Schub (Triebkraft): Physik, Typen, Messung und Anwendungen

Eine sehr häufig gestellte Frage ist, wie man die Schubzahl eines Flugzeugmotors mit der mechanischen Leistung eines Kolbenmotors (die Art von Motor in Autos und in vielen Flugzeugen mit Propeller) vergleichen kann. Es ist schwierig, diese beiden zu vergleichen. Das liegt daran, dass sie nicht genau dasselbe messen. Ein Kolbenmotor bewegt das Flugzeug nicht. Er dreht nur den Propeller, der das Flugzeug bewegt. Aus diesem Grund werden Kolbenmotoren danach bewertet, wie viel Leistung sie an den Propeller abgeben.

Ein Düsentriebwerk hat jedoch keinen Propeller - es treibt das Flugzeug an, indem es heiße Luft hinter sich her bewegt. Eine nützliche Methode, die Leistung eines Düsentriebwerks zu messen, ist die Messung der Leistung, die das Düsentriebwerk durch seine Schubkraft an das Flugzeug abgibt. Dies wird als "Vortriebsleistung des Düsentriebwerks" bezeichnet. Die Leistung ist die Kraft, die benötigt wird, um etwas über eine Distanz zu bewegen, geteilt durch die Zeit, die benötigt wird, um diese Distanz zu überwinden:

P = F d t {\Anzeigestil \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}} ,

Dabei ist P die Leistung, F die Kraft, d die Entfernung und t die Zeit. Bei einem Raketen- oder Düsentriebwerk ist die Kraft gleich dem durch das Triebwerk erzeugten Schub. Die Strecke geteilt durch die Zeit wird auch als Geschwindigkeit bezeichnet. Die Leistung ist also gleich dem Schub mal der Geschwindigkeit.

P = T v {\darstellungsstil \mathbf {P} =\mathbf {T} {v}} ,

Wobei T für Schub und v für Geschwindigkeit steht. Dies ist die Leistung, die das Triebwerk bei einem bestimmten Schub oder einer bestimmten Geschwindigkeit abgibt. Die Vortriebsleistung eines Strahltriebwerks steigt mit seiner Geschwindigkeit.

Vergleicht man den Schub einer Rakete oder eines Triebwerks mit dem Gewicht, spricht man vom Schub-Gewicht-Verhältnis. Die Zahl, die sich aus diesem Vergleich ergibt, hat keine Einheiten, da es sich um ein Verhältnis handelt. Ein Verhältnis bedeutet in diesem Fall, dass der Schub des Triebwerks (in Newton) durch das Gewicht (in Newton) geteilt wird. Der Zweck dieses Vergleichs ist es, zu zeigen, wie gut der Motor oder das Fahrzeug funktioniert, z.B. wie viel Beschleunigung. Es ist eine Zahl, die zum Vergleich verschiedener Motortypen wie Flugzeugmotoren, Düsentriebwerke, Raketentriebwerke oder Automotoren verwendet werden kann.

Diese Vergleichsnummer kann sich bei laufendem Motor ändern. Das liegt daran, dass das Gewicht des Motors mit zunehmendem Kraftstoffverbrauch geringer wird. Das Schub-Gewicht-Verhältnis, das zum tatsächlichen Vergleich von Triebwerken verwendet wird, ist die Zahl, die beim ersten Lauf des Triebwerks ermittelt wird.

Die Schubkraft wird in den USA in "pounds of thrust" und im metrischen System in Newton gemessen. 4,45 Newton Schub entspricht 1 Pfund Schub. Ein Pfund Schub ist die Schubkraft, die erforderlich wäre, um ein ein Pfund schweres Objekt gegen die Schwerkraft auf der Erde unbeweglich zu halten.

Ein Flugzeug macht Vorwärtsschub, wenn Luft in die dem Flug entgegengesetzte Richtung geschoben wird. Der Schub wird durch die sich drehenden Blätter eines Propellers erzeugt. Der Schub kann auch durch einen rotierenden Ventilator erzeugt werden, der Luft aus der Rückseite eines Düsentriebwerks herausdrückt. Eine andere Möglichkeit ist der Ausstoß von heißen Gasen aus einem Raketentriebwerk.

Umkehrschub ist das Gegenteil von Vorwärtsschub. Auf diese Weise wird die Luft auf die gleiche Weise geschoben wie die Bewegung des Körpers. Der Umkehrschub kann als Bremshilfe nach der Landung eingesetzt werden. Dies kann durch Umlenkung des Schubs bei einem Turbofan- oder Düsentriebwerk oder durch Änderung des Blattwinkels eines propellergetriebenen Flugzeugs geschehen.

Vögel erreichen Schub während des Fluges normalerweise durch Flügelschlag.

Ein Boot mit einem Motor erzeugt Schub oder Gegenschub, wenn die Propeller gedreht werden, um das Wasser rückwärts (oder vorwärts) zu schieben. Der dadurch erzeugte Schub schiebt das Boot in die entgegengesetzte Richtung als das Wasser geschoben wird.

Eine Rakete wird durch eine Schubkraft vorwärts geschoben, die so groß ist wie die Kraft, die das Abgas beim Austritt aus der Raketendüse ausübt. Die Kraft, die das Abgas ausübt, wird als Austrittsgeschwindigkeit bezeichnet. Die Geschwindigkeit wird im Vergleich zur Rakete gemessen. Damit der vertikale Start einer Rakete funktioniert, muss der Startschub größer sein als das Gewicht der Rakete.