Treibstoffverbrauch von Kolbenmotoren

[Hubi]

Hallo zusammen,

 

ich stelle eine Statement in den Raum, und bin auf eure Reaktionen gespannt.

 

Ausgangslage:

 

Pilot A und B fliegen von Zürich nach Genf.

Pilot A fliegt auf FL85

Pilot B fliegt auf 3500ft

 

Beide Piloten fliegen das exakt gleiche Flugzeug (mit Kolbenmotor, AVGAS, vollgetankt), setzen 65% Leistung und mischen nach "best economy".

 

Genau gleiche Strecke (gerade Linie), wir lassen Airspace-Restrictions bei Seite, beide Piloten machen je 1/3 Steig- Reise- und Sinkflug. Kein Wind, ISA Temp.

 

Meine Behauptung:

Pilot B hat in Genf nicht weniger Treibstoff im Tank als Pilot A. Somit lohnt sich höher fliegen im Bezug auf den Treibstoffverbrauch nicht (mit Kolbenmotoren).

 

 

Wer dementiert oder unterstützt diese Aussage?

Die Diskussion ist eröffnet :)

 

Gruss

Marco

[Roger Richard]

Hallo Marco

 

Die C172RG braucht gem. AFM auf 8000ft 9.4GPH (RPM = 2400, MP = 22, Temp = ISA) und auf 4000ft bei der gleichen Konstelation 9.9GPH. Auf 4000ft wird also 0.5GPH mehr verbraucht.

 

Nun habe ich kurz ein FP nach Genf mit Flitestar gemacht. Ich würde zwar auf 4500ft nach Genf fliegen wegen der Halbkreisregel aber ich hab mal 3500ft genommen. Kommt vermutlich aufs gleiche raus.

 

Auf 3500ft verbraucht die C172RG 42L für 124NM und 1h Flug.

Auf 8500ft für die gleiche Strecke aber 45L.

 

Der Steigflug lohnt sich anscheinend für diese kurze Strecke nicht um damit Fuel zu sparen.

[far_away]

@Roger

Hast du das berücksichtigt?

je 1/3 Steig- Reise- und Sinkflug.

[Roger Richard]

Hallo Bernard

 

Nein, aber ich glaube es kommt gerade so hin mit dem Drittel. Für den Steigflug wird einfach zu viel Fuel gebraucht um dann nur rund 20min (1/3) im Cruise sein zu dürfen.

 

Für eine Strecke von z. B. Zürich nach Hamburg würde das dann schon ganz anders aussehen.

[ChristianB]

Hallo Marco

 

Ich unterstütze deine Behauptung grundsätzlich! Aber mit Einschränkungen!

 

Als Basis nehme ich mal das AFM einer Archer II: Dort auf der Range-Economy Cruise Tabelle ergibt sich in etwa ein Unterschied von 30NM auf die max. Reichweite mit Reserve. Daher gehe ich davon aus, dass auf einem so kurzen Flug wie Genf – Zürich der zum Steigen benötigte Treibstoff auf der Strecke nicht wirklich wett gemacht werden kann. Dazu auch die Tabelle Endurance diese ändert sich bei 65% Leistung nicht, egal in welcher Höhen geflogen wird.

 

Anders würde es aber aussehen, wenn es ein Flugzeug mit einem aufgeladenen Motor ist. Dieser behält in grosser Höhe seine Leistung und kann durch die gewonnene Geschwindigkeit/Zeit gegenüber einem tief fliegenden Flugzeug (mehr Luftwiederstand) einiges gut machen. (ist für dein Beispiel nicht relevant, da Du ja von 65% Leistung ausgehst)

 

Ich gehe bei meiner Überlegung von dieser Tatsache aus: Das Problem bei einem nicht aufgeladenen Flugzeug ist ja, das zwar der Luftwiderstand in der Höhe abnimmt, gleichzeitig aber die Leistung des Motors ebenfalls erheblich schwindet. Bei einem aufgeladenen Motor bleibt die Leitung lange konstant, der Luftwiederstand nimmt jedoch ab.

 

Teilt jemand diese Ansicht?

Gruss

Christian

[phijip]

Marco,

 

deine Einschätzung ist grundsätzlich nicht ganz richtig.

