Gibt es eine Chance für Dieselmotoren im Langstreckenflugzeugen?

[Whisky Foxtrott]

Gleiche Gleitzahl und gleiches Gewicht bedeutet bei halber Geschwindigkeit auch nur halb so viel Leistung (bei identischem Schub). Ich verstehe die Rechnung von Schorsch nicht ganz, aber irgendwo ist da ein Fehler.

Der Leistungsbedarf steigt bei Geschwindigkeitserhöhung im Quadrat.

 

[Doppelnik]

jain, wir gehen hier ja von einer gleichen Gleitzahl aus, daher ist der absolute Widerstand bei gleichem Gewicht auch gleich.

Wenn wir das langsame flugzeug mit den großen Flügeln bei gleichem Anstellwinkel und gleicher Flughöhe doppelt so schnell fliegen lassen würden, dann wäre der Widerstand 4x so hoch. Allerdings wäre der Auftrieb auch 4x so hoch und das Flugzeug würde solange steigen bis die Luftdichte nur noch 1/4 wäre. Hierbei wäre der Widerstand und die Gleitzahl wieder genausogut wie vorher.

 

[AIRBUG]

Interessante Diskussion.Danke an die Mitwirkenden.Ich sehe für Diesel über 500kW wenig Chancen in die Luft zu kommen.
Sehr hohes Gewicht und große Kräfte beim Anlassen und Abstellen des Triebwerks erfordern weiteres Mehrgewicht
Zellenseitig.
Getriebe notwendig.
Kühlung erforderlich.
Antriebe/Platzbedarf erforderlich für:PropRegler,Generator,Alternator,Starter,Einspritzpumpe.
Dann fehlen aber noch Systeme für Heizung/Druckkabine und Enteisung.

Wartungsaufwand im Verleich zu Pt-6 und PW120 geschätzt 5 bis 10 mal höher.

 

[Doppelnik]

ein Getriebe ist in vielen Fällen nicht notwendig, die Kräfte beim Anlassen oder Abstellen sind ziemlich vernachlässigbar und sinken mit zunehmender Zylinderzahl. Platzprobleme waren bei Flugmotoren selten ein ernsthaftes Problem, wenn dann ist es der Stirnquerschnitt.

Heizung ist denkbar einfach (zumindest bei Flüssiggekühlten), Die Turbolader können auch eine Druckkabine versorgen (alter Hut...) und für die Enteisung gibt es mehr als eine Möglichkeit. Auch Turboprops nutzen häufig Boots oder TKS, die funktionieren mit jedem Antrieb.

Die Wartungskosten einer Pt-6 im Vergleich zu einem CD-300 sind geschätzt auch 5 x höher, da sollte man nicht Äpfel mit Birnen vergleichen.

 

[AIRBUG]

Welches Triebwerk >500kW hat kein Getriebe?
Kräfte beim Anlassen sind für die Shockmounts mehr Belastung als ein 10 h Flug.
Wenns keine Platzprobleme gibt umso besser.Dann passen ja noch min eine Hydraulikpumpe pro Cowling mit rein.

Heizung ist schon beim Direkteinspritzer auf der Straße recht dünn.Mit genügend großen und vielen Turboladern kann man alles irgendwann aufpusten.

Auch Boots brauchen Luft.Wieder vom Turbolader?

Ich schrieb Wartungsaufwand.Nicht Wartungskosten.

 

[HB-IDF]

Wäre ein kleiner viermotoriger Airliner mit RED-Motoren in der 19-Sitzer-Klasse völlig abwegig? Wenn sich der Verbrauch bei 500 km/h gegenüber einem PTL-Muster durch den besseren Wirkungsgrad in etwa halbiert, dann könnten sich neue Perspektiven für den Regionalflugverkehr ergeben. Eine drastische Reisezeitverkürzung gegenüber Bahn oder Auto hätte man immer.

