Warum verwenden kleine Flugzeuge keine Turbinen (Turboprop)-Triebwerke?

Turboprop-Triebwerke sind sparsamer 1 , leichter bei gleicher Leistung, mechanisch einfacher und folglich zuverlässiger. Sie sind auch etwas einfacher zu bedienen (keine Notwendigkeit, mit dem Gemisch herumzuspielen) und verbrennen billigeren Kraftstoff. Infolgedessen haben sie Kolbenmotoren in allen Transportflugzeugen längst ersetzt. Warum haben sie also nicht ihren Weg in kleine GA-Flugzeuge gefunden (im Grunde verwendet alles über 8-10 Sitzen Turboprops, aber in der Kategorie mit 4 Sitzen tut es nichts)?

1 Sieht tatsächlich so aus, als hätte ich mich geirrt. Kolbenmotoren scheinen effizienter zu sein .

Ähnliche Frage .
Wenn ich mich richtig an meine Vorlesungen über Antriebe erinnere, sind Turbinen in größerer Höhe effizienter als Kolben und daher für kleine GA-Flugzeuge nicht viel interessanter ...
@LudovicC. Ich dachte, die große Höhe sei der Teil Jet vs. Propeller (nicht Turbine vs. Kolben) und der Grund, warum viele moderne Verkehrsflugzeuge eher Turbofan als reine Strahltriebwerke haben. Ich glaube, dass viele Hubschrauber Turbinentriebwerke verwenden, und ich denke, sie fliegen ziemlich gerne tief, oder übersehe ich etwas?
@LudovicC.: Das ist nicht Effizienz (pro Kraftstoffeinheit gelieferte Energie), sondern Leistung. Die maximale Leistung nimmt bei Turbinentriebwerken mit der Höhe langsamer ab. Da es aber auch für Propeller abnimmt, sind Turboprops normalerweise ohnehin auf etwa FL250 begrenzt (während Turbojets / Turbofans gerne über FL400 arbeiten) . Aber Turbinen sollten in allen Höhen effizienter sein (weniger Kraftstoff für die Leistung verbrennen, die sie liefern).
@Jan Hudec: Sag das nicht den Besatzungen von Flugzeugen wie der Tu-95! Turboprops können so hoch fliegen wie Unterschalljets, wenn sie richtig konstruiert sind. Das Kraft-über-Höhe-Verhalten ist das gleiche, nur bei hohen Machzahlen setzen die Propeller der Maximalgeschwindigkeit eine frühere Grenze. Stellen Sie sich einen Turboprop als Jet mit einem großen, getriebelosen Ventilator vor.
@PeterKämpf: Natürlich können sie . Nur die Propeller werden unpraktisch riesig (wie Tu-95), weil die Leistung pro Einheit der Propellerscheibenfläche in der Höhe begrenzt ist. Die Impeller haben andere Möglichkeiten, die Effizienz zu verbessern, und auch der Beitrag der Kernabgase wird bei höherer Geschwindigkeit bedeutender.
Der PC-12 hat eine zugelassene Obergrenze von 30.000 Fuß, ist aber in den USA aufgrund zusätzlicher Sauerstoffanforderungen auf FL250 Fuß begrenzt ( flightsimaviation.com/data/FARS/part_91-211.html ). Kann auch für andere Turbopropos gelten.
Helis verwenden Turboprops aus zwei Gründen: Erstens, weil sie zuverlässiger sind, und zweitens wegen des Leistungsgewichts. Der Allison 250 ist sehr beliebt bei den kleineren Coptern en.wikipedia.org/wiki/Allison_Model_250 mit einem Leistungsgewicht von 1.838 PS/lb. Mein TIO-540 hat ein Leistungsgewicht von 0,68 PS/lb. Da die Kosten für Helis (im Vergleich zu GA-Flugzeugen) nicht so wichtig sind, können sie Turbinen verwenden.
Es wäre möglich zu argumentieren, dass Turboprops in Bezug auf das Leistungsgewicht und nicht auf den Kraftstoffverbrauch "effizienter" sind als Kolben.

Antworten (14)

Erstens sind Kolbenmotoren effizienter als Turboprops , sodass ihre Betriebskosten niedriger sind. Das bedeutet auch, dass ab kleinen Reichweiten die Systemmasse (Motor plus Kraftstoff) für eine Fahrt geringer ist. Bei einem Hubschrauber ist die Motormasse wichtiger, da die durchschnittlichen Flugzeiten viel kürzer sind, sodass Sie viele Hubschrauber mit Turbomotoren und nur wenige mit Kolbenmotoren finden.

Als nächstes gibt es eine gut entwickelte Infrastruktur für die Wartung dieser Kolben, und neue Turboprops würden eine neue, teure Infrastruktur benötigen (geschultes Personal, Werkzeuge, Ersatzteile ...).

Und dann fehlt einfach der Anreiz, einen neuen GA-Motor zu entwickeln. Der Zertifizierungsaufwand ist für den eher kleinen Markt zu groß. Dies ist das gleiche wie bei Dieselmotoren.

