jet-antrieb vs. geschwindigkeit

[turbartuluk]

hallo erst mal....
hab jetz schon einige threats durchforstet aber konnte irgendwie keine passende antwort auf meine frage finden, die da lautet: warum sind mit jet-antrieben keine hohen geschwindigkeiten möglich :confused:
mich reizt der antrieb weil man um einiges wendiger ist und weils eben nicht "standard" is, aber soviel ich hier auch forste ich les nur immer wieder "mehr als 50kmh gehen nich", "irgendwann bringt auch drehzahlerhöhung nichts mehr, von der steigung ganz zu schweigen", leistung wird gleich gar nich erwähnt, is also vermutlich auch nich der ausschlaggebende punkt, kavitation is laut wikipedia nen deutlich geringeres problem als bei wellenantrieben... naja und da frag ich mich was bleibt noch übrig??
ich meine nach der "einfachen strömungslehre" müssen die impeller-blätter doch nur passend angeströmt werden... heißt wenn ich schneller fahre muss auch der rotor schneller rotieren (also mehr umdrehungen bzw. größerer rotor für höhere umfangsgeschwindigkeit) oder ich brauch ne höhere steigung... aber sofern das möglich ist müsste ich doch trotzdem weiterhin schub erzeugen der (meiner meinung nach) zu mehr als 50kmh befähigen sollte...

vllt kann sich ja mal nen experte dazu äußern und mir meinen irrtum erläutern bevor ich mir was hole, die arbeit des umbaus mache um dann festzustellen dass ich mit ner 0815-mono schneller wäre :laugh:

vorab schonmal :thx:

viele grüße

[Robert]

Ich kann dir nur von den echten ein wenig erzählen. Deren Wirkungsgrad geht in den Unteregschwindigkeitregionen in den Keller, maximal bei 40-60 Knoten. Dann fällts wieder ab. Die Kurve ähnelt einen negativen Parabel. Daher werden vorallem Schnellfähren damit ausgerüstet. Die Jets sind im genannten Bereich effizienter als Surface drives. Bei über 60 Knoten kommen die Surface drives wieder ins Spiel.

Wegen der Fluiddynamik schreib ich morgen was.

Viele Grüsse
Roebrt

[turbartuluk]

na ich würde ja mal vermuten, dass die jets im unteren bereich nen miesen wirkungsgrad haben weil se halt für 40-60 knoten ausgelegt sind und dann halt nich optimal angeströmt werden... dass der wirkungsgrad mit steigender geschwindigkeit abnimmt is auch klar (siehe vortriebswirkungsgrad bei flugzeugtriebwerken, is ja selbes funktionsprinzip)... dass es deshalb aus wirtschaftlicher sicht vllt gerade sinn macht den jet in den genannten geschwindigkeitsbereichen einzusetzen geh ich ja auch noch mit....
aber im modellbau würde ich mal sagen steht die verfügbare leistung eher im hintergrund, bzw das leistungs/masse-verhältnis is deutlich günstiger. warum sollen auch hier diese beschränkungen gelten:confused:

bin vermutlich aufm holzweg was ^^
jedenfalls warte ich mal ganz gespannt bis morgen ;)

[Hans]

Hier (http://www.jet-hafen.de/download/jetber.pdf) gibt's 'ne Menge zu lesen - und auch einen Jetantrieb für 80km/h, leider "etwas" größer mit D=55mm.

Gruß Hans

[MiSt]

Ich schreib's nochmal hin, wie's schon in hunderten von Threads steht, auch wenn's keiner lesen will: Es gibt im Modellbaubereich keine ineffizientere Art 30-40km/h schnell zu fahren als mit Jet. Aber es macht viel Spaß, besonders das Beschleunigen (weil der Standschub eines Jets viiieeel größer ist als der eines getauchten oder gar eines halbgetauchten Antriebs) und - wer's mag - das Abfliegen in Kurven beim Luftansaugen *o*.

Der Autor des von Hans verlinkten PDF schreibt, daß der Wasserstrahl des 28'er Kehrer 8,2m/s schnell ist bei Motorisierung X. Das sind 29,5km/h. Das Boot wird immer etwas langsamer als der Strahl sein: Insofern sind die 30-40km/h schon - hmmm - optimistisch.