 

[Schorsch]

Gleiche Gleitzahl und gleiches Gewicht bedeutet bei halber Geschwindigkeit auch nur halb so viel Leistung (bei identischem Schub). Ich verstehe die Rechnung von Schorsch nicht ganz, aber irgendwo ist da ein Fehler.

Habe ich oben ja auch.
Rechne ich mit TSFC, dann steckt die Leistung quasi in diesem Kunstwert.

 

[Transporter]

genau in die Richtung hatte ich gedacht. Wobei mit entsprechendem Design des Gesamtflugzeugs (große Flügel ect.) für einen 19-Sitzer eben zwei RED´s genügen würden und für einen 50-Sitzer zwei gedachte 1000 kW-Diesel. In dem Zusammenhang fällt mir die respektable Flugleistung (Startstrecke und Zuladung) der wirklich schwach motorisierten BN Islander ein. Das Geheimnis sind 30m² Flügelfläche.

 

[Schorsch]

Interessante Diskussion.Danke an die Mitwirkenden.Ich sehe für Diesel über 500kW wenig Chancen in die Luft zu kommen.

Ich sehe das ähnlich. Vor allem wenn wir mal realistisch denken.
Einen Dieselmotor zu entwickeln ist teuer.
Vor allem, wenn dieser

• niedrigen Verbrauch
• lange Laufleistung
• geringes Gewicht

haben soll. Bei den Abgaswerten, speziell Stickoxiden, kann man es hingegen etwas schleifen lassen.
Daher wäre es sinnvoller, ein Flugzeug um den stärksten verfügbaren Motor herum zu erdenken.
Mit 4 dieser RED A03 Motoren davon wäre ich bei ~1500kW installierter Wellenleistung, kaum ausreichend für wirklich große Flugzeuge.

Für einen Flugmotor mit ca. 350 PS und Direktantrieb gehe ich von einem Leistungsgewicht von etwa 0,85 kg/kW aus (je nach Bilanzgrenze) mit der doppelten Leistung wären geschätzt 0,7 kg/kW möglich, bei einem Verbrauch von ca. 195 g/kwh (0,32 lb/hp/h)

Weniger als 1kg/kW ist noch nirgends beobachtet worden, hieße mal bummelig 15% weniger als heute. Dahinter steckt ein enormer technischer Aufwand, und erhebliches Risiko. Für den Verbrauch gilt irgendwo das gleiche.

 

[Doppelnik]

Nun, in einer Sache sind wir uns ja anscheinend einig, es gibt eine (weiche) Leistungsgrenze nach oben und wir werden keinen A380 Nachfolger mit Dieselmotoren sehen. Ich denke, es wird eher höher liegen als 500 KW aber sicher nicht bei 5000 kW.

Zum Leistungsgewicht, da weiß ich schon sehr genau wovon ich rede, bzw. nicht reden werde. Ein Verbrauch von ca. 195 g/kwh ist für einen Dieselmotor mit ca. 2200 - 2500 U/min (Direktantrieb) ein ganz normaler Wert, die PD Diesel von VW lagen bei 192 g/kwh, LKW Motoren liegen bei ca. 186 g/kwh. Mit einem Hochdrehzahlkonzept und Getriebe liegt man natürlich deutlich höher und muss außerdem eine recht niedrige Lebensdauer in Kauf nehmen.

Edit:

@AIRBUG Der Luftbedarf von Boots ist fast vernachlässigbar, selbt bei größeren FLugzeugen wird man kaum über 1 KW kommen...

Die Auslastung bei einem Flugmotor ist viel höher als bei einem PKW Motor, daher ist die Heizleistung kein Problem. Davon abgesehen, bei einer Druckkabine muss die Luft von den Turbos gekühlt werden, weil sie sonst viel zu heiß für die Belüftung ist.