Effizient im Allgemeinen oder effizient in geringeren Höhen?
Ich glaube nicht, dass das Entwicklungsargument hier zutrifft. Als die aktuellen Triebwerke und Flugzeuge entwickelt wurden, dominierten Turbinen bereits den Markt für höhere Leistungen.
... aber natürlich reicht das erste Argument. Es scheint, dass Hubkolbenmotoren tatsächlich effizienter sind . (Dieselmotoren sind noch effizienter als Ottomotoren, aber sie sind auch um einiges schwerer).
@egid: Effizient im Allgemeinen, wenn ein ausreichender Turbolader eingebaut ist. Je stärker der Motor jedoch aufgeladen wird, desto mehr nähern sich die thermodynamischen Zyklen von Kolben- und Turbomotoren an.
@Jan Hudec: Turbomotoren machen in den höheren Leistungseinstellungen mehr Sinn, einfach weil die Flugzeuge mit stärkeren Motoren schneller fliegen. Bei einem Kolbenmotor ist die Leistung über der Fluggeschwindigkeit konstant, daher geht der Schub mit 1/v. Turbomaschinen können die kinetische Energie des Luftstroms besser nutzen, sodass ihr Schub mit der Geschwindigkeit weniger abfällt. Sobald Sie mit Mach 0,6 oder schneller fliegen möchten, schneiden Kolbenmotoren nicht mehr ab. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten waren Turbinen nie eine echte Option, außer für Hubschrauber.
@PeterKämpf: Sind Sie sicher, dass die Reverse-Flow-Turboprops (die gebräuchlichste Art, bei der die Luft um 180 Grad gedreht wird und vorwärts durch den Brenner strömt, sodass sich die Leistungsturbine vorne befindet und eine kürzere Welle hat) die Luftstromenergie erheblich nutzen? (Natürlich tun Turbojets das, aber das ist eine andere Geschichte)
@Jan Hudec: Die interne Strömung ist weniger wichtig, hier zählt die Ansaugkonstruktion. Wie viel der kinetischen Energie kann in Druck umgewandelt werden? Und das ist weniger eine Frage des Triebwerksdesigns als vielmehr der Triebwerksintegration in die Flugzeugzelle. Das Biegen des internen Strömungswegs führt zu einem gewissen Druckverlust, aber Sie erhalten einen kompakten Motor mit weniger Drehmoment an der Hauptwelle. Und wenn Sie den Austrittsstrom erneut biegen, erhalten Sie den größten Teil des möglichen Schubgewinns durch Beschleunigung des Stroms. Aber es gibt einen Grund, warum der Rückwärtsfluss nur bei kleinen Konstruktionen mit relativ niedriger Geschwindigkeit verwendet wird.
Außerdem haben Gegenstrommotoren einen "eingebauten" Trägheitsabscheider, der Eis und FOD aus der Ansaugluft entfernt. i601.photobucket.com/albums/tt96/pivo11/neds%20stuff/tp1.jpg
Mir ist klar, dass dies ein Heli-orientierter Kommentar ist, aber ich spreche einige Heli-Kommentare an, die oben gemacht wurden. Die meisten Helis (auch die kleinsten, wie die MD500-Familie) haben Turbinen, weil sie in der einmotorigen Konfiguration viel zuverlässiger und einfacher zu betreiben sind als ein einmotoriger Kolben-Heli. Piston-Helis werden nur verwendet, weil sie billiger sind, insbesondere für Schulungen und kommerzielle Operationen nach Teil 119. Und in Ländern der Dritten Welt werden Turbinenhelis verwendet, weil Avgas fast unmöglich zu bekommen ist, aber JetA ist reichlich vorhanden.
Dasselbe in Antwort Nr. 5 kann für Wankel-Rotations-Verbrennungsmotoren und Single-Sleeve-Valve-Kolbenmotoren für die Allgemeine Luftfahrt gelten, da heute niemand die Zertifizierungskosten aufbringen kann
Kleine Turboprops sind schrecklich ineffizient und verbrauchen manchmal bis zu doppelt so viel Kraftstoff pro PS/h wie ein Kolbenmotor mit ähnlicher Leistung. Selbst ein ein halbes Jahrhundert alter Motor, wie ein O-540, kann einen spezifischen Kraftstoffverbrauch von 0,42 lb/PS/h erreichen, während eine C250-Turbine von Allison/Rolls im Reiseflug 0,8 lb/PS/h verbrennt (Turbinen erhalten den niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch Verbrauch bei maximaler Leistung). Sehr große Turboprops, wie der Allison/Rolls 2100, können bis auf 0,4 lb/hp/h herunterkommen, aber nur bei maximaler Leistung.

Dies ist wahrscheinlich zumindest teilweise auf die Trägheit der Zertifizierung zurückzuführen:
Eine Piper Archer ist mit einem bestimmten Motortyp zertifiziert (Wenn Sie auf Seite 21 des TCDS nach unten scrollen, sehen Sie, dass es sich um einen „Lycoming O-360-A4M“ handelt). . Piper kann unter ihrem Produktionszertifikat im Wesentlichen so viele Bogenschützen herstellen, wie sie möchten, solange sie dem Typenzertifikat entsprechen.

Das Wechseln des Triebwerks ist eine wesentliche Änderung der Musterzulassung und würde mehr Zertifizierungstestflüge, Papierkram und letztendlich Geld vom Hersteller erfordern, und der Verkauf wäre ungewiss (weil es anders wäre – eine Flugschule, die 50 Flugzeuge fliegt, das ist alle angetrieben von Lycoming O-360, wird es nicht mit einem turbinengetriebenen Flugzeug aufnehmen wollen, es würde zu Wartungsproblemen führen).

