Leistungssteuerung bei einer Turboprop

[Thomas Esser]

Hallo Leute,

 

der gute alte FS98 beherrschte ja die Turboprops nicht richtig. Damals flog ich auch noch Turboprops. Mit dem FS2000, der diese ja etwas besser simulieren konnte brach bei mir - nicht zu letzt durch hervorragende Add-Ons - die mehr oder weniger reine Jetzeit aus Jetzt ist der FS2002 da und ich möchte mich gerne wieder etwas mehr mit den propelle r-getriebenen Flieger beschäftigen. Lange Rede kurzer Sinn, hier meine Fragen dazu:

 

- Torque = Drehmoment ist klar. Aber wie interpretiere ich das richtig? Bei den Jet's kannman ja z.B. den N1 Wert analog zu Schub setzen. Bei Torque scheint mir das nicht so ganz zu funktionieren. Ich kann z.B. einen hohen Torque Wert haben, trotzdem bewegt sich der Flieger keinen Meter

- Wie bedient man die Condition Levers richtig? Was stellen diese Hebel ganz genau ein?? Die haben etwas mit der RPM zu tun, aber wie geschieht das?

- Was sind typische Settings zwischen schub und Condition für Start, Reise und Landung? (im allgemeinen)

- Warum geht Torque hoch wenn man die Condition Lever nach hinten zieht und vollen Schub gibt?

 

Kurzum es geht mir um das richtige Powersetting bei Turboprops. Das scheint mir etwas komplizierter zu sein, als bei einem Jet-Triebwerk (da gibt es ja nur viel oder wenig Schub ). Wäre für möglichst detaillierte Infos sehr dankbar. Links etc. wären auch klasse!

 

Vielen Dank schonmal.

 

Gruß

Thomas

[Christoph]

Hallo Thomas!

 

Vorneweg: ich werde nachher noch ein paar passende Cockpit-Bilder suchen und dann hier anhaengen...

 

Vorneweg 2: leider wird sowohl beim FS2000 als auch beim FS2002 das Turboprop-"Verhalten" nicht richtig simuliert. Das sind allerdings nur Feinheiten, die fuer den "normalen" Flusi-Betrieb nicht wichtig sind.

 

 

Prinzipiell funktioniert die Triebwerksbedienung bei einem Turboprop aehnlich wie bei einem Kolbentriebwerk. Man hat einen Hebel fuer die Leistung (=zugefuehrte Spritmenge), einen fuer die Propellerdrehzahl und je nach Modell noch einen Hebel fuer das "Gemisch".

 

Zusaetzlich muss man noch die Bauart der Turbine beruecksichtigen, da gibt es Einwellen-, Zweiwellen- und sogar Dreiwellen-Triebwerke. Je nach Bauart reagiert das Triebwerk z. B. anders auf eine Veraenderung der Leistung, und die Verfahren z. B. zum Anlassen sind auch unterschiedlich.

 

Ich werde mich hier auf das Zweiwellentriebwerk beschraenken, da ich mit den anderen bisher gar keine oder nur wenig Erfahrung gesammelt habe. Die King Air 350 im FS ist uebrigens auch mit so einem Triebwerk ausgeruestet, einer Pratt & Whitney PT6A-60A.

 

 

Das Design der Bedienelemente kann je nach Flieger komplett unterschiedlich ausfallen, bei den kleineren Fliegern wie z. B. der Piper Cheyenne sieht alles aus wie in einer Seneca (die Hebel sind schwarz, blau und rot), bei einer Dash 8 gibt's nur 2 Hebelpaare, und die sind extra gross ;-)

 

 

Der "Gemisch"-Hebel (=Condition Lever) hat in der Regel nur 2, manchmal auch 3 Positionen. Damit wird quasi der komplette Treibstoff-Fluss an- und abgeschaltet, bei Hebeln mit 3 Stellungen kann man zusaetzlich die Leistung im Leerlauf regeln. Die Positionen werden darum auch meistens "cut-off" und "run" oder auch "cut-off", "ground idle" bzw. "low idle" und "flight idle" bzw. "high idle" bezeichnet.

 

Bei Triebwerken mit nur 2 Hebeln ist die Condition-Funktion meistens in den Propeller-Hebel integriert.

 

 

Der Propeller-Hebel funktioniert eigentlich genau gleich wie bei einem Kolbentriebwerk, und zwar steuert er den Governor, der die Propeller-Drehzahl regelt und begrenzt. Der Hebel laesst sich stufenlos zwischen maximaler und minimaler Drehzahl bewegen, zusaetzlich kann man damit die Propeller-Blaetter feathern, d. h. in die Segelflugstellung bringen, z. B. bei einem Triebwerksausfall.

