Optimaler Höhenbereich früher Düsentriebwerke

[HolgerXX]

Hallo zusammen,

für Folgendes bräuchte ich eine zitierfähige Quelle: die frühen Düsentriebwerke funktionierten in besonders großer wie in besonders niedriger Höhe nicht optimal.

Für eine gewisse Zeit konnten also Kolbenmotorflugzeuge für besondere Höhen oder Tiefflüge von Jets (noch) nicht verdrängt werden.

Von Gersdorff & al. hilft hier leider nicht weiter. Vielen Dank für Antworten!

Grüße, Holger

 

[78587?]

Die Physik hat sich nicht geändert, das ist heute immer noch so:
(2) Strahltriebwerke, Leistungskurve über Geschwindigkeit? (flugzeugforum.de)

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[HoHun]

Moin!

für Folgendes bräuchte ich eine zitierfähige Quelle: die frühen Düsentriebwerke funktionierten in besonders großer wie in besonders niedriger Höhe nicht optimal.

Für eine gewisse Zeit konnten also Kolbenmotorflugzeuge für besondere Höhen oder Tiefflüge von Jets (noch) nicht verdrängt werden.

Tja, das hängt so ein bißchen davon ab, für welche Einsatzzwecke die Flugzeuge gedacht waren. Die Ursprünge der He 162 lagen in einer taktischen Forderung für einen Jäger zur Tiefflieger-Bekämpfung. Die Düsentriebwerke funktionierten in geringer Höhe sehr gut, aber ihr Treibstoffverbrauch war sehr hoch ... das wäre eine gewisse Einschränkung ihrer Nützlichkeit.

Und dann wäre die Frage, an was Du bei "besonder großer Höhe" denkst. Die zeitgenössische Rechenscheibe für die Me 262 reicht bis in 12 km Höhe und zeigt, daß die Me 262 ihre besten Leistungs- und Reichweiten-Werte eigentlich auf 12 km Höhe erreichte.

Allerdings war in großer Höhe bei den frühen deutschen Düsentriebwerken der Betriebsbereich relativ klein. In Reinhard Müller, "Junkers Flugtriebwerke", ist auf S. 243 angedeutet, welche Einschränkungen es in großen Flughöhen gab: Selbst im Leerlauf konnten 7000 U/min, evtl. sogar 8000 U/min erreicht werden, während die höchste Dauerleistung bei 8400 U/min erzielt wurde. Das Triebwerk war also schlecht regelbar, zumal das "Regelsystem für mittlere Höhen auslegt [war und] damit Flammabriß zu erwarten" war (wenn man weiter drosselte). Auch, wenn das Triebwerk unterhalb der Leerlaufdrehzahl weiterlief, konnte es überhitzen und Schaden davontragen.

Im Prinzip mußte man also die Triebwerke auf eine ziemlich hohe Leistung einstellen und dann am besten den Leistungshebel nicht mehr anfassen, solange man in großer Höhe unterwegs war. Das stellt natürlich einen gewissen Nachteil dar ... Formationsflug wird da da schwierig (wobei der auch mit den damaligen Kolbenmotorjägern in 12 km Höhe wahrscheinlich auch nicht ganz einfach gewesen wäre).

Zufällig habe ich gerade hier gelesen, daß die Hortens davon ausgingen, daß der Jumo 004 über 12 km nicht laufen würde: Farnborough_05

Vielleicht könnte man präzisere Aussagen machen, wenn man den spezifischen Kontext Deiner Aussage kennen würde. Messerschmitt hat ja zum Beispiel für die Weiterführung der Me 209 argumentiert, indem er auf die mangelnde Leistung der Düsentriebwerke in großer Höhe hinwies ...

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[HolgerXX]

Erst mal danke. Für die große Höhe könnte ich, gestützt auf R. Müller, Regelungsprobleme geltend machen. Für die niedrige Höhe den Treibstoffverbrauch. Da habe ich bereits ein halbgares Zitat, aber es wäre noch besser, wenn ein verlässlicher Autor etwas in der Richtung niedergelgt hätte.

Weiter vielen Dank, und Grüße,
Holger

 

[HoHun]

Moin!

Erst mal danke. Für die große Höhe könnte ich, gestützt auf R. Müller, Regelungsprobleme geltend machen. Für die niedrige Höhe den Treibstoffverbrauch. Da habe ich bereits ein halbgares Zitat, aber es wäre noch besser, wenn ein verlässlicher Autor etwas in der Richtung niedergelgt hätte.