Es ist erwähnenswert, dass für einen Teil der Avgas-verbrennenden GA-Flotte Effizienzgewinne ähnlich (oder besser als) Turboprops erzielt werden können, indem von alten Lycoming- und Continental-Motoren (die effektiv bestenfalls Motorentechnologie der 1960er Jahre sind) auf Motoren wie umgestellt werden der Rotax 912 mit modernen elektronischen Zünd- und Motormanagementsystemen. Ein 80-PS-Rotax würde eine Piper Cub genauso gut mitziehen wie ein 80-PS-Continental - Das Hindernis liegt wiederum in der Zertifizierung (und den Kosten für die Modifikation bestehender Flugzeuge).


Technisch gesehen ist ein Turbinentriebwerk für die meisten kleinen GA-Flugzeuge übertrieben. Wir sprechen von Flugzeugen, die normalerweise 100-300 PS benötigen (und wenn wir leichte allgemeine Trainingsflugzeuge in Betracht ziehen, liegen Sie normalerweise unter 200 PS). Das beliebte PT6-Turboprop-Triebwerk startet mit rund 500 PS und geht von dort hoch.

Während ein Turbinentriebwerk ein relativ einfaches Gerät ist, wird ein Turboprop ziemlich komplex - der Turbinenabschnitt dreht sich immer noch mit Turbinengeschwindigkeit, und obwohl dies für ein Strahltriebwerk auf einem Turboprop kein Problem darstellt, könnte es leicht den Propeller herstellen Spitzen erreichen Überschallgeschwindigkeiten (der "laute und ineffiziente" Betriebsbereich). Dies erfordert ein Untersetzungsgetriebe, um eine geeignete Wellendrehzahl zu erzeugen, was wiederum eine Wartung des Getriebes erforderlich macht.

Nein, ich kaufe das Argument über die Zertifizierung nicht. Wenn das der Fall wäre, würden die neueren Designs von Anfang an mit Turbinen zertifiziert werden. Und „neuer“ muss gar nicht so neu sein, denn Turbinen dominieren seit mindestens 60 Jahren den Markt für höhere Leistungen. Oder wir würden zumindest einige Conversions sehen. Aber es gibt keine, also muss es einen technischen Grund geben, warum es keine Turbinen mit weniger als ~ 150-200 kW gibt. Und es ist nicht nur das Getriebe. Die meisten Hubkolbenmotoren sind ebenfalls mit Getrieben ausgestattet.
@JanHudec Sie können jedes beliebige Argument "kaufen" - In Wirklichkeit ist es wahrscheinlich das Zusammentreffen mehrerer :-) Speziell in Bezug auf die Zertifizierung ist die einfache Tatsache, dass die Zertifizierung einer wichtigen Flugzeugkomponente (wie eines Triebwerks) ein komplizierter Prozess ist: Unabhängig davon Trotz möglicher technischer Hindernisse müsste ein neues 200-PS-Turboprop-Triebwerk noch den FAR 33-Prozess (Triebwerkszertifizierung) durchlaufen, um in einem zertifizierten Flugzeug verwendet zu werden, selbst in einem für dieses Triebwerk gebauten „Clean-Sheet“-Design. Das ist viel Geld und Zeit für einen ungewissen Return on Investment für den Motorenhersteller ...
Der derzeit verwendete Motor musste diesen Zertifizierungsprozess durchlaufen, als Turbinenmotoren bereits den Markt für höhere Leistung dominierten. Daher wurde damals entschieden, für Anwendungen mit geringer Leistung beim Hubkolbenmotor zu bleiben, und diese Entscheidung wurde von der Zertifizierung nicht beeinflusst, da beide Varianten zertifiziert werden mussten.
@JanHudec Die meisten, wenn nicht alle der leistungsstarken GA-Kolbenmotoren (große 4- und 6-Zylinder-Konstruktionen) sind Entwicklungen von Motoren, die es seit den 1940er oder 50er Jahren gibt. Es gibt keine Möglichkeit, dass Turbinentriebwerke diese Zeit dominierten.
Neben den Zertifizierungskosten sollten auch die Designkosten nicht unberücksichtigt bleiben. Das Entwerfen eines Turbinentriebwerks (oder eigentlich irgendeines Triebwerks) ist keine einfache Angelegenheit. Es ist viel einfacher, Iterationen an bestehenden Kolbenkonstruktionen vorzunehmen, als mit einer Turbine meistens von Grund auf neu zu beginnen. Das Entwerfen und Herstellen von Turbinenscheiben, die nicht auseinanderfliegen, ist leichter gesagt als getan.

Erstens ist ein Turbinenmotor bei einer bestimmten Nennleistung viel leichter als ein Kolbenmotor. Denken Sie darüber nach, was das für die Balance des Flugzeugs bedeutet: Die Nase wird VIEL länger, um nicht die Hardware aufzunehmen, die das Gewicht dort platziert, wo es sein muss. Dies gilt natürlich nur für Umbauten.