 

 

Der letzte Hebel schliesslich ist der Power Lever. Dieser ist mit der FCU (=Fuel Control Unit) verbunden und regelt so den Treibstoff-Fluss. Wenn man die Leistung erhoeht, erhoeht sich dadurch die Drehzahl der Turbine.

 

Bei einem Zweiwellen-Triebwerk sitzen Turbine und Propeller auf zwei getrennten "Achsen" und sind nicht direkt miteinander verbunden. Vereinfacht ausgedrueckt wird die "Propeller-Achse" durch den Abgasstrahl der Turbine angetrieben.

 

Wenn man nun also die Leistung und dadurch die Drehzahl der Turbine erhoeht, erhoeht sich dadurch indirekt auch die Propeller-Drehzahl, allerdings nur so lange, bis die maximale oder am Prop-Lever eingestellte Drehzahl erreicht ist.

 

Erhoeht man die Leistung nun weiter, dann vergroessert der Govenor den Anstellwinkel der Propeller-Blaetter. Dadurch erhoeht sich der Wiederstand, und die Drehzahl steigt nicht weiter an - dafuer aber das Drehmoment!

 

Wenn man also z. B. beim Start die Leistung von Idle auf maximale Startleistung steigert, dann erhoeht sich zuerst die Drehzahl, der Torque erhoeht sich nur gering. Wenn schliesslich die maximale bzw. eingestellt Drehzahl erreicht ist, erhoeht der Governor den Anstellwinkel der Propeller-Blaetter, die Drehzahl bleibt konstant und der Torque steigt schnell nach oben.

 

 

So, das muss jetzt erst mal reichen - spaeter kommen dann wie angekuendigt noch ein paar Bilder und dazu passend die "Handgriffe" beim Anlassvorgang.

 

 

Gruss,

Christoph

[Christoph]

Ok, weiter geht's ;-)

 

Hier nun ein paar Bilder:

 

De Havilland Dash 8

 

Wie oben schon beschrieben gibt es hier nur 2 Hebel, links die beiden Power Lever und rechts die Prop Lever, kombiniert mit dem Condition Lever (Beschriftung "Fuel" ganz unten).

 

Was ich vorhin ganz vergessen habe: im Gegensatz zu Kolbentriebwerken gibt es bei Turboprops auch "Umkehrschub", der im Gegensatz zu Jets auch bei niedrigen Geschwindigkeiten sehr effektiv ist und daher auch beim Rollen benutzt werden kann.

 

Hierzu wird der Anstellwinkel der Propeller-Blaetter einfach reduziert bis er 0 Grad betraegt und der Propeller dann quasi wie ein Brett der Luft gegenueber steht (bei der Dash 8 als "DISC" bezeichnet, bei der Cheyenne als "Beta Range") oder sogar noch weiter, bis die Blaetter einen negativen Anstellwinkel haben (Reverse). So kann man dann sogar rueckwaerts rollen ;-)

 

 

Beechcraft Kingair 200

 

Die Kingair verwendet das gleiche Prinzip (und auch die gleichen Triebwerke) wie die Cheyenne, naemlich mit 3 Hebeln. Links der Power Lever mit Markierung fuer den Reverse-Bereich, in der Mitte der Prop Lever mit Feather-Bereich und ganz rechts der Condition Lever.

 

Piper Cheyenne 400

Rockwell Commander 690

 

Die Cheyenne 400 ist die einzige Cheyenne mit einem Einwellentriebwerk von Garrett, ebenso der Rockwell Commander. Beide haben nur 2 Hebel pro Triebwerk zur Bedienung.

 

Flugzeuge mit Einwellenturbine kann man sehr leicht von aussen erkennen, wie man auf folgendem Bild sieht:

 

Piper Cheyenne 400 - Aussenansicht

 

Da bei dieser Bauart die Turbine direkt mit dem Propeller (bzw. dem Getriebe) verbunden ist, wird beim Anlassen sehr viel Energie benoetigt, um alles in Schwung zu bringen. Damit nun durch die Propeller nicht noch zusaetzlich Luftwiederstand erzeugt wird, haben die Blaetter einen sehr geringen Anstellwinkel.

 

Bei Zweiwellentriebwerken ist genau das Gegenteil der Fall, wenn hier beim Abstellen der Hydraulikdruck sinkt, werden die Propeller-Blaetter durch eine Feder automatisch in die Feather-Stellung (maximaler Anstellwinkel) gebracht. Da die Turbine hier keine direkte Verbindung zum Propeller hat, gibt es beim Anlassen auch keine Probleme (man kann sogar theoretisch den Propeller festhalten, die Turbine laeuft trotzdem).

 

Von der Cheyenne 400 wurden nicht sehr viele produziert, darum gibt es zur Zeit auch nur 2 Stueck mit deutscher Zulassung. Leider hatte ich noch nicht das Vergnuegen, so eine Kiste zu fliegen, darum kann ich da nicht mehr dazu sagen.

