Warum werden noch Propellerflugzeuge gebaut?

Strahltriebwerke sind nur in großen Höhen und bei hoher Geschwindigkeit (etwa 25.000 Fuß und mehr als 300 Knoten wahre Fluggeschwindigkeit) effizient. Die Kosten für die Herstellung und den Betrieb eines Flugzeugs, das dort fliegen kann, sind sehr hoch, und die meisten Flüge der allgemeinen Luftfahrt benötigen keine solche Leistung (oder Kosten), daher Propellerflugzeuge.

Propellerflugzeuge mit Kolbenmotor sind relativ effizient bei niedrigen Höhen und Fluggeschwindigkeiten, sie sind wirtschaftlicher für die durchschnittlichen Arten von Flügen der allgemeinen Luftfahrt. Sie sind auch viel billiger zu bauen und zu betreiben als ein Flugzeug mit Turbinenantrieb.

Turboprops füllen die Effizienzlücke zwischen Hubkolben- und reinen Strahltriebwerken, da sie bei mittleren Höhen und Fluggeschwindigkeiten am effizientesten sind. Immer noch mehr Aufwand und Leistung als die meisten Flüge der allgemeinen Luftfahrt benötigen.

Es ist alles missionsbezogen.

Propellermotoren – und ich schließe Turboprops ein – sind bei niedrigeren Geschwindigkeiten und Höhen viel effizienter. Beispiel: das Frachtflugzeug C-130 Hercules. Es kann viel kürzer in Felder ein- und aussteigen als ein Turbojet oder Turbofan, während es eine große Last transportiert, weil es diese riesigen Propeller hat, die in die Luft krallen. Jets haben, wie bereits erwähnt, den Vorteil hoch und schnell. Aber das ist nicht die Mission des Herkules.

Wie bereits erwähnt, sind sie in niedrigeren Höhen effizient (und dienen der GA-Mission recht gut), aber in vielerlei Hinsicht läuft es einfach auf die Kosten hinaus. Es gibt Unternehmen da draußen, die kleinere Jets wie Cirrus mit dem SF50 entwerfen und daran arbeiten . Dann gibt es da draußen ein paar Jets wie die Cessna Citation Mustang , die als Einzelpilot zertifiziert sind und mit entsprechenden Berechtigungen auf einem PPL geflogen werden können. Aber Tatsache bleibt, dass es weder billig noch einfach ist, ein neues Flugzeug auf den Markt zu bringen. Cirrus hat ihren Jet 2008 zum ersten Mal geflogen und ist immer noch nicht offiziell auf dem Markt. Das bedeutet, dass sie vom Prototyp bis zur Markteinführung fast 8 Jahre vergehen, und ich bin sicher, dass die ersten Linien dafür lange vor 2008 gezogen wurden.

Auf der anderen Seite haben Unternehmen wie Piper und Cessna bewährte Designs, die auch nach heutigen Maßstäben noch schnell und einfach zu warten sind. Sehr viel das Problem "Wenn es nicht kaputt ist, repariere es nicht". Es ist kein Geheimnis, dass die GA-Verkäufe rückläufig sind und einige der Unternehmen besser abschneiden könnten.

Es gibt ein kleines Sicherheitsproblem. Propellerflugzeuge sind schön und einfach zu fliegen, mit schneller Gasannahme und niedrigeren Geschwindigkeiten machen sie großartige Trainer. Einige mögen argumentieren, dass Jets einfach zu viel Flugzeug für einen neuen Piloten sind.

Für das, was es wert ist, gibt es einige sehr schnelle Kolben-Singles da draußen. Die Glasair behauptet eine Reisegeschwindigkeit von 252 Ktas (obwohl sie experimentell ist) und die Vollserie Mooney Acclaim Type S erreicht 242 Ktas, beide Flugzeuge nähern sich Turboprop-Geschwindigkeiten an den Kolbenmotor an, während ein altes Design immer noch Leistung (und hohe Geschwindigkeiten) liefern kann.

Es gibt auch einige Überschneidungen mit Automobil-Kolbenmotoren. Im Laufe der Geschichte gab es einige für Flugzeuge zugelassene Automotoren. Es waren einmal einige Motoren von Ford , die ihren Weg in Flugzeuge fanden. Mooney hat mindestens zweimal versucht, Automotoren zu verwenden, beginnend mit dem Crosley-Motor , der in frühen Mites gefunden wurde, und gipfelte in dem epischen (wenn Sie ein Porsche-Fan wie ich sind) PFM3200, der den Porsche 3.2 -Motor aus dem Carrera der späten 80er Jahre enthielt. Während der PFM3200 mit Problemen gespickt war und Porsche schließlich die FAA-Zertifizierung für den Motor fallen ließ, war er eine interessante Demonstration der Technik. Teile für den 3.2 waren wohl einfacher zu kaufen und es gab viele Leute, die wussten, wie man daran arbeitet. Derzeit bietet Diamond aDiesel DA42 , der mit modifizierten Automotoren läuft. Wieder mit einem straßenerprobten Motor. Die Kosten sind also nicht nur darauf zurückzuführen, dass die Motoren billiger herzustellen sind, sondern in viel höheren Stückzahlen hergestellt werden und dass mit dieser Masse ein Teil der Konstruktionskosten kompensiert werden kann.

