Otto Celera 500L- einmotoriges Mehrzweckflugzeug mit Dieselmotor

Diskutiere Otto Celera 500L- einmotoriges Mehrzweckflugzeug mit Dieselmotor im Luftfahrzeuge allgemein Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Der Trick liegt in der mehrstufigen Aufladung, siehe Turbonormalising...
Doppelnik

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Also den Motor in allen Lastfällen bei Flughöhen über 3500m NN mit konstant ca. 0,7 bar absolut Ansaugdruck betreiben...........................
Der Trick liegt in der mehrstufigen Aufladung, siehe Turbonormalising...
 
innwolf

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8500m wegen Wetter, fast immer oberhalb schwerer Vereisung und im Sommer der CBs, die wenigen die höher sind lassen sich umfliegen.
 
HoHun

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Moin!

Ich habe mal ein bißchen gerechnet. Das ist eher als Überschlagsrechnung zu sehen, da man bei einer "extremen" Ausrichtung, wie sie bei der Otto Celera zu erkennen ist, sicher ein bißchen abseits der Erfahrungswerte operiert.

Außerdem habe ich Fluggewicht und Abmessungen einfach mal geschätzt.

Ausgangspunkt für die Leistungsberechnung ist eine beste Gleitzahl (ohne Propeller) von ca. 24 in 8 km Flughöhe. (Otto gibt ca. 22 an, aber ich gehe davon aus, dass das den Propeller in Segelstellung beinhaltet.)

Bei maximaler Dauerleistung in der Höhe von 25000 ft, für die der Motor derzeit zertifiziert ist, komme ich auf eine Fluggeschwindigkeit von 440 km/h.

Anders als beim Jet liegt aber die sparsamste Reisegeschwindigkeit bei einer Propellermaschine meist knapp über der Geschwindigkeit für das Auftrieb-zu-Widerstandsoptimum, und damit meist bei recht langsamen Geschwindigkeiten. Auch der Dieselmotor wird seine beste spezifische Leistung eher nicht bei maximaler Dauerleistung erreichen.

Wenn man höher fliegt, ist man unter sonst gleichen Bedingungen auch schneller unterwegs. Ich habe dem Motor mal eine Volldruckhöhe von 11 km zugestanden - dort komme ich dann auf 480 km/h bei maximaler Dauerleistung.



Wie gesagt, alles über den ganz breiten Daumen gepeilt und ohne jeden Anspruch auf Realitätstreue ... aber es liegt doch auffällig weit weg von den Werten, die Otto auf der Firmenwebseite angibt.

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
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Doppelnik

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Ich rechne mal grob ne Zweistufige Turboaufladung für 13.000 m Höhe, weil ich hierfür grade eine Tabelle mit den Daten gefunden habe:

https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/begriffe/S/Standardatmosphaere_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3

Ich davon aus, dass der Niederdruckturbo die Umgebungsluft auf 0,8 bar (abs.) verdichtet (entsprechend etwa 2000 Höhenmetern), wodurch eine einfache Kabinenbelüftung möglich wäre und der Hochdruckturbo die Luft weiterverdichtet auf 3 bar. Der Niederdruckturbo hätte hierbei ein Druckverhältnis von etwa 4,85 und der Hochdruckturbo eins von 3,75. Da es ein relativ großer Motor mit einem engen Betriebsbereich ist, nehme ich für Verdichter und Turbine einen Isentropenwirkungsgrad von 0,82 an mit einer Abgastemperatur Eintritt der Hochdruckturbine von 900°C (=1173 K). Aus Faulheit berücksichtige ich nicht das unterschiedliche Kappa (zu optimisitsch) und auch nicht den größeren Massenstrom auf der Abgasseite (zu pessimistisch) in der Hoffnung dass sich das irgendwie ausgleicht… Ansaugdruck und Abgasgegendruck nehm ich in der 1. Iteration als gleich an. In der Hochdruckturbine kühlt ich das Gas von 1173 K auf 853 K ab (Delta 319 K). In der Niederdruckturbine kühlt sich das Gas von 853 K auf 581 K (Delta 271 K) ab. Der Niederdruckverdichter saugt die Luft mit -56,5 °C an (216,5) und erwärmt die Luft durch die Verdichtung auf 366,5 K (Delta 150 K) => mehr als ausreichend Leistungsreserve vorhanden.

Die Luft ist nach der ersten Verdichtungsstufe 93,5°C heiß, diese kühlen wir mit der eiskalten Umgebungsluft auf einfach mal angenommene 10°C, das ermöglicht kleine Ladeluftkühler (mit Meredith Effekt?). Von den angenommenen 283 K würde der Hochdruckverdichter die Luft auf 440 K erwärmen (Delta157 K) => mehr als ausreichend Leistungsreserve vorhanden.