In "Aerodynamics for Naval Aviators" ist auf S. 166 eine relativ kompakte Beschreibung, welchen Einfluß die Flughöhe auf die Reichweite hat (bei Düsentriebwerken allgemein).

Konkret fürs Jumo 004 kannst Du es bei Reinhard Müller dem Diagramm auf S. 246 entnehmen: Bei 800 km/h in Meereshöhe ist der spezifische Verbrauch bei 800 km/h ca. 1,95 kg/(kp*h) bei 760 kp, also 1482 kg/h. Bei der gleichen Geschwindigkeit in 10 km Höhe sind es ca. 1,67 kg/(kp*h) bei 300 kp, also nur 501 kg/h.

Da die Geschwindigkeit größter Reichweite aber mit der Höhe zunimmt, wird man in niedriger Höhe nicht so schnell fliegen wollen wie in großer Höhe. Wenn man aber das Triebwerk drosselt, ändert sich sein spezifischer Verbrauch. Die Zusammenhäng sind etwas unübersichtlich, daher wurde für die Me 262 eine Rechenscheibe herausgegeben, die im Prinzip eine große Tabelle mit den entsprechenden Zahlen darstellt.



Die wurde vor Jahren mal auf der Seite cockpitinstrumente.de veröffentlicht ... ich meine, ich habe so eine Scheibe auch in einer Vitrine in Hannover-Laatzen entdeckt. Es ist zwar nur eine Spalte auf jeder Seite zu sehen, aber die sagt schon ziemlich viel. Ich habe die Scheibe mal in Grafiken umgesetzt ... durch die Rundung, die die Rechenscheibe an den Zahlen vorgenommen hat, sind die Kurven etwas krakelig, aber ich habe sie getreu abgebildet :-)

Hier ist erstmal der Treibstoffdurchfluß unter verschiedenen Bedingungen:



Hier die zugehörige Flugdauer:



Und die Reichweite:



Und hier die zugrundeliegenden Geschwindigkeiten:



Da gibt's also keine Höhe, bis zu der oder ab der die Me 262 irgendwie schlagartig ungünstig wäre ... alle Charakteristika haben einen gleichmäßigen Verlauf über die Flughöhe.

Deshalb könnte es auch schwierig werden, ein kompaktes Zitat zu finden, wo jemand sagt, daß ein Düsenflugzeug für bestimmte Höhen nicht geeignet ist (außer, wenn wir über 12 km und mehr sprechen ... die Blohm und Voss BV 155 hatte da schon eine gewisse Berechtigung, aus technisch-taktischer Sicht).

Grundsätzlich ist ein Düsenjäger auch heute noch um so glücklicher, je höher er fliegen darf (bis irgendwo kurz unter Gipfelhöhe).

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[HoHun]

Moin!

Da gibt's also keine Höhe, bis zu der oder ab der die Me 262 irgendwie schlagartig ungünstig wäre ... alle Charakteristika haben einen gleichmäßigen Verlauf über die Flughöhe.

Da ich im letzten Beitrag ans Bilderlimit gestoßen bin: Hier der Vollständigkeit halber noch ein Vergleich der Me 262 mit anderen frühen Düsenjägern, die teilweise etwas andere Einschränkungen hatten ... grundsätzlich sind ihre Charakteristika aber ähnlich.



Das Triebwerk der Vampire scheint etwas günstigere Höheneigenschaften zu haben, aber ab ca. 8 km Höhe muß wegen des Mach-Limits der Zelle gedrosselt werden. Beim Meteor III ist ab ca. 9 km die Leistung aufgrund von Kompressilibitätseffekten im Lufteinlauf limitiert. Ich nehme an, für Reichweite und Flugdauer hat das aber keine große Auswirkungen.

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[78587?]

Auch, wenn das Triebwerk unterhalb der Leerlaufdrehzahl weiterlief, konnte es überhitzen und Schaden davontragen.

Meist ist es ja so, dass Leerlaufdrehzahl und Selbsterhaltungsdrehzahl dicht bei einander liegen. Viel weiter runter mit der Drehzahl dürfte meist nicht gehen. Dem entgegen steht wieder der Restschub, der bei der Leerlaufdrehzahl auch ansteht. Den möchte man ja bei der Landung, und beim taxieren am Boden möglichst niedrig haben, ganz weg ist der ja nie.
.

 

[HolgerXX]

Erst mal wieder vielen Dank für die Beiträge!