Kolbengetriebene Propellertriebwerke sind:

• Billiger. Da es sich bei dem Motor um ein bewährtes und gut verstandenes Design handelt, sind sie billiger zu entwerfen, herzustellen und zu warten, was die Kosten für den Piloten senkt. Sie können eine ältere Piper Cherokee für etwa 40.000 US- Dollar abholen, die gut ausgestattet ist und viele Stunden vor ihrer nächsten Überholung hat. Die absolut billigste Piper-Turboprop, die ich mit einer schnellen Suche finden kann, ist eine zweimotorige Cheyenne für 275.000 US- Dollar , und sie muss wahrscheinlich überarbeitet werden, da sie im Durchschnitt näher an 400.000 US- Dollar liegt. Andere Turboprop-Flugzeugzellen nähern sich 2 Millionen Dollar pro Stück.

• Kleiner. Ein luftgekühlter Vierzylinder-Saugkolbenmotor ist nicht viel größer als der V-Twin eines Motorrads. Kleiner ist tendenziell gleich leichter, und es ermöglicht auch mehr Kabinenraum in einem Rumpf mit demselben Gesamtvolumen und weniger Schwankungen des Schwerpunkts mit dem Kabinengewicht (was bei kleinen Flugzeugen eine große Sache ist).

• Einfacher. Mit einem luftgekühlten Flugzeug mit Kolbenmotor und fester Steigung kann man nicht so viel falsch machen. Dies reduziert wiederum die Wartungskosten, erhöht aber auch die Sicherheit, indem die "mittlere Zeit zwischen Ausfällen" verlängert wird, die Notfallmaßnahmen erfordern würde. Propeller mit konstanter Geschwindigkeit sind mechanisch etwas komplexer, aber nicht so schlimm. Turboprops noch etwas komplexer.

• Bessere Leistung in niedrigen Höhen. Die meisten Turbofans sind für den Betrieb über 10.000 Fuß ausgelegt, während die meisten Propellerfahrzeuge für den Flug bei 8.000 oder darunter ausgelegt sind, da ihre Kabine drucklos ist. In niedrigeren Höhen, wo die Luft dicker ist, laufen Kolbenmotoren effizienter und kühler als Turbofans und viel besser als reine Jets.

Ultraleichte Jets waren vor einem Jahrzehnt der letzte Schrei und hoben nie ab: Sie waren zu treibstoffineffizient. Propeller wandeln die chemische Energie des Treibstoffs viel besser in Schub um, der das Flugzeug vorwärts treibt, als Jets.

Aerodynamischer Schub kann geschrieben werden als$T = \dot{m} \cdot \Delta V$, mit$\dot{m}$der Luftmassenstrom in kg/s und$\Delta V$die Geschwindigkeitszunahme der angetriebenen Luftmasse in m/s. Um die höchste Antriebseffizienz zu erzielen, beschleunigen Sie die größte Luftmenge auf die kleinste$\Delta V$. Propeller haben eine viel größere effektive Scheibenfläche als reine Strahltriebwerke und liefern viel mehr Schub pro installierter Triebwerksleistung als reine Strahltriebwerke.

Der Turbofan ist viel sparsamer als ein reiner Jet, da der große Bypass-Lüfter ähnlich wie ein Propeller funktioniert. Der Turbofan ist jedoch immer noch weniger effizient als ein Turboprop, einfach wegen des größeren Blattradius.

Die Frage Kolbenmotor vs. Turbinenmotor für die allgemeine Luftfahrt ist eine ganz andere. Kolbenmotoren sind schwerer, haben aber einen besseren Kraftstoffverbrauch. Vom Gewicht her skalieren sie sehr schlecht, während hier die Turbinen voll zur Geltung kommen: Nichts geht über eine große Turbine im Leistungs-/Gewichtsverhältnis. Kleinere Turbinen sind aufgrund niedrigerer Druckverhältnisse von Schaufel-/Deckbandspalten nicht sehr effizient.

Ganz einfach: Propellerflugzeuge werden hergestellt, weil die meisten Flughäfen weltweit zu kurze Start- und Landebahnen für Jets haben.