Auch bei 13.000 m Flughöhe könnte ein zweistufig aufgeladener Dieselmotor also noch problemlos die volle Leistung bringen wobei die überschüssige Leistung der Turbolader für einen höheren Restdruck und den Betrieb einer Schubdüse genutzt werden können (so wie es vor der Celera auch bei dem Grob Höhenaufklärer gemacht wurde). Ich meine bei dem Grob Höhenaufklärer hat der Abgasschub 20% des gesamten Vortriebs ausgemacht, bei Jagdflugzeugen im 2.WK waren es in großen Höhen auch schon mal 15%.

Die Kabine könnte im Durchlauf belüftet werden (Luftentnahme und wieder Zuführung zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter).
Auch wenn ich Zweifel an den offiziellen Angaben habe, halte ich doch eine größere Flughöhe und höhere Geschwindigkeiten für realistisch (vorausgesetzt die Gleitzahl stimmt, aber davon versteh ich zu wenig).

Bislang hat der Motor keine zweistufige Aufladung und ist damit auch noch nicht zertifiziert, aber dies ist sicher ein lösbares Problem.
 
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mal was anderes zu dem Thema, mit laminarer Umströmung, Heckmotor und Propeller sollte es extrem leise in der Kabine sein, jedenfalls wenn man die Schottwand zum Motor gut isoliert. Viel Platz, wenig Lärm und hoffentlich ein paar Fenster würden den Flieger schon sehr angenehm zum Reisen machen....
 
innwolf

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Die Kabine könnte im Durchlauf belüftet werden (Luftentnahme und wieder Zuführung zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter).
Hoppla, der Luftstrom durch die Kabine erleidet ein Druckgefälle, der kann dann NICHT an der Stelle nach dem Niederdruckverdichter wieder in den Kreislauf eingespeist werden.

Stattdessen eine Stufe vorher in den Niederdruckverdichter, der Luftmassenstrom ist großgenug um Mischluft in der Kabine zu haben.

Oder nach aussen abblaen. Wieviel Volumenstrom braucht man in der Kabine, welcher Leistungsverlust bedeutet das nach aussen abblasen?
 
Doppelnik

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Mit einem Venturi geht das sehr wohl, um die Luft durch die Kabine zu pusten benötigt man nur eine sehr geringen Druckdifferenz.

Zur Veranschaulichung, bei 250 km/h gib es, wenn ich es richtig in Erinnerung habe, einen Staudruck von 0,02 bar, das reicht erfahrungsgemäß aus, um die Luft sehr Kräftig in eine Kabine zu pusten....
 
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Hier ein englischer Artikel in Forbes:


Der Forbes-Autor hat ein paar Experten befragt, die recht skeptisch sind. Einer von ihnen kritisiert den Heckpropeller als ineffizient. Interessant die Aussage, daß das Flugzeug mit konstantem Anstellwinkel geflogen werden soll - erinnert ein bißchen an den Acrostar von Hirth. Als Gewicht wird 12500 lbs angenommen - 5670 kg, weit mehr als ich dachte. Das würde zu sehr geringen Steigraten führen ...

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
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offensichtlich setzt man auch jetzt schon auf stärkere Motorisierungen. MTOW = 5,7 t wäre auch verdammt viel für 500 PS.
Das mit dem konstanten Anstellwinkel könnte vielleicht nichts anderes bedeuten, als dass der Flügel ein symmetrisches Profil besitzt.
Zu dem immer wieder kritisierten Heckpropeller sollte man mal den Vergleich mit anderen Pushern machen, die garnicht so schlecht dastehen und immerhin auch erfolgreich eingesetzt werden. Beispiel: Eine C-337 Skymaster steigt mit stehendem Bugpropeller fast 1 m/s besser als mit stehendem Heckpropeller. Die C337 hat keinen "Laminar-Rumpf", dafür macht sich vor dem Heckpropeller ein regelrechtes Scheunentor (Rumpf, Flügel und Lufteinlass) breit. Wenn stattdessen der Laminarrumpf der Celera dazu führt, dass die Strömung eng anliegend zu den Blattwurzeln strömt, so bedeutet das gleichzeitig, dass ein Großteil der Propellerkreisfläche (vielleicht 3/4 des äußeren Radius) eine ungestörte Zuströmung erfährt.
 
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Eine C-337 Skymaster steigt mit stehendem Bugpropeller fast 1 m/s besser als mit stehendem Heckpropeller.
Die Do 335 soll angeblich nur mit dem Heckmotor auch schneller sein als nur mit dem Frontmotor, insofern hat mich die Aussage zum Propeller auch gewundert.

