Schub bezeichnet die Vortriebskraft eines Triebwerks, angegeben in Newton (meist Kilonewton, kN) als SI basierte Einheit. Speziell im englischsprachigen Raum findet sich hingegen sehr häufig die Einheit lbs bzw. lbf als Abkürzung für pounds (Pfund) bzw. pound force (Pfund Kraftwirkung). In älterer Literatur findet sich auch noch die Angabe in Kilopond.

Dem Schub entgegen wirkt der Luftwiderstand, der mit wachsender Geschwindigkeit zunimmt. Da Propellertriebwerke eine von der Geschwindigkeit relativ unabhängige Leistung abgeben, nimmt deren Schub mit zunehmender Geschwindigkeit ab.

Auf dem Weg zu höheren Geschwindigkeiten wurden die nach dem Rückstoßprinzip arbeitenden Strahltriebwerke entwickelt, deren Schub über den Geschwindigkeitsbereich relativ konstant bleibt, die abgegebene Leistung also mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigt. Es ist daher sinnvoll, für den Vergleich von Strahltriebwerken den Schub als Kenngröße anzugeben.

110 Tonnen Schub, ungefähr entsprechend einer Kraft von 1.100 Kilo-Newton (kN), bedeuten beispielsweise (soviel bringen die vier Triebwerke einer Boeing 747 auf), dass die Triebwerke eine Schubkraft von 1.100 kN auf das Flugzeug ausüben. Das kann man sich so vorstellen, als ob an einer Schnur diese 110.000 Kilogramm hingen und über eine Umlenkrolle mit dem Flugzeug verbunden wären. Würde man diese 110 Tonnen fallen lassen, zögen sie mit ihrem Gewicht und der Erdbeschleunigung, also 110.000 kg x 9,81 N/kg = 107.910 N oder 107,91 kN, also der Gewichtskraft dieser Masse, das Flugzeug nach vorne.

Obiges Beispiel ist basierend auf einer Boeing 747-400 mit GE CF6-80C2B5F Triebwerken, von denen jedes einzelne Triebwerk einen Maximalschub von ca. 62.100 lbf bzw. 276 kN während der Take-Off-Phase erzeugt. Um diese Schubkraft (Leistung) zu erreichen, werden in jedem Triebwerk ca. 3 Liter Kerosin pro Sekunde verbrannt. Den Nachweis, dass ein Triebwerk diesen Schub auch tatsächlich erzeugt, wird nach Produktion oder Reparatur auf einem Teststand demonstriert und zertifiziert.

Ein Senkrechtstarter kann auch dann erst senkrecht abheben, wenn der Schub größer als das Gewicht des Flugzeugs ist. Bei einem 17 Tonnen schweren Hawker Siddeley Harrier z.B. reichen die 200 kN aus seinem Triebwerk aus, um ihn einfach hochzudrücken.

Das zur Zeit (2006) leistungsstärkste Zivil-Triebwerk, ist das General Electric Triebwerk Typ GE90-115B mit 519 kN. Bei Testläufen erreichte es eine max. Schubkraft von 589 kN. Es wird für die Boeing 777-300ER verwendet.

Physikalische Grundlagen für den Schub am Strahltriebwerk

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Der Schub entsteht dadurch, dass dem eingesaugten Luftstrahl kinetische Energie zugeführt wird.

Wenn der Druckverlust, der durch die Schubdüse entsteht vernachlässigt werden kann, nennt man die Düse angepasst. Für den Netto-Schub eines Triebwerkes gilt dann:

$F\_\{N\}\; =\; \backslash dot\; m\_\{raus\}\backslash cdot\; c\_\{raus\}-\; \backslash dot\; m\_\{rein\}\; \backslash cdot\; c\_\{rein\}$

wobei sich der Massenstrom deswegen verändert, weil beispielsweise Treibstoff zugeführt wird, oder der Luftstrom in einen Haupt- und Nebenstrom geteilt wird; c steht für die Geschwindigkeit des Luftstroms.

Da die Triebwerksgondel einen Luftwiderstand D erzeugt (Der Luftwiderstand des Flugzeuges kann vernachlässigt werden), muss dieser vom Nettoschub abgezogen werden. Das bedeutet, dass zwei Flugzeuge unterschiedlichen Schub haben können, obwohl sie mit den gleichen Triebwerken ausgestattet sind (z.B. A350 und Boeing 787). Es gilt also

$F\; =\; F\_\{N\}\; -\; D$

Da Luft aber dünner wird, je höher man fliegt, nimmt auch der Massenstrom mit zunehmender Höhe ab. Man definiert also einen Triebwerksschub bei ISA-Bedingungen und sagt dann

$F\; =\; F\_\{ISA\}\; \backslash cdot\; \backslash left(\; \backslash frac\{\backslash rho\}\{\backslash rho\_\{ISA\}\}\; \backslash right)^\{0.85\}$

wobei die Luftdichte beispielsweise durch die Barometrische Höhenformel abgeschätzt werden kann.

Schub und Leistung

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Schub ist eine Kraft. Er lässt sich nicht ohne weiteres in Leistung umrechnen. Eine Düse auf einem Prüfstand bewegt sich nicht. Sie verrichtet keine Arbeit und auch keine (physikalische) Leistung. Ihr Leistungsvermögen wird deshalb durch die Kraft charakterisiert, die sie zu erzeugen vermag. Anders ein Propeller. Hier ergibt sich die Leistung unmittelbar aus der Drehbewegung des Propellers als Produkt aus Drehmoment und Drehzahl -- unabhängig davon, ob der Motor an einer raumfesten Position steht oder sich fortbewegt.

Die Leistung P ist mit der Kraft F und Fortbewegungs-Geschwindigkeit v verknüpft:

$P\; =\; F\; \backslash cdot\; v$

Der Umrechnungsfaktor v ist also keineswegs konstant. Nur wenn die Geschwindigkeit v gegeben ist, kann Schub in Leistung umgerechnet werden.

Beispiel 1

Bei einer Reisegeschwindigkeit von 950 km/h arbeiten die Triebwerke eines Verkehrsflugzeugs mit ca. 30% des Maximalschubs. Er liegt bei einer Boeing in der Größenordnung von 250 kN. Dann liefert das Triebwerk eine Leistung von ca.

$P\; =\; (950\; km/h\; \backslash cdot\; 250\; kN)\; /\; 3.6\; \backslash approx\; 66\; MW$

Dies entspricht ungefähr der Leistung von 90.000 PS, also etwa 1.000 PKW (auch Autos benötigen für unbeschleunigtes Fahren nur einen Teil ihrer Leistung).

Beispiel 2

Auf einen Fallschirmspringer wirkt die Erdanziehung. In freiem Fall erreicht er eine von seiner Körperhaltung abhängige Geschwindigkeit zwischen ca. 200 und 500 km/h. In diesem Beispiel gehen wir davon aus, er erreicht bedingt durch seine Körperhaltung eine Geschwindigkeit von 300 km/h ~ 80 m/s. Ist er 100 kg schwer, spürt er einen Schub von 1 kN und eine Leistung von 80 kW (110 PS).

Öffnet er den Schirm, verringert sich die Fallgeschwindigkeit auf 20 km/h ~ 5 m/s. Der Schub beträgt unverändert 1 kN, aber die Leistung reduziert sich auf 5 kW (7 PS).

Auf dem Boden angekommen, ist die Leistung 0 kW bei unvermindertem Schub.

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