Warum werden Kolbenmotoren für Flugzeuge selten mit Diesel betrieben?

Sie haben Recht, es gibt nur wenige moderne Aerodiesel - so wenige, dass wir die kurze Liste einzeln durchgehen können:

• Thielert : Das ist eine Entwicklung auf Basis von Mercedes-Benz Pkw-Dieseln, von denen mehr als 1500 1,7-Liter-Motoren gebaut wurden. Derzeit wird ein 2,0-Liter-Motor angeboten. Das ursprüngliche Thielert-Unternehmen ging 2008 in Konkurs und wurde von Continental übernommen.
• Austro-Engine , ein weiterer Umbau eines Autodiesels für den Flugzeugeinsatz. Dies ist das Ergebnis der Enttäuschung von Thielerts Hauptkunde Diamond Aircraft über den Rekord von Thielerts erstem Centurion 1.7-Triebwerk.
• SMA : , ein französischer Turbodiesel mit 5 Liter Hubraum. Aktuell sind nach fast 20 Jahren Entwicklungsarbeit rund 100 davon ausgeliefert.
• Zoche : Das Produkt eines Vater-Sohn-Teams mit vielen cleveren Details , aber ein Vierteljahrhundert Entwicklungsarbeit hat noch nicht zu einem Lufttüchtigkeitszeugnis für ihre Zweitakt-Sterndiesel geführt. Während Zoche behauptet, Opfer einer Verschwörung der Behörden zu sein, beklagen die Angeklagten, dass die Motoren ihre Zylinderköpfe nicht lange genug aufbehalten konnten.

Was hat den Diesel so lange zurückgehalten?

• Kosten: Die Entwicklung von Kolbenmotoren für die Luftfahrt hat mit dem Jet-Zeitalter praktisch aufgehört. Die bestehenden Designs waren einfach gut genug, bis die Kraftstoffpreise durch die Decke gingen. Das machte Diesel nur noch in Nischen attraktiv, und die Stückzahlen waren folglich viel zu klein, um den großen Entwicklungsaufwand zu rechtfertigen. Flugmotoren laufen ständig mit etwa 70 % ihrer vollen Leistung , sodass normale Automotoren ohne starke Modifikationen nicht verwendet werden könnten. Folglich kann Sie ein Umbausatz 89.000 $ kosten !
• Gewicht und Komplexität: Das höhere Verdichtungsverhältnis von 1:30 erfordert eine schwerere Struktur, und die Kraftstoffeinspritzung, ein Getriebe und eine Turboaufladung erhöhen die Anzahl der Teile deutlich über die eines Benzinmotors. Vergleicht man die Systemmasse (Treibstoff plus Motor), gewinnt der Diesel nur bei Reichweiten, die heute meist von Jets geflogen werden. Ja, der Kraftstofffluss ist geringer (10 Gallonen pro Stunde für einen Diesel gegenüber 13,5 Gallonen pro Stunde für einen vergleichbaren Benzinmotor), hilft aber nur bei Reichweiten über ein paar hundert Meilen.
• Vibration! Bei diesem Verdichtungsverhältnis verursacht jede Zündung einen drei- bis viermal stärkeren Stoß auf das Triebwerk und die Flugzeugstruktur. Nicht nur das Triebwerk, sondern die gesamte Flugzeugstruktur muss darauf ausgelegt sein.

Fairerweise muss gesagt werden, dass ein moderner Benziner auch von Kraftstoffeinspritzung, Getriebe und Turboaufladung profitiert, und Zoche hat zunächst auf ein elektrisches System verzichtet und stattdessen auf Druckluft zum Starten des Motors gesetzt (eine Druckflasche verliert viel weniger von ihrer gespeicherten Energie). wenn er auf -20° gekühlt wird als eine Batterie), aber die praktischen Aerodiesel sind viel komplexer als die Motoren, die sie ersetzen sollen, was zu einem offensichtlichen Nachteil in Bezug auf die Zuverlässigkeit führt.

Thielert Centurion 1.7 in Diamond Twin Star ( Bildquelle )

Obwohl dies in dieser Frage teilweise behandelt wurde , ist es unterschiedlich genug, um eine Antwort zu rechtfertigen.