Was die Höhe angeht: natürlich geht es um mehr als 12 km. Die Jagdflugzeuge der damaligen Zeit stießen nach und nach in diese Bereiche vor.

Was die Bodenleistung angeht: es wäre wünschenswert, wenn es eine Schrift gäbe, die die Leistungen geeigneterweise der Me 262 mit der gängiger Kolbenmotorjäger vergleicht, etwa in der Art der Diagramme, wie sie Henning vorgelegt hat.

Grüße, Holger

 

[HoHun]

Moin!

Was die Bodenleistung angeht: es wäre wünschenswert, wenn es eine Schrift gäbe, die die Leistungen geeigneterweise der Me 262 mit der gängiger Kolbenmotorjäger vergleicht, etwa in der Art der Diagramme, wie sie Henning vorgelegt hat.

Diagramme, in denen sowohl die Me 262 als auch Kolbenmotorjäger eingezeichnet sind, habe ich in der Literatur noch nicht gesehen (soweit ich mich erinnere). Die Kurve der Me 262 in meinem Diagramm findet sich in Radinger/Schick, "Me 262" ... Du könntest sie höchstens selbst mit einer Kolbenmotorjägerkurve aus einer andere Quelle vergleichen.

Aus Dan Sharps "Messerschmitt Me 262 Development & Politics" - er zitiert A.D.I.(K) Report No. 323/1945, der auf Interviews mit deutschen Piloten beruht:

Zum Höhenflug:

- "Altitudes as high as 38,500 feet habe been reached the Me 262 in test flights, but the operational ceiling for formations of Me 262s was set at 30,000 feet by Generalleutnant Galland, because of the difficulty of holding formation at higher altitudes and because of the possibility of the jet units cutting out at altitudes above 30,000 feet."

D. h. Galland hielt Einsatzhöhen über 9 km nicht für taktisch sinnvoll. Ich habe allerdings keine Aussagen darüber gelesen, in welchen Höhen Formationsflug mit Kolbenmotorjägern noch taktisch sinnvoll möglich war, so daß der Vergleich fehlt.

Zum Tiefflug:

• "The Me 262 flies at low altitudes with much greater speed than any ordinary fighter, speeds of 750 km/h being attainable at an altitude of 100 metres."
• "The speed advantage of the Me 262 over ordinary aircraft is most marked at low levels, and in addition the fighter-bombers were slowed down by armour and bombs. The speed of the German formation enabled it to fly low so as to sight Allied fighter-bombers silhouetted against higher clouds, and then to climb and attack from beneath, a tactic not feasible for conventional fighters."
• "The high speed of the aircraft made it possible for it to function [as fighter bomber] at low altitudes despite prevalent Allied air superiority."

D. h. die Leistungen der Me 262 waren im niedriger Höhe ausgezeichnet. Der hohe Treibstoffverbrauch ist aus dem Diagramm in v. Gersdorff et al., S. 263 ersichtlich.

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[HolgerXX]

Das Diagramm auf S. 263 bei v. Gersdorff et al. habe ich mir jetzt mal angeschaut. Auf S. 161 gibt es etwas Ähnliches für den Jumo 213. Wenn ich das richtig ablesen kann, liegt die optimale Geschwindigkeit beim Jumo 004 in Meereshöhe bei etwa 580 km/h. Dazu liefert das Triebwerk einen Schub von etwas über 760 kp.
Während bei den Düsentriebwerken der Verbrauch mit der Höhe anscheinend immer besser wird, so wird er beim Kolbenmotor dagegen immer schlechter. Jedoch ist er vergleichsweise in der absoluten Zahl niedrig.
Nehmen wir mal den spezifischen Verbrauch des Jumo 004 mit 1,26 kg/Kp*h an. Dann verbraucht ein optimal geflogener Jumo 004 etwa 961 kg Kraftstoff pro Stunde.
Der Reisevebrauch des Jumo 213 liegt bei etwas über 200 g/PS*h, bei DB 603 sind es 205 g/PS*h. Als Reiseleistung setzen wir 1.600 PS. Pro Stunde verbraucht der Jumo 213 also 328 kg Kraftstoff pro Stunde.
Verwendet man die spezifischen Gewichte, schluckt der Jumo 004 also etwa 812 l Diesel pro Stunde, beim Jumo 213 sind es 254 l Benzin.