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
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Ich denke es hängt davon ab, wo man die Bilanzhülle zieht, der Propeller alleine ist durch die ungleichmäßige Anströmung sicher uneffektiver, dafür bleibt die Strömung um das Flugzeug besser anliegen und das Gesamtsystem ist mit dem Heckpropeller effektiver. Bei Schiffen tut sich übrigends ne Menge um die Anströmung der Propeller zu verbessern, meistens versucht man einen Vordrall auf die Anströmung aufzubringen. Bin gespannt ob man dies auch in ähnlicher Form auf Flugzeuge übertragen kann. Man könnte z.B. durch ein asymetrisches Heck oder verschränkte Klappen am Heck (dann kann man ggf. wieder auf neutral zurückstellen) auch einen Vordrall für den Propeller erzeugen (das hat hoffentlich schon vor mir jemand patentiert, bevor ich mich noch ärgere :-).

Interessant finde ich diesen Abschnitt:"
As for the A03’s ability to offer enough power to get Celera to its 450-mph cruise speed at altitude Slater says, “Making 500 horsepower at 40,000 feet would take an insane amount of turbocharging, turbo pressure. It’s not something I’ve seen before outside of tractor-pulling engines which can have up to 200 pounds of boost at sea level.”

But the A03 won’t make a full 500 horsepower at altitude. Even with multiple turbos Slater notes that RED only claims the ability to make 500 hp at 25,000 feet, not at 40,000 feet. He points out that the limitation is not unique. A turboprop engine like the ubiquitous Pratt & Whitney PT-6, which has a 750 to 850 maximum shaft horsepower rating at sea level produces less than 300 hp at 28,000 feet."

Dank meiner Rechnung oben, sehe ich kein Problem auch bei 40.000 ft (entspricht ziemlich gut meinen 13.000 m) mit einer Doppelaufladung die volle Leistung zu erreichen.

Dominik
 
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@Doppelnik: man soll die Hoffnung nicht aufgeben. Man erzählt sich, dass erst im 19. Jahrhundert die Schubkarre patentiert wurde.

Anwendung findet Drallerzeugung in Strömungsmaschinen mittels Leiträdern (Stator), die den Drall der vom Laufrad (Rotor) erzeugten Strömung wieder axial ausrichtet oder in den für den folgenden Rotor optimalen Drall.
Aber woher soll bei einem Pusher die "verdrallte" Strömung herstammen? Der Drall entsteht doch erst hinter dem Propeller. Natürlich entstehen Verluste dadurch, dass der Propeller durch den Rumpf abgeschirmt ist, aber das ist er auch bei einem Bugpropeller, nur von der anderen Seite. Der Vorteil des Pushers ist, dass "verdrallte" Luft vom Propeller nicht auf den Rumpf trifft, denn das bringt neben erhöhtem Reibungswiderstand auch aerodynamische Probleme hinsichtlich der Steuerung mit sich. Das ist ein klarer Punktsieg für den Druckpropeller und im Falle des Laminar-Rumpfes auch Voraussetzung. So komme ich gern auf die Bilanzhülle zurück: Der Pusher ist sehr effizient, wie sich an o.g. praktischen Beispielen zeigt und scheitert eher an so "weltlichen" Dingen wie Lärm.
 
Doppelnik

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Drall ist verschenkte Energie. Wenn der Propeller z.B. einen Rechtsdrall erzeugt, dann kann man ihn mit einem Leitrad davor oder dahinter eliminieren, wodurch mehr Vortrieb anstelle von Drall erzeugt wird. Auch bei Gebläsen kann ein Leitrad vor oder hinter dem Laufrad angeordnet werden. Leider geht die Rechnung nicht immer aus, da ein Leitrad auch zusätzliche Verluste mit sich bringt, so wie jede Struktur in der Strömung.

Bei Schiffen beschäftigt man sich schon länger viel intensiver mit Heckpropellern, aus naheliegenden Gründen. Natürlich sind die Bedingungen in vielen Punkten nicht vergleichbar (z.B. bei Kavitation, Überschall)m aber vieles ist auch grundsätzlich ähnlich, so wie der Verlust durch Drall. Bei Flugzeigen und Hubschraubern hat man dies z.B. durch gegenläufige Propeller gelöst, wobei dieser Ansatz dieSchiffsbauingenieure aufgrund der Abdichtungsproblematik wohl selten überzeugen konnte. Im Schiffsbau gibt es verschiedene Maßnahmen um die Drallverluste zu reduzieren, beispiesweise durch ein asymmetrisches Heck oder vorgeschaltetes Leitrad (z.B. hier:
). Bei Flugzeigen mit Heckpropellern liegt das Leitwerk üblicherweise vor dem Propeller, hiermit könnte man einen Vordrall erzeugen ohne zusätzliche widerstandserhöhende Profile einsetzen zu müssen, darüber sollten die Flugzeugbauer in diesem Forum vielleicht mal nachdenken, ihre schwimmenden Kollegen zerbrechen sich darüber ständig den Kopf...
 