Ein Wort: Kosten

Bei der überwiegenden Mehrheit der leichten Kolbenflugzeuge sind die Vorteile von Diesel weit geringer als die damit verbundenen Kosten.

Dieselmotoren sind schwer, das liegt daran, dass der Dieselzyklus eher auf Zylinderdruck als auf einen Funken angewiesen ist, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Dies bedeutet, dass Dieselmotorblöcke zumindest teilweise aus Stahl bestehen müssen, da Aluminium nicht stark genug ist, um die Drücke aufzunehmen. Alle Flugdieselmotoren, von denen ich gelesen habe, haben einen hybriden Stahl-Aluminium-Block, der schwieriger und teurer in der Herstellung ist. Das Gewicht des Motors wirkt sich wie folgt auf die Kosten aus:

• Sie müssen einen Propeller mit variabler Steigung haben, um die gleiche Leistung zu erzielen
• Das zusätzliche Gewicht vorne bedeutet, dass Sie die Balance des Flugzeugs neu anordnen müssen, indem Sie Teile von vorne nach hinten bewegen
• Dieselkraftstoff erfordert eine komplette Überarbeitung des Kraftstoffsystems, daher müssen die Tragflächen für neue Tanks und die neue Verrohrung komplett geöffnet werden. Einige dieser Rohrleitungen dienen dazu, erwärmten Kraftstoff durch die Tanks zu leiten, um zu verhindern, dass der Kraftstoff bei niedrigen Temperaturen geliert
• Obwohl Dieselmotoren keinen Zündfunken benötigen, sind sie stark computerisiert, sodass sie für ihren Betrieb eine konstante elektrische Energie benötigen. Für Redundanz werden 2 Batterien benötigt. Mehr Gewicht, mehr Kosten
• Das Flugzeug muss eine STC (ergänzende Typenumwandlung) haben, um legal zu sein. Wenn Ihr Flugzeug keine hat, müssen Sie selbst dafür bezahlen, was Zehntausende bis Millionen von Dollar kostet
• Ihr Dashboard muss für die neuen Instrumente und Bedienelemente angepasst werden

Die Motoren sind also nicht nur teurer, der Einbau ist auch sehr teuer. Wenn Ihr Flugzeug nicht viel fliegt, würde es Jahrzehnte dauern, bis die Kosten wieder hereingeholt sind. Viele der anderen Nachteile (Mangel an Jet A1-Treibstoff auf vielen GA-Flugplätzen, Mangel an technischer Unterstützung für die Triebwerke usw.) würden verschwinden, wenn es billiger wäre, einen Diesel zu installieren.

Das Thema Gewicht wurde HP von vielen Herstellern bereits überboten. Es gibt 200-PS-Dieselmotoren auf dem Markt, die kleiner sind und weniger wiegen als ihre Gegenstücke von Lycoming oder Continental. Tatsächlich ist ihre Frontabmessung kleiner als bei Avgas-Motoren, was die Möglichkeit kleinerer und aerodynamischerer Verkleidungen bietet, was zu weniger Gewicht und höherer Leistung führt. Dieser Motor kann weiter verbessert werden, indem MT-Propeller verwendet werden, die leichter als herkömmliche Propeller sind und eine bessere Steigleistung bieten.

Die Kosten für den Dieselmotor werden ebenso sinken wie Computer mit mehr Volumen. Wenn wir bedenken, dass Düsentreibstoff 50 % bis 60 % billiger sein kann und einige Triebwerke 30 % bis 40 % effizienter sind als Avgas-Triebwerke, lohnt es sich für neue Flugzeuge, die Verwendung von Diesel in Betracht zu ziehen und das fast 100-jährige Veralten aufzugeben technologie der avgas-motoren.

Darüber hinaus bieten sich Dieselmotoren für die zukünftige Verwendung alternativer Kraftstoffe und Biodiesel an, die billiger als Biokraftstoff für Avgas-Motoren hergestellt werden könnten.

Bis die elektrische Technologie für die Luftfahrt keinen Gleichgewichtspunkt zwischen Geschwindigkeit und Reichweite erreicht, denke ich, dass die Zukunft für uns echte Piloten, die mit ständig steigenden Flugkosten fertig werden müssen, von niedrigeren Betriebskosten profitieren würde, wenn Dieselflugzeuge verfügbar wären.