Der Wartungsaufwand sollte mit LKW Motoren vergleichbar sein, die Laufen i.d.R. 150.000 km durch zwischen den Inspektionen

 

[HB-IDF]

@Transporter: Bei nur zwei Motoren müsste man evtl. mit Wassereinspritzung o.ä. für eine ausreichende Leistungsreserve sorgen, falls beim Start ein Motor ausfällt. Alles nicht neu, aber natürlich fügt es der ganzen Geschichte wieder mehr Komplexität zu.

Wassereinspritzung könnte auch zur Schadstoffminderung genutzt werden. Beim Stichwort Diesel hätte man heute unweigerlich eine Emissionsdiskussion, die durch Hinweis auf den geringen Energieverbrauch noch nicht verschwindet.

 

[Transporter]

Wenn ich bedenke, wie komplex Systeme schon in PKW-Motoren allein zur Emmissionsreduzierung sind, wäre eine Wassereinspritzung vielleicht auch nur eine von vielen "relativ" kleinen Herausforderungen (hierzu kann ich nichts detailliertes beitragen).
Die Startleistung mit nur einem Motor muss natürlich berücksichtigt werden, wird aber ebenfalls durch ein entsprechendes Design mit hohem Auftrieb (geringerer Leistungsbedarf) und ausreichend Leitwerkhebelarm entschärft. Flugzeuge mit hoher Flächenbelastung fordern da höhere Schubreserven des verbleibenden Triebwerks.

Ist Stickoxid nicht auch bei der Entwicklung der Brennkammern von Turbinen immer ein Thema?

 

[Doppelnik]

Eine Wassereinspritzung bringt bei Dieseln keine nennenswerte Leistungssteigerung und alleine für eine Emissionsreduzierung ist das Mehrgewicht unvertretbar.

Stickoxide sind natürlich auch bei Turbinen ein großes Thema, generell ist es so, das Turbinen davon m.W. weniger produzieren, dafür ist aber die Abgasnachbahndlung aufgrund des großen Luftstroms und der Empfindlichkeit gegenüber einem Abgasgegendruck nahezu unmöglich.

Dieselmotoren bieten konstruktiv die Voraussetzungen daraus hoch effektive Gasmotorvarianten abzuleiten, damit ebnet man den Weg zu Methan oder Ammoniak als Treibstoff.

 

[AIRBUG]

Edit:

@AIRBUG Der Luftbedarf von Boots ist fast vernachlässigbar, selbt bei größeren FLugzeugen wird man kaum über 1 KW kommen...

Die Auslastung bei einem Flugmotor ist viel höher als bei einem PKW Motor, daher ist die Heizleistung kein Problem. Davon abgesehen, bei einer Druckkabine muss die Luft von den Turbos gekühlt werden, weil sie sonst viel zu heiß für die Belüftung ist.

Der Wartungsaufwand sollte mit LKW Motoren vergleichbar sein, die Laufen i.d.R. 150.000 km durch zwischen den Inspektionen

Um die Boots einer ATR im Hangar zu fahren braucht man einen Kompressor von min 2kW.
Das wird im Flug auf FL 250 wohl nicht weniger sein.
Dann braucht es noch Energie für die Box und diverse Ventile.Diese werden im Flug auch noch elektrisch beheizt.

Luft für die Klimaanlage muss immer gekühlt werden.Egal ob Dreamliner,Steinzeit Bleed oder Urzeit Turbo.
Die Druckkabine der mir bekannten Flieger mit Turbos schaffen einen max diff press von 5 psi.

Wenn der LKW Diesel 150tkm ohne Wartung schafft,entspricht das mehr Laufzeit als alle Flugdiesel an TBO haben.
Diese müssen alle 100h zur Wartung.Das ist bei kommerzieller Nutzung unakzeptabel.