Zweitens kostet ein Turbinenmotor viel mehr als ein Kolbenmotor. Kleinere Turbinen kosten mehr pro Leistungseinheit als große, sodass Sie insgesamt mehr für das gleiche Ergebnis bezahlen. Der Motor verbraucht während seiner Lebensdauer möglicherweise weniger Kraftstoff, aber Sie müssen trotzdem im Voraus dafür bezahlen.

Drittens benötigen Turbinen zwar im Allgemeinen weniger Wartung, aber wenn etwas ein Problem hat, ist die Rechnung nichts für schwache Nerven. Und Sie können eine Turbine ziemlich einfach kochen.

Insgesamt geht es also nur ums Geld. Wenn Sie wirklich eine wollen, verkauft Soloy einen Umbausatz für eine Cessna 206, der eine 450 PS starke Rolls-Royce-Turbine in die Nase bringt und Sie von allen anderen Leichtflugzeugbesitzern in der Region beneiden wird. Das Kit beginnt bei 275.000 US-Dollar. Plus Motor. Sie sehen sich also über eine halbe Million an, um eine Flugzeugzelle zu modifizieren, die etwas weniger kostet. Wenn Sie so viel Geld übrig haben, holen Sie sich ein passendes MTT Superbike mit einer nur geringfügig kleineren Turbine. Wie Jay Leno sagte, ist es "das beste Motorrad aller Zeiten, um die Harley-Jungs zum Schweigen zu bringen".

Nun, einige tun es. Lernen Sie den Marchetti SF.260TP kennen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist eine sehr beliebte leichte Single für Kunstflug, die auch militärische Verwendung in CAS- und Beobachtungsrollen gesehen hat. Wenn Sie ein Bond-Fan sind, kennen Sie diesen; es erschien in Quantum of Solace. Andere Turboprops in der kleinen einmotorigen Klasse sind:

  • Piper-Meridian
  • Ein Flugfalke
  • Pilatus PC-9, PC-12, PC-21
  • Cessna 208 Caravan/Super Cargomaster
  • Episches EW1000, LT
  • Socata TBM850, TBM900
  • Grob G-120TP

Warum nicht alle kleinen Singles Turboprops sind, haben die anderen Antworten; Turboprops sind in den niedrigen Höhen, in denen kleine Singles normalerweise fliegen, weniger sparsam im Kraftstoffverbrauch (sie eignen sich hervorragend für größere Höhen) und sie sind ein anderes Tier, das gewartet werden muss. Sie sind auch teurer; Die Marchetti ist ein Flugzeug im Wert von etwa 1,6 Millionen Dollar, dreimal so teuer wie eine Piper Archer 235, obwohl nicht alles davon der Motor ist.

Noch ein Punkt zu den Kosten: Die meisten von uns fliegen wahrscheinlich Flugzeuge, die in den 1960er Jahren gebaut wurden, wenn nicht früher. Mein Cherokee 180, Baujahr 1966, konnte heute für etwa 2 % des Preises dieses Marchetti erworben werden.
Turbinentriebwerke sind in allen Höhen weniger kraftstoffeffizient. Kleinere Turboprops wie der PT-6 und der TPE-331 haben typischerweise einen kreuzfahrtspezifischen Kraftstoffverbrauch von 0,6 bis 0,7 Pfund Kraftstoff pro PS pro Stunde, während ein Kolbenflugzeugmotor zwischen 0,4 und 0,5 verbrennt. Einige neue Dieselflugzeugmotoren verbrauchen nur 0,35 lb/PS/h. Eine wirklich kleine Gasturbine wie die Allison Rolls 250-C20 (420 PS) brennt irgendwo zwischen 0,6 und 0,9 Lb/Hp/Lb. Turbinen sind am effizientesten, wenn sie mit 100 % Leistung laufen, sodass sie in großer Höhe ihre beste Kraftstoffleistung erbringen.

Glücklicherweise ändert sich dieses Klischee, wenn auch langsam. Die Entwicklung kleiner GA-Motoren steckt seit Generationen auf dem Rücksitz fest, und es ist großartig zu sehen, wie eine Reihe neuer Start-ups den Wandel vorantreiben. Der TP100 Turboprop von PBS ist ein solches Produkt. Ich hoffe wirklich, dass sie ihr Potenzial ausschöpfen und das Produkt auf den Markt bringen, wenn auch nur für experimentelle Partys. Continental entwickelt seine neuen Dieselmotoren aggressiv und wird im nächsten Jahr eine neue 230 PS starke Einheit auf den Markt bringen. Es wird bereits in China getestet. Wenn sie das richtig machen, wird es ein Lycoming-Killer sein. Mit der 155-PS-Version in Cessnas haben sie bereits mit dem Umbau begonnen.

Ein Grund, warum die Turbinen mit geringerer Leistung (150-250 PS) nicht schneller entwickelt wurden, ist, dass GA-Piloten nicht auf sie gedrängt haben. Sie wissen, dass sie mehr Kraftstoff verbrauchen, auch wenn das Leistungsgewicht weitaus besser ist. Die Betriebskosten lassen sie in der Ecke verstecken.

RR/Allison bemühten sich, die in die Jahre gekommene 250er mit einer modernen Turbine aufzufrischen, die die Cirrus-Menge ansprechen würde, verabschiedeten sich jedoch, als die Finanzkrise 2008 zuschlug. Das Problem bei Unternehmen wie Allison sind ihre Entwicklungskosten, die durch die Decke gehen.