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Noch was zum Thema Vordrall (weiter hinten im Video zu sehen:


so etwas Ähnliches könnte ich mir durchaus an einem FLugzeig vorstellen
 
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Wieder einmal ein Thema, zu dem sich die Ingenieure endlich mal Gedanken machen sollten... Was tun die nur den ganzen lieben langen Tag?

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Also ich kann nur für mich reden, ich mache mir über so was Gedanken und manchmal wird ein Forschungsprojekt da draus..
 
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Die Physik ist gemein. Man erzeugt entweder zusätzlichen Widerstand bei der Erzeugung von Vordrall oder erhält ihn im Schubstrahl. Ingenieure müssen da den besten Kompromiss finden. Auch heute noch eher mit Tests als rechnerisch.
Schiffsschrauben arbeiten in einem Medium mit der 816-fache Dichte von Luft. Die Re-Zahl betreffend kann man die Strömung aber wegen der geringen Geschwindigkeit vergleichen, sofern die Bezugslänge l ähnlich ist. Ich habe das für l = 1 m berechnet: für Luft bei 500 km/h ist Re = 9 Mio., für ein Schiff mit 20 kn ist Re = 7,6 Mio. Das beträfe z.B. Leitbleche, nicht aber einen asymmetrischen Rumpf, der sich über zig Meter erstreckt. Da weiß ich nicht, wie sich der Widerstand auswirkt. Es dürfte auch der Reibungswiderstand kräftig mitmischen.
 
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Die Lösungen vom Schiff lassen sich nicht einfach mit der selben Gepometrie übertragen, dafür sind die Bedingungen zu unterschiedlich. Ich würde als charakteristische Länge aber in beiden Fällen entweder die Rumpflänge nehmen (sagt etwas darüber aus, ob die Antströmung turbolent ist ) oder die Länge des Leitwerks. In beiden Fällen werden wir aber eine turbolente Anströmung haben, selbt Laminarprofile bei Flügeln sind am Ende nicht mehr laminar und das wird auch für den schönsten Rumpf gelten.

Die Prinzipien sind dennoch ähnlich, bei Flugzeugen mit Heckpopeller brauche ich, anders als bei Schiffen, keine zusätzlichen Elemente um eine Drallströmung zu erzeugen, das Leitwerk kann dies als Nebenfunktion übernehmen. Wenn ich wie bei einigen Drohnen 3 Leitwerke um ca. 120° versetzt habe ist das ein geschenktes Leitrad, ich muss nur die Flächen entsprechend krümmen und/oder das durch die Klappen erzeugen. Man kann eigentlich nur damit gewinnen, womit uns auch der Anblick eines hässlichen Mewis Ducts an Flugzeugen erspart bleiben wird...
 
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Für relevant halte ich die Tiefe des Leitwerks eines Flugzeuges rsp. der Leitbleche bei einem Schiff, denn die sind jene Elemente, die die Strömung umlenken. Deswegen nahm ich mal grob die Länge von 1 m an. Die Rumpflänge spielt da keine Rolle, es sei denn, man wolle die Umlenkung über die komplette Länge eines asymmetrischen Rumpfes erwirken. Das wäre sowohl bei einem Flugzeug als auch einem Schiff eine Herausforderung in Sachen Bau-Präzision und kaum praktikabel. Die meterlange oder beim Schiff zig Meter vor der Umlenkung existierende tubulente Grenzschicht entlang des Rumpfes spielt im Bereich der eigentlichen Umlenkung keine Rolle. Diesen "Heckeintrittsbereich" muss man sich im Detail anschauen. Klar, da (und erst da) muss man dann auch die turbulente Grenzschicht berücksichtigen. Wohl bemerkt: Wir reden nicht über den Druckwiderstand eines ganzen Rumpfes, sondern nur über die Drallerzeugung vor dem Propeller.
 
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Eine klitzekleine Besonderheit gibt es noch. Bei Motorausfall bleibt das Schiff einfach stehen. Euer optimiertes Flugzeug hat dann allerlei lustige Effekte, die bei Motorflug den Drall beeinflussen (Leitbleche, schiefe Leitwerke u.s.w). Ohne Schub macht das Flugzeug dann was? Wer sorgt dafür, daß es dann geradeaus fliegt?

gero
 
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