 

[HB-IDF]

Wenn man sich die Celera 500L näher anschaut, dann fällt es zumindest mir nicht so leicht, sich eine hochskalierte Version mit mehr als zwei Motoren vorzustellen. Zwei Motoren ließen sich vllt noch im Heck einer großen Version unterbringen, und auf zwei gegenläufige, hintereinander liegende Props kuppeln, ähnlich wie seinerzeit beim Double Mamba-Triebwerk der Fairey Gannet (wo das alles in der Bugspitze zusammengefasst war).
Aber sobald man zusätzliche Motorgondeln und Rotoren an die Tragflächen montiert, oder in die Bugnase, weicht man vom besonders strömungsgünstigen Konzept der Celera 500L ab. Wie überlegen sie dann noch gegenüber einem herkömmlichen Entwurf mit normalen Motorgondeln an den Tragflächen wäre, kann ich nicht beurteilen.

Ein Entwicklungsrisiko wäre es bestimmt. Wie man "baden gehen" kann mit einer Mehrmotoren-Konstruktion im Heck, die über komplizierte Kraftübertragungen auf die Propeller wirkt, hat damals das Projekt von Heiko Teegen gezeigt, bei dem unvorhergesehene Probleme auftraten, die bis zum Erstflug nicht erkannt wurden.

Ein kleiner Airliner, der das Grundkonzept der DeHavilland Dove und Heron in die Gegenwart überträgt, allerdings mit Druckkabine und WC, mag da etwas weniger leistungsstark, aber risikoärmer sein. (Übrigens fand ich es bei meinem einzigen Flug mit der Dove - die Heron habe ich leider nicht erlebt - beeindruckend, wie ruhig diese britischen Reihenmotoren liefen, und wie entspannt dadurch das Flugerlebnis in der kleinen, aber hellen und bequemen Kabine war, trotz der Kolbenmotoren). Würden zwei oder vier Diesel in Tragflächengondeln so ruhig und verlässlich vor sich hin brummeln wie ein VW TDI bei 130 km/h auf der Autobahn, könnte man mit so einer Maschine bis ans Ende der Welt fliegen.

 

[Transporter]

Das ganze Konzept der Celera basiert auf laminarer Strömung. Gondeln wären da "tödlich". Und doch zeigt es, dass ein Dieselmotor dazu gehört, um die geringen Verbrauchwerte zu erreichen.

Turboprops hatten gegenüber Benzinmotoren den Vorteil langer Wartungsintervalle und des Verhältnisses Leistung/Gewicht. Zudem war Kerosin immer schon billiger als Avgas. Gegenüber modernen Dieseln schwinden diese Vorteile. Die Wartungskosten des Diesels dürften nicht höher liegen als bei einer PTL und der Nachteil des Verhältnisses Leistung/Gewicht wird durch die halb so große Kraftstoffmasse mehr als kompensiert. Unterm Strich bleibt der Vorteil des Diesel: ein fast halbierter Verbrauch.
Wenn man nur eine etwas reduzierte Geschwindigkeit akzeptieren würde, stelle ich mir einen Hochdecker, um den Propellerdurchmesser nochmals zu vergrößern und damit nicht nur effizienter zu sein, sondern auch besonders geräuscharm.

 

[Doppelnik]

@AIRBUG Wir diskutieren hier, wo bei Flugdieseln die Leistungsgrenze nach oben liegt, bei der Frage spielt es keine Rolle ob die Boots nun 2 KW, 4 KW oder 8 KW benötigen, die wird ein Flugdiesel mit 500 + X PS locker aufbringen.

Zur Druckkabine hatte ich an anderer Stelle schon deutlich mehr geschrieben. Dieselmotoren werden üblicherweise mit einem sehr viel höheren Ladedruck betrieben als Benzinmotoren (2-4 bar abs.), damit bekommst Du jede Kabine zum platzen.... Ich hatte für ein Flugzeug mit 6 Personen und maximaler Komfortluftmenge und einen Motor mit ca. 350 PS (bin zu faul zum suchen) errechnet, dass etwa 15 % der Luftmenge des Turbos für die Belüftung benötigt werden. Hierbei hatte ich mir überlegt, dass man die Luft zur Belüftung bei einer mehrstufigen Aufladung hinter dem ersten Turbo entnimmt, einmal durch die Kabine leitet und dann mittels Venturi stromab der Entnahmestelle wieder zuführt. Bei Frachtfliegern (die hier ja im Mittelpunkt stehen) ist dies onehin unkritisch, aber mit der Methode kann man auch sehr große Luftmengen ohne viel Leistungsaufwand bereitstellen.