Veränderungen in diesem Bereich werden den kleinen Enten dieser Welt Mut abverlangen. Viele davon beginnen jetzt auf der Bildfläche zu erscheinen. Es gibt einen bekannten Mangel an 100LL auf der ganzen Welt und bald auch hier in den USA. Das und der hohe Preis für den Transport dieses Boutique-Kraftstoffs (der nicht in Pipelines versandt wird) wird den Markt für diese neuen Produkte anheizen.

Hier ist keine Raketenwissenschaft am Werk. Es ist eine alte Technologie (wenn auch mit ein wenig elektronischer Intervention), die nur einen Markt braucht, um darin zu wachsen. Heute bewegen wir uns auf diesen Markt zu. Gewöhne dich daran und erwäge, den alten Lyc wegzuwerfen.

Als Ford und GM mit Autoturbinen experimentierten, war der Kraftstoffverbrauch extrem schlecht, und die Werkzeugkosten waren gleich, ohne die Abgasemissionen zu kommentieren
Es sind nicht nur der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen, die die Autohersteller vor Turbinen zurückschrecken ließen. Der schnell schwankende Leistungsbedarf in Straßenfahrzeugen scheint ein noch stärkerer Grund gewesen zu sein, bei Motoren mit geringerer Trägheit zu bleiben. Wenn die Ampel auf Grün schaltet, wollen Sie nicht warten, bis Ihr Ford aufgespult ist!

Eine weitere Sache, die man beim spezifischen Kraftstoffverbrauch eines Turbinentriebwerks beachten sollte, ist, dass er SEHR HÄNGIG von der Größe des Triebwerks abhängt. Kleine Gasturbinen (von der Art, die in kleinen Privatflugzeugen verwendet werden können) sind von Natur aus ineffizient, weil sie nicht die Art von Druckverhältnissen betreiben können, die für einen hohen Wirkungsgrad erforderlich sind. Ein PW119B mit 2180 PS hat beispielsweise ein Druckverhältnis von 13,2:1 und einen SFC von 0,49. Erhöhen Sie das auf einen 11000 PS starken Europrop TP400-D6, und das Druckverhältnis steigt auf 25:1. SFC fällt auf 0,39. Und der 56300 PS starke GE LM6000 (eine auf dem CF6-Turbofan basierende Schiffs- und Stromerzeugungs-Turbowelle) hat ein Druckverhältnis von etwa 32:1 und einen SFC von 0,32. Aus diesem Grund haben Kolbenmotoren einen Kraftstoffeffizienzvorteil bei niedrigen Leistungsabgaben, aber einen Kraftstoffeffizienznachteil bei hohen Leistungsabgaben. Kolbenmotoren werden daher in kleinen Flugzeugen aus diesem Grund und wegen der Anschaffungskosten bevorzugt. Aber Turbinen sind in größeren Flugzeugen VIEL sinnvoller, sowohl aufgrund ihrer höheren Effizienz als bei großen Kolbenmotoren als auch aufgrund der geringeren Wartungskosten.

Jemand hat hier Hubschrauber erwähnt. Und Hubschrauber sind ein ganz anderes Tier. Ein grundlegendes Merkmal von Hubschraubern ist die Tatsache, dass sie kontinuierlich VIEL Energie benötigen. Dies würde Kolbenmotoren in Bezug auf die Zuverlässigkeit einen RIESIGEN Tribut abverlangen (denken Sie daran, wie lange ein Automotor halten würde, wenn Sie ihn ständig mit Vollgas fahren würden), ist aber für eine Turbine kein Problem. Turbinen sind auch kleiner und leichter (jemals einen Sikorsky Mojave mit seinen lächerlich großen Kolbenmotoren gesehen)? All diese Faktoren machen Turbinen VIEL praktischer als Kolbenmotoren in Hubschraubern.

Ich würde sagen, die Wahl zwischen einem Turboprop- oder einem Hubkolbenmotor kann von Ihrem Leistungsbedarf und der Art der "Mission" abhängen, die der Motor / das Flugzeug aushalten wird.

Turbinen und Turboprops sind trotz ihres Gewichts-Leistungs-Verhältnisses nicht so gut in Bezug auf SFC, wenn Sie dies in den zivilen Turbowellen-Turboprop-Spezifikationen von www-jet-engine.net überprüfen, haben die meisten einen SFC im Bereich von 600 lb/shp/h oder mehr.

Die Verteilerflugzeugmotoren von Harry Ricardo und Roy Fedden mit Einzelhülsenventil lieferten den bisher besten SFC in einem Benzinflugzeugmotor: 0,42 lb/BHP/h in einem Hercules Centaurus, 3272 cu. in., mit einem Gewicht von 2695 lb, für eine Leistung von 3150 PS. Noch beeindruckendere Ergebnisse wurden mit einem Open-Sleeve erzielt, der als ringförmiger Kolben mit 10 % der Kolbenfläche fungiert und 3 % der Leistung überträgt, in einem experimentellen 2-Takt-Kompressionszündungsmotor von Harry Ricardo. Heutzutage wird kein Sleeve-Valve-Motor produziert, aber es werden immer noch neue Ersatzmanschetten für alte Motoren hergestellt, hieß es in AEHS, aber ich konnte den Verkäufer von Sleeves für alte SSV-Motoren nicht finden.