In Yachten z.B. werden die Jets eingebaut, weil sie im Betrieb leiser und komfortabler sind als Wellenantriebe oder gar Surface Drives ...

[Robert]

Das Problem an den Jet Amtrieben im Modell ist, das die Düse schnell sperrt. In der Hochgeschwindigkeist Aerodynamik ist dieser Effekt auch bekannt, wenn ein gewisses Druckverhältnis erreicht wird. Die Effekte sind aber dort andere, da kompressibel betrachtet.

Unser Wasser ist ja annähernd inkompressible. Das heisst die Dichte ändert sich kaum durch Druckaufbau. Wir können höhere Geschwindigkeiten nur über den Massenstrom holen, der ausgestossen wird. Darin ist die Fläche und die Geschwindgkeit als variablen drinn. Querschnittsfläche beim jet Fläche kann man vergrössern, was irgendwann begrentzt ist weil der Jet nicht mehr ins Modell passt. Die Durchflussgeschwindigkeit kann man nur bis zu einem gewissen Punkt steigern, da wie gesagt die Düse sonst sperrt. Für den genauen Effekt musst du in der Literatur suchen: -imkompressible Strömung, Sperreffekt

Letztendlich ist das wieder ein Druckproblem wie im kompressiblen Fall. Auch nimmt bei einer grösseren Düse die Reibungsfläche weniger zu im verhälntniss zur Querschnitttsfläche, auf deutsch ein grösseres Rohr muss immer effektiver sein da die Mantelfläche=Reibung nur mit Potenz 1 wächst, der Volumenstrom(=Querschnittsfläche mal Geschwindigkeit), die Fläche quadratisch mit dem Durchmesser zu nimmt. Daher sind kleine Jets immer sehr inneffizient, und daher auch unsere Modelle.

Die Verluste die entstehen setzen sich aus Staudruckverlust, statischer Druckverlust und natürlich der Rohrreibung und Turbulenz zusammen. Auch Kavitiert die Strömung durch die Verengung sehr schnell, das heiist der Druck sinkt unter den Dampfdruck des Wassers und es entsteht einen Phasenseperation, also Wasserdampf. Dieser ist dann wieder als kompressibel zu sehen. Wie du siehst wird es umso schwerer, umso mehr man das --Warum-- hinterfragt. Und wenn du Turbulente Strömung berechnen kannst....es sind 1 Million auf die Lösung der turbuleten Navierstokes Gleichung ausgesetzt....Alles was existiert an Daten ist bisher mehr oder weniger experimentell entstanden in diesem Bereich. Schade das Herr Kehrer nicht mehr da ist. Da ist ein grosser Mann der Jet-Technik weg genommen wurden, und damit auch das Wissen darüber.

Wie heisst du eigentlich Turbatuk in Wirklichkeit ? Hörst dich ein wenig wie ein Student an. Wenn ja...diese Fragestellung sammt Versuchsaufbau wäre sicher ein Top Thema für eine Bachelor-Master Arbeit. Eine Entwicklung eines Jets als Produkt anschliessend für den Modellbaumarkt würde auch sicher die Firma kehrer freuen.

Viele Grüsse
Robert

[turbartuluk]

@hans: DAS is mal interessant... da hab ich am we gleich was zu tun... sowas hab ich bisher (vergeblich) gesucht... :thx:

@mist: sicher is das boot immer etwas langsamer als der strahl, du vergisst aber, dass wenn ich mit 50kmh fahre der strahl schon ne "grundgeschwindigkeit" von 50kmh hat sodass wenn ich ihn dann beschleunige (und sei es auch nur noch um 1m/s) der strahl immernoch schneller ist als mein schiff ;)

@robert: da komm ich jetz nich ganz mit!

in der aerodynamik gibts das sperren weil ich mit konvergenter düse maximal schallgeschwindigkeit erreichen kann und sich dann der massendurchsatz durch die geschwindigkeit nicht mehr erhöhen lässt. die schallgeschwindigkeit von luft liegt aber bekanntlichermaßen ziemlich hoch und jenseits jeder geschwindigkeitsgrenzen des modellbaus. das heißt das ganze erklärt mir nicht das sperren...

