Was bedeutet eigentlich die PS-Angabe in Bezug auf einen Flugzeugmotor?

Was ist PS? Es ist ein Maß für die Arbeit, die ein Pferd in einer Stunde leisten kann, erfunden in der Zeit der Dampfmaschinen, um zu verstehen, was sie leisten konnten, in einer Zeit, als alle Arbeit von Menschen und Pferden erledigt wurde. Wie vor der SI üblich, gab es viele Definitionen von Pferdestärken. Hier ist die aus dem Wiki, was ein metrisches Pferd tun könnte:

Beachten Sie, dass das Bild ein Zeitelement enthält: Wenn das Pferd den ganzen Tag braucht, um das Gewicht einen Meter in die Höhe zu heben, ist es nicht sehr kraftvoll.

Heutzutage ist die Einheit der Leistung das Watt, nach James Watt, der die PS-Einheit prägte, um seine Dampfmaschinen zu verkaufen. Sie ist definiert als die Kraft in Newton, die erforderlich ist, um 1 Kilogramm in einer Sekunde über einen Meter zu bewegen:

In diesen Einheiten können Sie eine Kraft mal eine Geschwindigkeit sehen, und das ist eine Art zu sehen, was Leistung ist: Sie brauchen mehr Leistung, um schneller einen Hügel hinauf zu fahren. Aber das sind lineare Einheiten, und die meiste Kraft wird von Rotationsmotoren erzeugt. Rotationseinheiten sind Drehmoment (N*m) und wie schnell sich der Motor dreht (rad/s).

Bei Motoren macht es einen Unterschied, wo Leistung gemessen wird. Durch Reibung und Energieumwandlung entstehen immer Verluste, und je näher man an der Abtriebswelle des Motors misst, desto höher der Messwert. Das machen Fahrzeughersteller eher so: Die Motorleistung eines Autos wird an der Kurbelwelle gemessen, nicht an den Rädern, die Sie tatsächlich über die Straße bringen, denn zwischen Motor und Rädern gibt es Übertragungsverluste.

Interessant ist die Frage, warum Leistung für die Motorleistung verwendet wird und nicht Kraft oder Drehmoment. Es ist Kraft, die uns beschleunigt:$F = m \cdot a$. Wir können die Motorkraft oder das abgegebene Drehmoment nach Bedarf übersetzen – wenn das Getriebe keine Verluste hätte, wäre die Leistung vor und nach dem Getriebe gleich. PS ist also nützlich, um die Fähigkeiten von Motoren unabhängig vom Getriebe zu vergleichen. Sie werden jedoch immer maximale Fähigkeiten sein.

Bei einem Flugzeug muss die Motorleistung das Flugzeug über den Propeller antreiben. Der Propeller liefert den Schub T und kann das Flugzeug mit der Geschwindigkeit V antreiben, wobei die maximale Geschwindigkeit dort liegt, wo der Luftwiderstand dem Schub entspricht. Die Motorleistung ist Schub mal Fluggeschwindigkeit plus der Leistung, die zur Überwindung von Verlusten erforderlich ist: mechanische Verluste aufgrund von Reibung und aerodynamische Verluste aufgrund der Propellereffizienz.

Ihre Frage zu einem Flugzeug mit einem Viertel des Gewichts und einer ähnlichen Größe. Der Schub ist erforderlich, um den aerodynamischen Widerstand zu überwinden, sowohl den Reibungswiderstand als auch den induzierten Widerstand durch den Auftrieb. Der Reibungswiderstand bleibt gleich, der durch Auftrieb verursachte Widerstand beträgt 1/4 der Version mit vollem Gewicht. Sie benötigen mehr als 45 PS, um das Viertelgewichtsflugzeug dazu zu bringen, mit der gleichen Reisegeschwindigkeit zu fliegen.

Das Bild stammt aus dieser äußerst informativen Quelle : Die parasitäre Leistung bleibt gleich, die induzierte Leistung verringert sich um den Faktor 4. Beachten Sie, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten die induzierte Leistung dominiert, bei hohen Geschwindigkeiten die parasitäre Leistung. Mit einem 45-PS-Motor wird man also abheben, wenn das Gewicht um den Faktor 4 reduziert wird, aber die Höchstgeschwindigkeit wird viel geringer sein.

Ich entschuldige mich, wenn ich zu stark vereinfache, aber die Leistung eines Kolbenmotors kann im Allgemeinen an den Rädern oder an der Kurbel gemessen werden. Da Flugzeuge keine angetriebenen Räder haben, messen wir lediglich die Leistung, die der Motor an der Kurbel-/Ausgangswelle liefern kann, wo wir unseren Propeller direkt anbringen können.

