Sind Turboprops effizienter als Kolbenmotoren (Schub pro Kraftstoffverbrauch)?

Nein, Kolbenmotoren sind effizienter.

Ihre Leistung wird in Kilowatt oder PS angegeben, da sich diese im Gegensatz zum Schub eines Propellers nicht stark mit der Drehzahl ändert. Indem Sie einen Kolbenmotor einige Male auf einem Prüfstand laufen lassen, können Sie vernünftige Zahlen erhalten, die über den gesamten Betriebsbereich gültig sind. Wenn Sie sie anhand ihres Schubs charakterisieren möchten, müssten Sie sich eine Motor-Propeller-Kombination mit einer bestimmten Geschwindigkeit ansehen, was nicht sehr hilfreich ist.

Jetzt fragen Sie nach technischen Daten moderner Motoren. Das Lustige ist, dass sich die Effizienz von Flugkolbenmotoren in den letzten Jahrzehnten nicht wesentlich verändert hat. Geht man bei Ottomotoren von 250 g Kraftstoff pro kWh bei Volllast aus, so gilt dieser Wert bereits für gute Motoren aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs wie den Jumo 213 A , der mit Benzin mit 87 Oktan betrieben wurde. Die niedrige Oktanzahl beschränkte die Verdichtung auf 6,93:1, während die höhere Oktanzahl des modernen AVGAS ein Verdichtungsverhältnis von 8,5:1 in Motoren wie dem Lycoming O-360 ermöglicht , der 280 g Kraftstoff pro kWh verbraucht. Durch das Hinzufügen von Kraftstoffeinspritzung konnte Lycoming den Kraftstoffverbrauch beim IO-390 , der erstmals 2002 in Betrieb genommen wurde, auf 240 g pro kWh reduzieren.

Dieselmotoren sind sogar noch effizienter; sie verbrauchen typischerweise 220 g pro kWh. Dieser niedrige Wert war bereits mit dem ehrwürdigen Jumo 205 der 1930er Jahre möglich, der bei seiner effizientesten Geschwindigkeit nur 213 g pro kWh verbrauchte. Moderne Aerodiesel laufen ähnlich effizient: Die von Continental übernommene Thielert -Motorenpalette verbraucht 220 g pro kWh .

Selbst die besten Turboprops erreichen selten weniger als 300 g pro kWh. Die modernste Version des altehrwürdigen Pratt&Whitney PT6 verbraucht 308 g pro kWh, und erst die jüngsten Entwicklungen können die Lücke zu Kolbenmotoren schließen. Der Progress D27 gibt einen spezifischen Kraftstoffverbrauch von 231 g pro kWh an, der Europrop TP400 von 237 g pro kWh. Beachten Sie, dass hier der Restschub des Auspuffs in eine äquivalente Nennleistung umgerechnet wurde, um so gute Werte zu erreichen.

Es gibt kein kleines Turbinentriebwerk, das auch nur annähernd den spezifischen Kraftstoffverbrauch (Pfund/PS/h oder Gramm/kw/h) eines Benzin- oder Diesel-Flugzeugtriebwerks hat. Turbinen sind leicht (lbs/Hp oder KG/Kw), verbrauchen aber erheblich mehr Kraftstoff. Turbinen sind auch extrem glatt, fast keine Vibrationen. Aber was die Effizienz betrifft, sind selbst unsere kleinen Flugkolbenmotoren mit alter Technologie und Turbinen einfach nicht sehr gut.

Typischerweise ist der spezifische Kraftstoffverbrauch umso schlechter, je kleiner die Turbine ist. Die Allison, jetzt Rolls, C250-Familie, sind schrecklich und erreichen manchmal 0,8 Pfund / PS / Stunde bei niedriger Reisegeschwindigkeit. Die großen Turbinen, wie die AE2100, können auf 0,4 runtergehen, aber diese Triebwerke haben eine Nennleistung von 5.000 PS, viel zu groß für Leichtflugzeuge.

Ein besonders störender Aspekt des turbinenspezifischen Kraftstoffverbrauchs besteht darin, dass er bei niedrigeren Leistungseinstellungen schlechter ist. Dies ist einer der Gründe, warum die meisten Turbinenflugzeuge dazu neigen, so hoch wie möglich zu fliegen, da sie in großer Höhe viel näher an der maximalen Leistung laufen, um die beste aerodynamische Effizienz zu erreichen. Kolbenmotoren neigen dazu, ihren besten spezifischen Kraftstoffverbrauch bei relativ niedrigen Leistungseinstellungen zu erreichen, so dass ein niedriges und langsames Fliegen die Reichweite nicht annähernd so stark beeinträchtigt wie bei einem Turbinenflugzeug.

Mit der Einführung mehrerer neuer Dieselflugmotoren hat sich die Effizienz von Kolbenflugmotoren deutlich verbessert. Einige dieser Dieselmotoren haben einen spezifischen Kraftstoffverbrauch im Bereich von 0,35 lb/PS/h, besser als selbst die effizientesten großen Flugzeugturbinen, und fast die Hälfte eines kleinen Turboprops bei niedrigem Reiseflug.

Die obige Grafik stammt von Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design:

Abb. 4-1 zeigt die stündlich verbrauchte Kraftstoffmenge einiger repräsentativer Beispiele in den oben genannten Kategorien, wobei die Zahlen für den Reiseflug bei einem gegebenen Schub, der gleich dem Luftwiderstand ist, gelten.

Die Grafik zeigt, dass Turboprop-Motoren einen etwas höheren Kraftstoffverbrauch haben als Kolbenmotoren, die zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Buches ausschließlich Avgas-Motoren waren. Die Grafik zeigt den Stand der Technik von vor 40 Jahren.

Turbinen sind nicht so effizient wie Kolbenmühlen, aber der Unterschied ist nicht so groß, wie Sie vielleicht denken, wenn Sie die verbesserte Leistung berücksichtigen. In optimaler Höhe verbrennt der Meridian [Turboprop] etwa 31 gph im Vergleich zu 20 gph auf dem Mirage [Kolben], ungefähr 50 % mehr. Das liegt daran, dass Kolbenmotoren effizienter sind und einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch (0,43 lbs./PS/h) im Vergleich zu Turbinen (0,58 lbs./shp/h) bieten.

Quelle: planeandpilotmag.com

Bei den Verbrauchskriterien ist also ein Kolbenmotor effizienter. Aber ein Turboprop kann schneller fliegen, dh mit weniger Treibstoff ankommen.

Wenn Sie einen Motor nach seinem Schub bewerten möchten, müssen Sie den Propellerwirkungsgrad bei den angegebenen Kriterien für Ihren Test kennen. Sowohl die Triebwerksleistung als auch die Schubleistung ändern sich mit Höhe und Geschwindigkeit. Nur ein Strahltriebwerk oder ein Turbofan-Triebwerk sollte nach Schub bewertet werden, und selbst dann ändert er sich mit Höhe und Geschwindigkeit. Akzeptieren Sie keine Buchnummern für die Requisiteneffizienz, da sie sich auf der ganzen Karte ändern.

Ich ging und brach zusammen, wie viel Kraftstoff verbrannt wird, um eine PS im Lycoming 720 im Vergleich zum pt6 zu erzeugen, und der Kolbenmotor erwies sich als zwischen 7 und 8 Prozent effizienter als der Turboprop.

Pt6 ungefähr 088-0,089 Gallonen pro PS pro Stunde Lycoming 720 ungefähr. 081-0,082 Gallonen pro PS pro Stunde