Turboprop vs Turbofan

[cosy]

Im Zusammenhang mit Diskussionen im FF

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habe ich die Behauptung aufgestellt, dass (im Prinzip) ein elektrisch angetriebenes Flugzeug [in Zukunft] ungeeignet ist, den heutigen Stand der Technik betr. Performance eines z.B. Kurzstreckenflugzeugs zu ersetzen.

..ausser man begnügt sich in Zukunft ausschliesslich der Einsatzprofile à la ATR-42.

Die frühestens 10-20 Jahre ist ein echter Ersatz nur denkbar, indem man den Umweg über Biofuel /H2 geht, da die Speicherung von Elektrizität noch um den Faktor 10 unter derjenigen von Kerosen liegt. Auch verflüssigtes H2 im Rumpf ist da keine vergleichbare Lösung.

Eine Alternative wäre Brennstoffzellen, aber die sind im absehbaren Horizont nicht denkbar für die Leistungsklasse à la 2x CFM56.(insb. im Raumbedarf inkl Treibstoff: grösser als das Flugzeug selbst).

 

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Erläuterung:

Eta(p): Gesamtwirkungsgrad Schubarbeit= (Schubarbeit/Brutogewinn an kinetischer Energie zwischen Summe-Luftmassestrom IN und -Luftmassestrom OUT)

Cruise-Speed: effektive Airspeed im Arbeitseinsatz gemäss Handbuch auf Level

 

Conclusion:

Der max. Wirkungsgrad einer Turboprop (hier mit 2x PW-120-series) ist im Vergleich zu einem Strahltriebwerk mit hohem Nebenstromverhältnis (beim 320 CEO die CFM56-series) sogar noch einige Prozentpunkte besser!!,

Jedoch ist der quadratische Leistungsbedarf mit zunehmender Geschwindigkeit so stark, dass der Turboprop im optimalen Speedbereich der A320 eine ungeheuer grosse Leistung bereitstellen müsste.

dadurch:

Vorteile von Turboprops vs Turbojet:

- Wirkungsgrad leicht besser

- weniger Lärm

Nachteile

- Eintrittsgeschwindigkeit der Luft zum Antrieb  sehr viel tiefer für optimalen Wirkungsgrad

 

Cosy

 

[cosy]

Nach einer kurzen 'physischen' Diskussion heute morgen in der Pause möchte ich noch etwas präzisieren:

Betr. der blauen Kurve für Mantelstromtriebwerke:

• Ja, es ist so: je schneller man mit dem Strahltriebwerk fliegt, desto höher steigt der Wirkungsgrad (im Prinzip)
• Trotzdem ist es nicht so, dass jede neue Modellgeneration im Cruise e.g. 10% schneller fliegt als die Vorhergehende (das Gegenteil ist der Fall: zu Zeiten der Concorde-Einführung waren die Cruise- Werte etwas höher als heute- man flog aber auf tieferen FL, so dass absolute Streckenzeiten nicht vergleichbar sind mit damals)
• Mit zunehmender Reisegeschwindigkeit benötigt man viel mehr Schubleistung :  (wirklich) grob gesagt ungefähr P=f(v)  :  a*V+b*V^2

[Suricato]

Das ist nichts neues. Elektrisch Fliegen war in dem meisten Fällen ein Medien-Hype und macht nur für Leichtflugzeuge und Drohnen Sinn solange die Energiedichte der Batterien so gering ist.

 

https://www.mh-aerotools.de/company/paper_14/09 - Electric Flight - Hepperle - DLR.pdf

 

https://www.mh-aerotools.de/company/paper_14/MP-AVT-209-09.pdf