Der beste SFC aller Zeiten scheint in einem Zweitakt-Kompressionszündungsmotor mit offener Hülse von Harry Ricardo mit 0,34 lb/HP/h erreicht zu werden („The high speed internal injection engine“, 1968 ed)

Ein Tellerventilmotor aus der Zeit von Bristol Hercules, der Wright R-3350, 2907 lb Gewicht, ebenfalls luftgekühlt, mit der gleichen Anzahl von 18 Zylindern; 3348 cu. in.; 2800 PS verbrauchten 0,72 lb/PS/h, aber dies wurde in den Turbo-Compound-Einheiten stark verbessert, die 500 lb mehr Gewicht hinzufügten.

Die Sleeve-Valve-Motoren waren bekannt für ihre Zuverlässigkeit und geringen Verschleiß, die schmierfreien Zonen von TDC und BDC werden durch die kontinuierliche Hülsenbewegung ausgelöscht, der Bristol Hercules hatte eine TBO von 3000 Stunden oder mehr, für 2000 Stunden TBO in der Wright zitiert (Daten in AEHS und anderen Quellen). Hülsenventilmotoren, die keine heißen Stellen in der Verbrennungskammer haben, können mit Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl bei höheren Verdichtungsverhältnissen arbeiten als Tellerventilmotoren.

Es wurde berichtet, dass die experimentelle Einzylinder-Benzineinheit mit 500 ccm und Hülsenventil, die von Mike Hewland für den Automobilgebrauch gebaut wurde, einen SFC von 0,45 lb / PS / h in der Rennversion und 0,39 lb / HP / h in der sparsamen Version hatte ( Car&Driver, Juli 1974), sogar mit Kreosot.

Ein Rolls-Royce Turboprop der Baureihe Dart RDa 10.1 mit 2915 PS und einem Gewicht von 1207 lb verbrauchte 0,550 lb/PS/h.

Hubkolbenmotoren findet man heute in Leistungsbereichen oberhalb einer bestimmten Grenze nicht mehr.

Der Wankel-Rotationsverbrennungsmotor, der von Curtiss-Wright, John Deere, NASA, NSU-Citroën, Sachs, Aixro, Rolls-Royce und Mazda umfassend für die Luftfahrt und andere Anwendungen entwickelt wurde, hatte einen SFC von 0,46 lb/HP/h mit ein Gewicht von etwa 210 lb für eine Leistung von etwa 120 PS, Straßenautoversion, wie in einem frühen Mazda NA Wankelmotor, 2 Rotoren, flüssigkeitsgekühlt, ein Wankel funktioniert ohne Mühe mit bleifreiem Benzin um 80-90 ON , ebenfalls mit 10 % Gasohol, das für einen niedrigeren SFC und reduzierte Betriebstemperaturen und thermische Belastung sorgt, wird in Wankels immer etwas Schmieröl zu Kraftstoff und Arbeitskammern hinzugefügt, kein Schmierölwechsel erforderlich.

Ein großer Durchbruch wurde kürzlich an der Florida University erzielt, wo bewiesen wurde, dass das Hinzufügen von „Heat Pipes“ zur Kühlung des Gehäuses und der Seitenplatten eines UAV-UEL-Motors mit früher luftgekühltem Gehäuse und ladungsgekühltem Rotor die maximale Temperatur auf nur 129 ° C reduzierte und einem maximalen Temperaturunterschied zwischen Motorteilen von 18 °C, kann die Verwendung von: „Heat Pipes“ zur Kühlung von Wankel-RCEs, wie sie in Satelliten verwendet werden, ein enormer Fortschritt bei rotierenden Verbrennungsmotoren sein, da sie die meisten, wenn nicht alle, eliminieren Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Teilen des Motors, was Design und Konstruktion viel einfacher macht und auch die Zuverlässigkeit verbessert, von einem reduzierten Verschleiß, einer gesteigerten Leistung, einer Reduzierung von Emissionen und einer Steigerung des Kraftstoffverbrauchs. Wer könnte mehr verlangen?

Die Standards für Hubkolbenflugmotoren lagen bei einem Gewichts-Leistungs-Verhältnis von etwa 1 kg / PS und einem SFC von 250 g / PS / h.

Kein Wankel-Rotationsverbrennungsmotor scheint bisher eine FAA-Zertifizierung für den regulären Einsatz in der allgemeinen Luftfahrt erhalten zu haben, selbst wenn er als sicherer als Hubkolbenmotoren angesehen wird, sind Wankel-RCEs-Ausfälle in der Regel nicht vollständig und sofort wie bei Hubkolbenmotoren, was einen vorübergehenden Betrieb mit geringerer Leistung ermöglichen würde Für sicherere Landemöglichkeiten wurde dieses Sicherheitsproblem von Axteraerospace.com mit etwas angegangen, das den grundlegenden Konzepten in einem Hybridauto nahe kommt

Dies ist ein Beispiel einer in Argentinien gebauten Turbine für die allgemeine Luftfahrt, die Grundanordnung erinnert an die erste Turbine von Hans Joachim Pabst von Ohain

Die Kostenauswirkung eines Turboprops wurde in vielen der früheren Antworten unterschätzt.

