluste) sicher deutlich grösser als der "kleine Rückstoss" der am vorderen Ende durch das Ansaugen entsteht. Die Schubkraft wird ja aus dem Massenstrom und der Geschwindigkeit gebildet. Massestrom kann gleich sein, oder etwas grösser (mit Verbrennungsgasen), die gebündelte (umgelenkte) Ausströmgeschwindigkeit ist aber mit Sicherehit viel Grösser... Oder übersehe ich da etwas?

 

Gruss

Christian

[Leroy]

Dies soll unter Anderem auch ein Ansaugen umgelenkter Luft verhindern.

 

Bin ich richtig in der Annahme, das es schädlich für die Treiber ist wenn sie umgelenkte Luft "wieder verwehrten"? Sprich, die Luft nochmals ansaugen.

 

Noch was, ich weiß nicht wo her aber ich habe in meinem Kopf das die Schubumkehr nicht unter 60kn benutzt werden darf/soll. Ist das so Korrekt und woher kommt das?

 

Dann hätten wir noch die Power Pushback. Da ist ja die Gefahr irgendwas einzusaugen (mal auch was größeres *g) recht groß, trotzdem soll es in den Staaten noch der ein oder andere Vogel machen (nicht nur Props). Angenommen, wie oben gefragt, unter 60kn darf die Schubumkehr nicht benutzt werden. Aber woher kommt dann das mit dem Power Pushback? Ich sehe da grad keinen großen Unterschied ob man nun den Vogel nach der Landung mit Schubumkehr bremst (unter 60kn) oder den Vogel ohne Pushback Wagen zurückrollt.

[Kov]

Naja,

 

man kann auch rückwärts rollen, ich habe selbst schon in einer 727 einen "Power-Back" erlebt, aber die mussten ganz schön Schub geben, um ein wenig Geschwindigkeit zu erhalten.

 

 

Hier die DC-9-30-Version in Bild und Ton: http://www.flightlevel350.com/Aircraft_Douglas_DC-9-Airline_Northwest_Airlines_Aviation_Video-5600.html

 

Grüsse

 

Jakov

[LVL350]

Das mit der automatischen Aktivierung der Radbremsen habe ich tatsächlich übersehen. Ich verstehe auch, dass es bei Deiner Citation ruhiger läuft als bei einem dicken Zwei- oder Vierstrahler. Ich frage mich nur, warum dieses Rumpeln, Schütteln und Rütteln nach der Aktivierung der Schubumkehr, wenn das so wenig bringt? Dann könnte man diese Unbill den Fluggästen doch ersparen.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):confused:

 

 

In vielen Situationen könnte man tatsächlich komplett auf die Schubumkehr verzichten. Es wird immer wieder gern diskutiert und die Meinungen gehen auseinander. Ich nutze gerne mehr als Idle Reverse, da besonders im Highspeed Bereich die Bremsen gschont werden. Ob die Kosten für eine Triebwerksinstandhaltung, das mit viel Reverse Thrust bedient wurde höher sind, als die Kosten für die Erneuerung der Bremsen, kann ich nicht beurteilen.

 

Da wir alle Gewohnheitstiere sind, gewöhne ich mir so auch nicht an immer nur Idle Reverse zu nutzen. Nehmen wir z.B. mal an, dass die Piste nass und rutschig ist und das Antiskid seinen Geist aufgegeben hat. Hab ich die letzten 100 Landung nie mehr als Idle Reverse gezogen besteht die Gefahr, dass aus der Gewohnheit heraus glatt vergessen wird full reverse zu ziehen und das Pistenende einem viel zu schnell entgegenkommt.

 

Gruß

Peter

[sirdir]

Hat er ja auch - nur wirkt die Kraft statt auf die Umgebung (was tatsächlich zu einer Schubkomponente nach vorne führen würde) auf die Schubumkehrklappen - was die Schubwirkung der 'Vorwärskomponente' annulliert oder zumindest vermindert und nur Materialbelastung auf die Klappen bewirkt....

 

Als ich diese Schubumkehr bei einer kleineren Maschine zum ersten mal so deutlich gesehen habe (da werden einfach so 'Schäufelchen' hinter das Triebwerk geklappt...), konnte ich's erst fast nicht fassen. Hätte gedacht die Klappen werden schlicht abgerissen und fliegen davon ;)

[FalconJockey]

@Leroy: Eben, man will verhindern, dass Fremdobjekte ins Triebwerk gelangen (FOD), weshalb man auch nicht im Stand den Umkehrschub nutzen sollte. Ich denke mal, dass der Hauptgrund für ein explizites Verbot von Powerbacks darin begründet liegt, dass man Verletzungen bei den Kollegen auf dem Apron und Beschädigungen an Material (Autos, Gebäude etc.) verhindern will. Macht schon Sinn.

 

 

@Peter:

Ich nutze gerne mehr als Idle Reverse, da besonders im Highspeed Bereich die Bremsen gschont werden. Ob die Kosten für eine Triebwerksinstandhaltung, das mit viel Reverse Thrust bedient wurde höher sind, als die Kosten für die Erneuerung der Bremsen, kann ich nicht beurteilen.

Meinem bescheidenen Wissen nach, brauchen Karbonbremsen eben ein paar Sekunden um ihre effizienteste Betriebstemperatur zu erhalten. Das heisst erst bei geringer Geschwindigkeit zu bremsen oder bei höherer Geschwindigkeit macht keinen signifikanten Unterschied. Solange die Bremse nämlich kalt ist, schabt es nur Material ab, sobald sie aber heiss ist, bremst sie und verliert so gut wie kein Material.

Uns wurde immer gesagt, dass die Bremsen relativ billig sind, eine verkürzte Triebwerksbetriebszeit aber ziemlich teuer. Macht ja auch Sinn: Der Reverse wackelt und schüttelt ganz schön, da können die in dem Moment noch heissen Teile (Brennkammern, Auslass etc.) einigen Schaden nehmen. Bei der Citation Excel z.B. gibt es da gerne Risse. Ich nutze zwar meist Idle Reverse aber auf langen Pisten, die ich erst am Ende und auch zügig verlassen sollte (LSZH, EDDL, LSGG, EGLL etc.) nutze ich Reverse gar nicht erst, wenn die Piste nicht kontaminiert/trocken ist.

[Marc_H]

Bremsen die Radbremsen mit/ohne Umkehrschub eigentlich immer gleich stark?

 

Ich meine wenn man z. B. Autobrake 2 einstellt wird ja einen bestimmte Verzögerungsrate eingehalten (in der 737NG sind es 5ft / Sek.).

 

Wenn man ohne Umkehrschub landet müssen alles die Radmensen umsetzten. Gibt man noch zusätzlich Umkehrschub, wäre die Verögerung ja nun zu stark, und die Radbremsen müssten werden etwas weniger eingesetzt werden?

 

Wenn ja, woher weiß dann das Flugzeug wie stark es verzögert?