Ob man die Luft aus einem Verdichter eines Turboprops kühlt oder von einem Turbolader spielt keine Rollle, nur heizen kann man auch durch weniger kühlen...

Der LKW Motor ist nur ein Beispiel, wie wenig Wartung möglich sein kann, auch bei einem niedrig drehenden Flugmotor wird man sicher nicht ganz auf diese werte kommen. LKW Motoren haben beispielsweise riesige Ölwannen um die Wechselintervalle zu verlängern, das wird man sich aus Gewichtsgründen nicht antuen. Die Wartungsarbeiten sind aber nicht sehr umfangreich, man wechselt das Öl und die Filter und ließt den Fehlerspeicher aus. Dazu reinigt man sicher noch die Kühler und schickt den LKW wieder auf die Reise. Während der Lebensdauer eines optimalen Flugmotors (ich gehe von rund 4000 h aus), wird man allerdings mindestens einmal die Düsen tauschen und evtl. auch die Turbolader (je nach Bauweise).

 

[Schorsch]

Das ganze Konzept der Celera basiert auf laminarer Strömung. Gondeln wären da "tödlich". Und doch zeigt es, dass ein Dieselmotor dazu gehört, um die geringen Verbrauchwerte zu erreichen.

Turboprops hatten gegenüber Benzinmotoren den Vorteil langer Wartungsintervalle und des Verhältnisses Leistung/Gewicht. Zudem war Kerosin immer schon billiger als Avgas. Gegenüber modernen Dieseln schwinden diese Vorteile. Die Wartungskosten des Diesels dürften nicht höher liegen als bei einer PTL und der Nachteil des Verhältnisses Leistung/Gewicht wird durch die halb so große Kraftstoffmasse mehr als kompensiert. Unterm Strich bleibt der Vorteil des Diesel: ein fast halbierter Verbrauch.
Wenn man nur eine etwas reduzierte Geschwindigkeit akzeptieren würde, stelle ich mir einen Hochdecker, um den Propellerdurchmesser nochmals zu vergrößern und damit nicht nur effizienter zu sein, sondern auch besonders geräuscharm.

Der Vorteil des Diesels besteht vor allem gegenüber den PTLs niedriger Leistungen. Ein PT6A hat eben .35kg/kWh bei einigen Modellen.
Mal zum Vergleich: für das TP400 werden Verbräuche um .21kg/kWh im Reiseflug angegeben.
Man muss natürlich die 8MW Leistung natürlich auch brauchen.

 

[HoHun]

Mon

Der Vorteil des Diesels besteht vor allem gegenüber den PTLs niedriger Leistungen. Ein PT6A hat eben .35kg/kWh bei einigen Modellen.
Mal zum Vergleich: für das TP400 werden Verbräuche um .21kg/kWh im Reiseflug angegeben.
Man muss natürlich die 8MW Leistung natürlich auch brauchen.

Die 210 g/kWh werden aber nicht bei 8 MW Leistungsabgabe erreicht, oder?

Ich dachte, Propellerturbinen seien im Teillastbereich nicht so effizient ... beim bereits erwähnten Double Mamba wurde deswegen im Reiseflug ja gern das "halbe" Triebwerk stillgelegt (bei der Fairey Gannet).

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[Doppelnik]

Der beste Verbrauch wird i.d.R. bei der höchstmöglichen Leistung in der höchstmöglichen Höhe erreicht. Das Kennfeld von offenen Gasturbinen ist sehr schmal und kleine Abweichungen bringen erhebliche Verbrauchsverschlechterungen mit sich, daher ist ein Dieselmotor in einem breiten Einsatzspektrum deutlich sparsamer.