Turbinenrotoren sind sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, während sie sich mit sehr hohen Drehzahlen drehen; Die G-Kraft auf einer Turbinenschaufel reicht aus, um Ihre Augen tränen zu lassen. Aufgrund eines winzigen Herstellungsfehlers oder Betriebsfehlers oder einer Metallermüdung lässt eine Klinge los; dann reißt es durch das stählerne Motorgehäuse, durch unglückliche Öl- oder Kraftstoffleitungen und dann durch die Aluminiumverkleidung. Der Hersteller wird Hunderttausende von Dollar ausgeben, um dies zu verhindern, und muss diese Kosten aus dem Motorverkauf decken.

Und das ist nur von einer gebrochenen Klinge, die vielleicht ein paar Unzen wiegt.

Wenn eine viel schwerere Rotorscheibe aufgrund von Ermüdung bricht, könnte sie das Flugzeug in zwei Teile zerreißen.

Also ja, eine Turbine verbrennt billigeren Kraftstoff, aber mehr Gallonen als ein Rezept. Sie sehen, es gibt Vor- und Nachteile!

Der günstigere Kraftstoff kann auch in einem Diesel und effizienter genutzt werden.

Tatsächlich haben sie heutzutage eine Reihe kleinerer Flugzeuge mit Turbinenantrieb. Und Turbinen-STC-Umrüstkits für vorhandene GA-Flugzeuge sind beliebt – die P210 Riley Rocket kommt einem schnell in den Sinn, ebenso wie die PA-46 JetProp sowie High-End-Experimentalflugzeuge wie die Lancair Evolution und IV-P Turbine. Diese Turbinenumbauten bieten alle oben aufgeführten Vorteile, jedoch bei einem höheren Kraftstoffverbrauch.

Die Hauptabschreckung gegen einen ganzen Turbinen-GA-Markt sind die höheren Betriebskosten und die übermäßige Leistung für einen Neuling oder Gelegenheitsflieger.

Matt hat vieles richtig gemacht.

Dynamische Kompressoren und Turbinen neigen dazu, mit abnehmender Größe weniger effizient zu werden, aufgrund von Effekten der Reynolds-Zahl und aufgrund von Einschränkungen bei Materialien und Herstellung. Um ein gutes Stufendruckverhältnis in einem Kompressor zu erhalten, ist eine Spitzengeschwindigkeit von mindestens 300 m/s erforderlich; Über 500 m/s sind keine Seltenheit. Da die Zentripetalbeschleunigung bei konstanter Spitzengeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Radius ist, können die Zentripetalbelastungen für die meisten Materialien zu hoch sein. Spitzenabstände müssen klein sein – etwa 1 % der Spitzensehne – für den besten Wirkungsgrad erfordern hohe Temperaturen gekühlte Schaufeln und Leitschaufeln im heißen Ende, und das bedeutet, dass Schaufeln und Leitschaufeln Kühlkanäle innerhalb der Schaufel haben müssen. Dies ist bei einem PW4084 einfacher als bei einem Allison 250, da die Blätter des PW viel größer sind.

Es ist viel teurer, einen Turbinenmotor zu bauen als einen Kolbenmotor. Es können Turbinentriebwerke gebaut werden, die eine längere TBO als ein Kolbentriebwerk haben, was diese Kosten teilweise ausgleicht, aber das ist wichtiger für Benutzer, die eine hohe Flugzeugauslastung pro Jahr haben. Man sieht tendenziell Turbinenmotoren, die im kommerziellen Betrieb Tausende von Stunden pro Jahr und Kolben im privaten Betrieb Hunderte von Stunden pro Jahr verwenden. Da Motoren größer und leistungsstärker werden, werden Kolbenmotoren teurer und komplexer, weil sie durch Motorklopfen begrenzt sind. Daher dominieren Turbinen bei größeren Größen für alle Benutzer. Es wird alles von Dollar angetrieben. Kein Geld, kein Buck Rodgers.

Möchten Sie einige Einzelheiten (einschließlich Referenzen) darüber teilen, wie das Klopfen des Motors die Größe des Kolbenmotors begrenzt? Immerhin haben die Jungs über 107.000 PS aus einem Kolbenmotor gezaubert...