Der Unterschied ist schon eine richtige Hausnummer. Sollte ich verständnis- oder rechnungsmäßig mal wieder daneben gehauen haben, bitte ich höflich um Mitteilung.

Grüße, Holger

 

[HoHun]

Moin Holger,

Wenn ich das richtig ablesen kann, liegt die optimale Geschwindigkeit beim Jumo 004 in Meereshöhe bei etwa 580 km/h. Dazu liefert das Triebwerk einen Schub von etwas über 760 kp.

Optimal nach welchem Kriterium? Wenn es z. B. um die größte Flugdauer geht, ist die Geschwindigkeit optimal, bei der der geringste Treibstofffluß noch den nötigen Schub zum Fliegen bringt. Das wären nach der Rechenscheibe oben 350 km/h in 0 km. Für die größte Reichweite wären es 500 km/h in 0 km (größtes Verhältnis von Geschwindigkeit zu Treibstofffluß).

Während bei den Düsentriebwerken der Verbrauch mit der Höhe anscheinend immer besser wird, so wird er beim Kolbenmotor dagegen immer schlechter. Jedoch ist er vergleichsweise in der absoluten Zahl niedrig.

Ja, das liegt unter anderem daran, daß beim aufgeladenen Kolbenmotor mit zunehmender Höhe der Lader einen immer größeren Teil der erzeugten Leistung schluckt.

Verwendet man die spezifischen Gewichte, schluckt der Jumo 004 also etwa 812 l Diesel pro Stunde, beim Jumo 213 sind es 254 l Benzin.

Nach Rechenscheibe sind es bei 500 km/h in 0 km etwa 1730 L/h für die Me 262 mit 2 Jumo 004, also paßt das etwa.

Die Reiseleistung ist laut Diagramm auf S. 161 aber nur 1080 PS in 0 km Höhe (plus ein bißchen Abgasstrahlschub) ... bei 0,75 kg/L komme ich da auf etwa 290 L/h.

(Ich habe leider keine Geschwindigkeitsdaten für die Fw 190D-9 bei dieser Leistungsstufe gefunden.)

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[GorBO]

Der Unterschied ist schon eine richtige Hausnummer

Aber eigentlich keine Überraschung! Vergleicht man moderne Wellenleistungsturbinen mit Kolbenmotoren kommt man auf ähnliche Werte. Und die kann man prima vergleichen, schließlich liefern beide Leistung auf eine Welle.
Wenn ich das Triebwerk in unserem Hubschrauber betrachte, verbraucht es bei Dauerleistung ca. 130kg/h also ca. 160l/h. Dabei gibt es ca. 500PS auf die Welle ab. Maximal kann das Triebwerk aber 1.000PS leisten. Zwar nur 30s, aber das ist trotzdem die installierte Leistung.
Nehme ich einen Kolbenmotor der 500PS dauerhaft liefert bspw. den niegelnagelneunen RED A03 (nur 460PS), kommt der lt. Wikipedia auf einen Verbrauch von 70kg/h also nur gut der Hälfte der Wellenturbine.
Bedenkt man, dass Kolbenmotoren in den 1940ern auf dem Gipfel der Ausgereiftheit waren und Turbinentriebwerke in den Kinderschuhen steckten und noch deutlichen Effizienzgewinne zu erwarten waren, wirkt der dreifache Verbrauch des Jumo 004 im Vergleich zum 213 völig normal.

Der RED wiegt im Übrigen mehr als doppelt so viel (360kg zu 130kg) wie unser Triebwerk und hat keine so ausgeprägte kurzzeitige Spitzenleistung. Was den Einbau von Wellenleistungsturbinen in größeren Hubschraubern erklärt.

 

[HolgerXX]

Hallo Henning,

Optimal nach welchem Kriterium?

es geht darum, den (in der Realität verpassten) Höhenjäger als solchen zu motivieren, und zwar als Kolbenmotorjäger, da die Düsentriebwerke eben nicht jeden Höhenbereich optimal abdecken. Man kommt dabei, wenn man die Wirkungsweise der Düsentriebwerke betrachtet, dadurch automatisch auch auf den "Tiefenjäger", der den Düsenjäger in der geringen Höhe ergänzt, da er in der Reichweite um einiges besser ist. Wie gesagt hatte ich da bereits ein Zitat, das ohne ein wenig ingenieurwissenschaftlichen Hintergrund nicht wirklich verständlich ist.
Mit Deiner Hilfe kann ich das jetzt unterlegen. Besten Dank dafür!

Grüße, Holger