 

 

Piper Cheyenne IA

 

Das hier ist nun mein typischer Arbeitsplatz ;-)

 

Die Triebwerks-Instrumente in der Mitte von oben nach unten:

 

Torque

ITT (Inter Turbine Temperature)

Prop RPM

Turbine RPM (N1 oder Ng, g = gas generator)

Fuel Flow

Fuel Pressure

Oil Pressure

Oil Temperature

 

 

Piper Cheyenne IA - Overhead Panel

 

Beim Overhead-Panel ist die untere Reihe zustaendig fuer die beiden Triebwerke, in der Mitte aufgeteilt fuer die linke und rechte Seite.

 

Die beiden aeusseren Schalter sind fuer Ice Protection und Oelkuehlung, und haben mit dem Thema hier nichts zu tun. Der rote Schalter ist fuer die Fuel Pumps, der gelbe fuer den Starter und Generator, und der dazwischen fuer die Ignition.

 

 

Ein Anlassvorgang bei einer Cheyenne sieht nun wie folgt aus (und kann im FS2000/2002 mit der Kingair aehnlich durchgefuehrt werden).

 

 

Vorbereitung:

Power Lever und Condition Lever auf unteren Anschlag (Idle und Cutoff), Prop Lever auf High RPM (je nach Flugzeugmuster aber auch auf Low RPM *g*). Fuel Pumps aus, Generator aus.

 

Nun wird eine der Fuel Pumps eingeschaltet (in der Regel wird bei jedem Flug abgewechselt) und die Ignition auf "Manual" geschaltet. (Manche Flieger haben eine Auto-Ignition, d. h. wenn der Torque unter einen bestimmten Wert faellt oder beim Anlassen wird die Ignition automatisch aktiviert.)

 

Nun wird der Starter aktiviert, und die Turbine beginnt sich zu drehen. Wenn sich die Turbinendrehzahl (N1) bei ca. 12% stabilisiert hat, stellen wir den Condition Lever auf "run" oder "low/ground idle".

 

Alles weitere funktioniert jetzt genau wie bei einem Jet-Triebwerk. Es wird Kerosion in die Brennkammer eingespritzt, durch die "Zuendkerzen" endzuendet, durch die Verbrennung werden Turbinen-Raeder angetrieben, die Turbine beschleunigt weiter, etc.

 

Bei ca. 50% N1 reicht die Energie der Verbrennung dann aus, um die Turbine "in Schwung" zu halten. Jetzt werden Starter und Ignition abgeschaltet, und mit dem Power-Lever wird die Drehzahl auf 68% N1 erhoeht, damit beim Zuschalten des Generators die Drehzahl nicht zu stark abfaellt durch das Laden der Batterie.

 

 

Das zweite Triebwerk laesst man nun genauso an, je nach Modell wird vorher noch der erste Generator abgeschaltet, damit der komplette Strom ueber die Battrie fliesst und so die Kabel zum Generator nicht ueberladen werden. Bei 10% N1 kann man diesen aber wieder zuschalten, damit die Turbine schon vor der Zuendung eine hoehere Drehzahl hat (ca. 20% N1) und so die Temperatur geringer bleibt.

 

 

Abstellen:

- Generators aus

- Prop-Lever in Feather

- Condition Lever Cuttoff

- Fuel Pumps off (wenn Propeller steht)

 

So, ich hoffe das war jetzt nicht zu lang und fuer jeden interessant ;-)

 

 

Gruss,

Christoph

 

[Dieser Beitrag wurde von Christoph am 29. Dezember 2001 editiert.]

[Christoph]

Jetzt habe ich mir gerade nochmal die urspruengliche Nachricht durchgelesen und musste feststellen, dass die eigentlichen Fragen gar nicht beantworten wurden ;-)

 

Thema verfehlt - Note 6 *g*

 

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="Verdana, Arial">Zitat:</font><HR>Torque = Drehmoment ist klar. Aber wie interpretiere ich das richtig? Bei den Jet's kannman ja z.B. den N1 Wert analog zu Schub setzen. Bei Torque scheint mir das nicht so ganz zu funktionieren. Ich kann z.B. einen hohen Torque Wert haben, trotzdem bewegt sich der Flieger keinen Meter

 

Also die Torque-Anzeige ist eigentlich die Anzeige, nach der man in allen Fluglagen die Leistung setzt. Zusaetzlich muss man bei Start und Reiseflug darauf achten, dass die Limits von ITT und N1/Ng nicht ueberschritten wird.