Wenn Hersteller Pferdestärken angeben, meinen sie wirklich „maximale Pferdestärken“. Dies wird direkt aus dem Drehmoment berechnet, das der Motor bei einer bestimmten Drehzahl liefern kann. Der Motor liefert unterschiedliche (dh weniger) Leistungen bei unterschiedlichen Drehzahlen. Sie können sich PS also als die Berechnung des Drehmoments multipliziert mit der Drehzahl vorstellen. (Es wird dann tatsächlich durch einen beliebigen Wert geteilt, um es in "Pferde" zu verwandeln), wobei der Listenwert die höchste Kombination aus Drehmoment x U / min ist, die der Motor liefern kann.

Das Drehmoment ist das Maß für die tatsächliche Kraft, die die Drehung des Motors liefern kann. Da die Drehzahl der Multiplikator ist, kann ein sehr, sehr schneller Motor mit niedrigem Drehmoment mehr PS haben als ein langsamer, aber drehmomentstarker Motor. Denken Sie an den Unterschied zwischen einem Lastwagen und einem leichten Sportwagen – der Lastwagen benötigt viel mehr Kraft, um sich zu bewegen, sodass ein PS-starker Sportwagenmotor nutzlos ist, wenn er nicht das erforderliche Drehmoment liefern kann.

Alleine sagt es auch noch nichts über die Effizienz aus oder beispielsweise wie lange die Komponenten dies durchhalten können. Es definiert auch nicht, wie diese Leistung genutzt wird - 100 PS bis hin zu einem Propeller mit Federn führen beispielsweise zu anderen Ergebnissen als ein Propeller ohne Federn.

Wie klar sein sollte, erzählt ein einzelner Pferdestärkenwert nicht annähernd die ganze Geschichte über einen Motor.

Für jeden Nicht-Kolbenmotor bräuchten wir diesen Wert an irgendeiner Art von Abtriebswelle, um ihn eins zu eins zu vergleichen. Sie benötigen genauere Details zur Messung eines bestimmten Motors, um festzustellen, wo die Messung durchgeführt wurde.

Schließlich, auch wenn der Vergleich „fair“ ist, weil Leistung ein Produkt aus Drehmoment und Drehzahl ist, können wir nicht sagen, dass zwei 100-PS-Motoren gleich sind. Wir müssten genau wissen, wann in der „Leistungskurve“ diese Leistung geliefert wird. Dies ist nicht linear, daher die Anforderung, Motoren zu dynographieren.

Wenn Sie jedoch zwei Motoren finden könnten, die dieselbe Leistung bei derselben Drehzahl liefern (dh sie wären in einem Diagramm gleich), dann sollte die Leistung ähnlich sein. Aber dann müssen wir leider über Dinge wie die Reaktionszeit diskutieren, wo zum Beispiel ein Strahltriebwerk lange brauchen kann, um hochzufahren, aber ein Elektromotor fast verzögerungsfrei ist.

TL;DR Kraftwerke zu vergleichen ist wirklich sehr schwer, selbst mit vollen Zahlen. Der Vergleich auf der Grundlage einer einzelnen Zahl ist bestenfalls vage indikativ.

Ergänzend zu den anderen Antworten: Bei Verbrennungsmotoren ist die Nennleistung die maximale Leistung, die der Motor abgeben kann, dh bei Vollgas und im optimalen Drehzahlbereich. Eine umfassendere Möglichkeit, um anzuzeigen, wie viel Leistung ein Motor hat, ist die Leistungs-/Drehmomentkurve wie in diesem zufälligen Beispiel :

Dies zeigt, wie sich die Ausgangsleistung mit der Drehzahl ändert. Die Spitze in dieser Kurve wird als Nennleistung angegeben.

Bei Elektromotoren hingegen wird oft die Eingangsleistung angegeben, sicherlich für die Art von Elektromotor, die Sie zu Hause haben. Bei Elektromotoren ist das eine wichtige Zahl, weil man die Stromversorgung entsprechend dimensionieren muss: Wer einen 10-kW-Motor an einen Penlite-Akku anschließt, kommt nicht weit.

Heute sind Elektromotoren sehr effizient: Etwa 95 % der Eingangsleistung werden in Bewegung der Ausgangswelle umgewandelt. Ihre Wasserpumpe wandelt 950 W in Bewegung und nur 50 W in Wärme um.

Verbrennungsmotoren sind weitaus weniger effizient. Ein wirklich guter Benzinmotor wandelt etwa 30 % der Energie seines Kraftstoffs in Bewegung um (Diesel kann bis zu 40 % erreichen). Der Rest geht als Wärme und Lärm über das Kühlsystem und den Auspuff verloren.