die verluste sind natürlich nicht wegzureden, aber ich denke trotzdem eher vernachlässigbar. staudruckverlust haben wir keinen großen da die strömung ja im grunde nicht gestaut, sondern durch ein "loch im boden" umgelenkt wird ohne großartig geschwindigkeit zu verlieren. statischer druckverlust durch rohrreibung ist meiner meinung nach auch zu vernachlässigen, denn es geht nicht nur der durchmesser ein sondern auch die lauflänge und die ist im modellbau ebenso klein, sodass der druckverlust der ~L/D² etwa so groß ist wie bei rohrleitungen die 2m durchmesser und 300m länge haben (und die werden zu 1000en km verlegt)....
und was die kavitation angeht hätte ich damit höchstens beim impeller gerechnet. die düse soll doch im grunde nur den druck in geschwindigkeit umwandeln den der impeller aufbauen konnte...

oder muss man vllt andersrum denken? die düse is für ne gewisse geschwindigkeitserhöhung ausgelegt, je schneller man fährt desto großer ist die notwendige druckerhöhung die dieser geschwindigkeitserhöhung entspricht und irgendwann schafft der impeller einfach nich mehr die druckerhöhung zu leisten, der druck in der düse sinkt, das wasser kavitiert und die düse sperrt????
so rum würde das für mich jedenfalls sinn ergeben ^^

gruß heiko

[Peter F aus B]

Wenn ich deine Gedankengänge so lese, gehst du davon aus das das Wasser der Düse in "unendlicher" Menge zur Verfügung steht. Du musst aber bedenken, das die Düse das Wasser ansaugen muss und mit zunehmender Geschwindigkeit ein gewisser Venturieeffekt am Einlass entsteht der dem Ganzen entgegen wirkt. Beim Boot ist es nicht wie beim Flugzeug, wo das Medium einfach so in die Düse einströmt und nurnoch beschleunigt werden muss.

[Larger]

Der Trick beim Jet ist der, dass der Impeller einen rotierenden Wasserstrahl erzeugt. Diese Drehung wird im Stator aufgehoben und das Wasser ohne Drehung nach hinten ausgestoßen. Die ganzen physikalischen Zusammenhänge kann Dir Robert sicher noch besser erklären, aber Du musst auch bedenken Wasser mit kleiner werdendem Modell nicht kleiner. Das bleibt immer wie es ist.
Heiko

[turbartuluk]

@peter: naja das mit dem "ansaugen" mag ja im standfall richtig sein, aber sobald ich ne gewisse geschwindigkeit habe reicht der staudruck schon aus um das wasser hochzudrücken, is wie bei ner wasserkühlung... sofern also keine luft rein kommt reichen dank der hohen dichte von wasser bereits 2,5kmh aus um das wasser 5cm "hoch" zu drücken von wo aus es auch ohne impeller rauslaufen könnte (ohne natürlich dann schub zu erzeugen)

@larger: ja is ja alles richtig, widerspricht sich aber auch nich mit meiner aussage ;)
der impeller versetzt die strömung in rotation, der stator entnimmt der strömung die rotation und erzeugt dadurch druck, welcher wiederum in der düse in geschwindigkeit umgewandelt wird. und die geschwindigkeitsdifferenz zwischen ein- und auslass bestimmt den schub.... soweit nochmal zusammen gefasst ;)
was das "kleiner werden" angeht is die dichte natürlich gleich, aber der volumenstrom wird ja auch kleiner. im flugzeugbereich gibts ja auch impellerbetriebene jets die es nicht stört dass die luft nicht "kleiner" wird (da bleibt die dichte ja auch näherungsweise konstant).

aber freut mich ja dass hier so rege mitdiskutiert wird :D
gruß heiko

[MiSt]

@MiSt: sicher is das boot immer etwas langsamer als der strahl, du vergisst aber, dass wenn ich mit 50kmh fahre der strahl schon ne "grundgeschwindigkeit" von 50kmh hat sodass wenn ich ihn dann beschleunige (und sei es auch nur noch um 1m/s) der strahl immernoch schneller ist als mein schiff ;)


Ja ... nee ... iss klar :p.