 

Je groesser der Anstellwinkel der Propeller-Blaetter ist, umso groesser ist der Luftwiederstand. Wenn man nun z. B. am Boden im Leerlauf den Prop-Lever in den Feather-Bereich zieht, erhoeht sich schlagartig der Anstellwinkel der Blaetter. Durch den groesseren Wiederstand erhoeht sich natuerlich auch das Drehmoment an der Welle -> Torque nimmt zu.

 

Dass sich dadurch auch die Leistung erhoeht merkt man dann, wenn man vergessen hat vor dem Abstellen der Triebwerke die Parkbremse zu setzen. Wenn man in Feather geht macht sich die Maschine dann ploetzlich selbstaendig ;-)

 

 

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="Verdana, Arial">Zitat:</font><HR>- Wie bedient man die Condition Levers richtig? Was stellen diese Hebel ganz genau ein?? Die haben etwas mit der RPM zu tun, aber wie geschieht das?

 

Ich vermute Du meinst den Propeller Lever. Wie oben schon beschrieben regelt dieser den Governor, der fuer die Drehzahl des Propellers zustaendig ist.

 

Der Condition Lever besitzt nur 2 oder 3 Stellungen und hat mit der Propeller RPM eigentlich gar nichts zu tun.

 

 

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="Verdana, Arial">Zitat:</font><HR>- Was sind typische Settings zwischen schub und Condition für Start, Reise und Landung? (im allgemeinen)

 

Der Condition Lever ist immer auf "run" - sonst tut sich nix ;-) Wenn es 3 Stellungen gibt, dann benutzt man meistens nur "low idle". "High idle" wird in der Regel nur eingesetzt, wenn man auf kurzen Pisten landen, damit die Drehzahl im Leerlauf nicht so stark abfaellt und man schneller Leistung fuer den Reverse hat.

 

Der Prop Lever ist beim Start auf maximaler Drezahl (=kleinster Anstellwinkel, bester Wirkungsgrad). Dann wird mit dem Power Lever die Leistung gesetzt. Am Boden wird in der Regel zuerst das Torque-Limit erreicht.

 

Im Reiseflug reduziert man dann die Drehzahl, damit die Geraeuschkulisse angenehmer ist, und mit dem Power Lever setzt man die gewuenschte Cruise Power (dafuer gibt es entsprechende Tabellen). Hier muss man besonders auf die Temperatur und die Turbinen-Drehzahl achten, da diese leicht ueberschritten werden koennen.

 

Im Sinkflug reduziert man dann einfach die Leistung mit den Power Levern - die passenden Torque-Werte hierzu hat man irgendwann "erflogen". Vor der Landung erhoeht man dann die Propeller-Drehzahl langsam wieder auf maximum, damit man im Falle eines Go-Arounds entsprechende Leistung zur Verfuegung hat.

 

 

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="Verdana, Arial">Zitat:</font><HR>Warum geht Torque hoch wenn man die Condition Lever nach hinten zieht und vollen Schub gibt?

 

Condition Lever -> Propeller Lever

 

Hebel nach hinten = niedrige Drehzahl = grosser Anstellwinkel = hohes Drehmoment = hoeher Torque

 

Wenn man bei gleichbleibender Turbinen-Drehzahl N1 den Propeller-Anstellwinkel erhoeht (bis in den Feather-Bereich), erhoeht sich dadurch das Drehmoment bzw. der Torque. Die Abgegebene Leistung der Turbine bleibt aber gleich, nur der "Wirkungsgrad" des Propellers aendert sich, da jetzt weniger Luft nach hinten gedrueckt wird.

 

Um also den "Schub" beurteilen zu koennen, muessen immer beide Werte - Torque und Propeller-Drehzahl einbezogen werden. (Bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege ;-)

 

 

Gruss,

Christoph

[Thomas Esser]

Hallo Christoph,

 

erstmal ganz herzlichen Danke für diese wirklich sehr ausführlichen Schilderungen. Es war keineswegs uninteressant!! Jetzt weiß ich gleich mehr Das ich die Prop-Lever als Condition Lever bezeichnet habe liegt daran, dass ich eher die größeren Maschinen fliegen (Dash8, ATR) möchte bei denen das ganze offensichtlich koordiniert (automatisch) bedient wird => nur 2 Hebel. Ich glaube ich werde aber erstmal einige Runden in der KingAir drehen um ein Gefühl für diese Triebwerke zu bekommen.

 

Gruß

Thomas

[Hugo Frey]

Hallo Christoph

 

Besten Dank für Deine ausführlichen Informationen, welche ich mit grossem Interesse gelesen habe. Seit die Kingair im FS simuliert wird, habe ich Freude an diesem Flugzeug.

 

Jetzt bleibt zu hoffen, dass es bald eine Saab 2000 für den FS 2002 gibt (und zwar echt als Turboprop dargestellt, nicht wie die Vorgängerversionen)

 

Beste Grüsse: Hugo