Bei den Fragen der Klopfbegrenzung bei Kolbenmotoren und 107000 PS Schiffsdieseln ist Klopfen kein Thema. Vielmehr ist die Begrenzung der Größe von Kolbenmotoren die PHYSIKALISCHE GRÖSSE. Zuverlässigkeit ist auch ein Problem, da die Anzahl der sich hin- und herbewegenden Teile sprunghaft ansteigt. Aber Größe ist das, was den Deal WIRKLICH zunichte macht, wenn es um Kolbenmotoren geht. In meinem anderen Beitrag habe ich den Sikorsky Mojave erwähnt. Dieser Hubschrauber sieht geradezu bizarr aus, weil die großen Hülsen aus beiden Seiten des Rumpfes herausragen. Diese Pods enthalten jeweils einen Pratt and Whitney R-2800 mit 2100 PS. Im Vergleich dazu sehen die 5000 PS starken Honeywell T-55 auf einem Chinook fast wie Spielzeug aus. Wenn Sie eine Boeing 747 mit Kolbenmotoren antreiben wollten, Jeder Motor müsste wahrscheinlich die Größe eines anständigen Flugzeugs haben, um die ~ 55000-60000 PS zu produzieren, die jeder CF-6 produziert (überlegen Sie, wie groß der R-4360, der größte Serienkolbenmotor für Flugzeuge, war und die Spitze erreicht hat bei rund 4000PS). Der 107000 PS starke Schiffsmotor ist dafür ein extremes Beispiel. Diese Motoren werden buchstäblich als "Kathedralenmotoren" bezeichnet und machen diesem Namen mit 38-Zoll-Bohrungen alle Ehre. Ja, es kann ungefähr so ​​viel Leistung erzeugen wie zwei CF-6. Aber diese Motoren sind so groß, wie sie klingen, und nicht gerade Flugzeugmaterial. Andererseits ist die Größe bei einem Hochseeschiff nicht so sehr ein Problem. Und die Zuverlässigkeit ist für diese Motoren nicht schlecht, da die große Größe bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von supergroßen Komponenten verwendet werden kann. Der 107000 PS starke Schiffsmotor ist dafür ein extremes Beispiel. Diese Motoren werden buchstäblich als "Kathedralenmotoren" bezeichnet und machen diesem Namen mit 38-Zoll-Bohrungen alle Ehre. Ja, es kann ungefähr so ​​viel Leistung erzeugen wie zwei CF-6. Aber diese Motoren sind so groß, wie sie klingen, und nicht gerade Flugzeugmaterial. Andererseits ist die Größe bei einem Hochseeschiff nicht so sehr ein Problem. Und die Zuverlässigkeit ist für diese Motoren nicht schlecht, da die große Größe bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von supergroßen Komponenten verwendet werden kann. Der 107000 PS starke Schiffsmotor ist dafür ein extremes Beispiel. Diese Motoren werden buchstäblich als "Kathedralenmotoren" bezeichnet und machen diesem Namen mit 38-Zoll-Bohrungen alle Ehre. Ja, es kann ungefähr so ​​viel Leistung erzeugen wie zwei CF-6. Aber diese Motoren sind so groß, wie sie klingen, und nicht gerade Flugzeugmaterial. Andererseits ist die Größe bei einem Hochseeschiff nicht so sehr ein Problem. Und die Zuverlässigkeit ist für diese Motoren nicht schlecht, da die große Größe bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von supergroßen Komponenten verwendet werden kann. Größe ist bei einem Hochseeschiff nicht so sehr ein Problem. Und die Zuverlässigkeit ist für diese Motoren nicht schlecht, da die große Größe bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von supergroßen Komponenten verwendet werden kann. Größe ist bei einem Hochseeschiff nicht so sehr ein Problem. Und die Zuverlässigkeit ist für diese Motoren nicht schlecht, da die große Größe bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von supergroßen Komponenten verwendet werden kann.

Kleine Flugzeuge brauchen nicht den einzigen Vorteil, den Turboprop bietet: mehr Leistungsgewicht. Ein Turboprop ist kämmender als ein Kolbenmotor für ein geringeres Leistungsgewicht. Im Vergleich zu einem Kolbenmotor mit kleinem Hubraum wird nicht so viel Gewicht eingespart, da ein Großteil des Gewichts andere Teile des Antriebssystems neben dem Motor (Getriebe, Kraftstoffsysteme) ausmacht , Kühlung, Ladesystem, Propeller usw.) und eine Turbine verbraucht immer mehr Kraftstoff.

Für mich ist die Antwort Geld. Ein P&W PT-6-Turbinentriebwerk kostet Sie zwischen 500.000 USD und 750.000 USD, um überholt zu werden. Die Überholung eines turbogeladenen Kolbenmotors, selbst eines sehr teuren, kostet nicht mehr als etwa 50.000 USD. Abgesehen davon würde ich für bestimmte Missionen wie Überwasser- / Bergoperationen den Treibstoffverbrauch für Zuverlässigkeit und Gewichtseinsparung in einem kleinen Flugzeug nehmen, obwohl Sie erwarten können, dass Sie in einem kleinen Flugzeug 2- bis 3-mal mehr Treibstoff verbrauchen Turbine gegen einen großen Kolben. Beachten Sie, dass es viele Kolbentypen gibt, für die STCs verfügbar sind, um den Standard-Kolbenmotor durch einen Aftermarket-Kolben zu ersetzen, aber wie ich bereits erwähnt habe, sind die Kosten dafür relativ astronomisch. Zum Beispiel die Silver Eagle Cessna 210.http://www.onaircraft.com/the-planes/the-silver-eagle-ii/

Nur um es klar auszudrücken. Obwohl es stimmt, dass kleine Turbinen viel weniger effizient sind als kleine Flugzeugkolbenmotoren, beträgt der Unterschied nicht das 2-3-fache. Es mag durchaus wahr sein, dass eine Pilatus PC-12 2-3 Mal so viel Treibstoff verbraucht wie eine Cessna 210 oder Piper Malibu, dass Pilatus ein viel größeres, schnelleres Flugzeug ist, das viel mehr Last trägt. Eine Cessna 210 mit einem Turbinenmotor anstelle des Kolbenmotors verbrennt zwar mehr Kraftstoff bei gleicher Geschwindigkeit, aber beispielsweise nur etwa 30% mehr.