Der Impeller im 28'er Kehrer ist ein abgedrehter K45. Bei 15-20000rpm fördert der die Wassersäule soundsoschnell, Du kannst damit in die bekannten Formeln "Steigungen" und "Schlü(m)pf(er)" nach Bedarf einsetzen, ohne Geschwindigkeitsrekorde aufzustellen ... und wenn der Impeller dann von fließendem Wasser angeströmt wird, dann ??? Warum ist das dann bei Oberflächenpropellern nicht auch so ??? Perpetuum Mobile ???

Viel Spaß beim ineffektiven Rumbolzen mit Jet - meine ich übrigens ernst. Ich habe selbst viele Jetmodelle, z.B. dieses:

http://www.jet-drive.de/index.php?option=com_content&task=view&id=30&Itemid=25

Fahre sie aber seit Jahren nicht mehr. Ist mir viel zu langsam :D.

:confused: Und das in einem Forum, wo jeder zweite Newbie schon 1xx km/h fährt und die 2xx km/h plant - aber nicht jeder PKW bringt das halt :cool:.

[turbartuluk]

@mist:
also der unterschied is meiner meinung nach dass der oberflächenpropeller sich im wasser nach vorne schiebt, während der impeller nen druck aufbaut (weil das wasser im rohr ja nich weg kann)... kann mich aber natürlich auch irren ;)

ja wenn de die modelle nich mehr brauchst, kann man ja mal über nen preis verhandeln :D

[MiSt]

@MiSt:
also der unterschied is meiner meinung nach dass der oberflächenpropeller sich im wasser nach vorne schiebt, während der impeller nen druck aufbaut (weil das wasser im rohr ja nich weg kann)... kann mich aber natürlich auch irren ;)

ja wenn de die modelle nich mehr brauchst, kann man ja mal über nen preis verhandeln :D

Nun, ich fürchte, Du irrst Dich.

Das bisher höchste Gebot für das verlinkte Modell war übrigens 700€ - habe ich abgelehnt :p.

[Robert]

Der Impeller und auch der Propeller arbeiten vom Prinzip her immer als normaler Tragflügel. Da wird auch nichts geschoben sondern allein der Druckunterschied von einer zur anderen seite erzeugt eine gerichtete Kraft. Beim Surface drive wird dieser Druck allerdings nur auf der Druckseite aufgebaut, weil hinten die Strömung abreisst durch den starken Unterdruck. Daher sind unsere Propeller nicht sehr effektiv, allerdings bei dem Leistungsüberschuss macht das nichts. Beim Impeller soll und kann die Strömung an der Saugseite noch anliegen, die Drehzahlen sind wesentlich geringer und die Steigungen zumindest bei den grösseren eher klein. Das ist aber eine Auslegungssache.

Das wichtige ist noch, das der Impeller des Jets kaum induzierte Effekte erzeugt wie beim Surface drive, das Impellerblatt arbeitet wie ein unendlich langer Flügel ohne Ende, und somit hat er durch den geringen Abstand zum Hüllrohr diesen Effekt. Dadurch kann man viel mehr druck aufbauen, so wie es auch in einer Gasturbine gemacht wird. Vergleichen kann man das aber kaum, in einer Gasturbine wird Masse im Prozess zugeführt, und meist bei einem Turbofan auch noch mit Hülluft zur Geräuschminderung (u.a.) gearbeitet.

Bei der Luft kann an sich auch eine Art Kavitation auftreten, aber das macht sich nur bei starkem Unterdruck durch Kondensation des Wassers aus der Umgebungsluft bemerkbar.

Die Laval Düse ist ein anders Thema wie gesagt, da ist man bei Luft nahe dem überschall und alles ist kompressibel, auch in der Rechnung. Das können wir mit unserem Wasser nicht gebrauchen.

Hier mal ein Buch zum lesen.
http://www.amazon.com/Selocs-Marine-Jet-Drive-1961-1996/dp/0893300292/ref=sr_1_5?ie=UTF8&qid=1327064786&sr=8-5

Viele Grüsse
Robert