 

Bei jedem Flugzeug gilt (mit gewissen Grenzen, siehe z.B. Anmerkung von Christian):

 

Mit zunehmender Höhe fliegt man bei gleichbleibender Leistung (also theoretisch gleichem Fuel-Flow) immer schneller. Im Umkehrschluß bedeutet das: Mit zunehmender Höhe braucht man für die gleiche TAS immer weniger Treibstoff, sprich: man fliegt effizienter.

 

Grund: die nach oben abnehmende Luftdichte und der damit abnehmende Luftwiderstand.

 

Eine andere Frage ist die, ob es sich auf einem gegebenen Flug lohnt, überhaupt auf eine höhere Flughöhe zu steigen, weil der Steigflug sich verlängert und dieser ja mit überproportional großem Fuelflow gemacht wird (sehr reiches Gemisch). Theoretisch gibt es also bei jedem Flug eine vom Gesamttreibstoffverbrauch optimale Höhe.

 

In der Praxis kommen dann nätürlich noch ganz andere Faktoren hinzu wie Wind, Routenführung in Abhängigkeit der Flughöhe, Wetter, etc. aber das dürfte ja klar sein.

 

Philipp

[Volume]

OK, betrachten wir das ganze mal Stückchenweise:

 

Für das Flugzeug gilt zunächst, dass das Flugzeuggewicht bei jeder Dichte getragen werden muss. Bei geringerer Dichte kann man nun entweder mit höherem Ca fliegen (mehr Anstellwinkel) oder mit höherer TAS.

Im Reiseflug ist man prinzipiell (Ca-mäßig) unterhalb des Ca des besten Gleitens, sprich eine Ca-Errhöhung unter Beibehaltung der TAS würde die Effizienz verbessern, der Widerstand würde etwas geringer werden, der Energiebedarf für den Flug von A nach B also geringer.

Würde man das Ca beibehalten, aber TAS erhöhen, so würde sich die Re-Zahl erhöhen. Dies würde zu einer zwar sehr geringen, aber vielleicht trotzdem noch messbaren Widerstandsabnahme führen.

 

Fazit: Der Gesamtenergiebedarf für die Strecke von A nach B sinkt zellenseitig, solange man also nicht mit Bremsklappen absteigt und Steig- und Sinkflug wirtscahftlich gestaltet, spart hoch fliegen Energie.

 

Für den Motor wird es komplizierter, fangen wir mal mit dem Propeller an:

In dünnerer Luft kann ein Propeller bei der selben Drehzahl weniger Schub liefern, bei einem Starrpropeller muß man also für den selben Schub mehr Drehzahl wählen. Prinzipiell nimt der Wirkungsgrad des Propellers mit der Drehzahl ab, aber wieviel das ausmacht, ist nicht leicht zu sagen. Da aber definitiv der Motor die selbe Leistung bringen muß, wird er mit höherer Drehzahl und geringerem Ladedruck betrieben, und da wird sein Wirkungsgrad unstrittig schlechter.

Bei Verstellpropellern kann die Drehzahl beibehalten, und die Propellersteigung erhöht werden (macht der Constant-Speed-Prop ganz automatisch), dadurch sollte sich der Wirkungsgrad im allgemeinen erhöhen.

Bei Kolbenmotoren wird der Wirkungsgrad mit reduziertem Ladedruck prinzipiell schlechter (lassen wir mal Vollgasanreicherung und ähnliche Spezialitäten ausser acht), allerdings ist es bei Drosselung über Dichtereduzierung besser, als bei Drosselung über die Drosselklappe, gerade bei den Lycontisauriern mit zentralem Vergaser ist die Gemischverteilung auf die Zylinder mit voll offener Drosselklappe am besten, dem Motor selbst gefällt also Vollgas in großer Höhe besser, als gedrosselt in niedriger.

 

Fazit:

Eine einfache Antwort gibt es nicht, die Frage ist aber auch nicht ganz komplett, denn wenn z.B. beide 65% setzen bedeutet dass gleiche Drehzahl und gleichen Ladedruck für beide, oder wird individuell nach Flughöhe eine Kombination gewählt? Es kommt wohl auch sehr auf die Länge der Strecke, und damit die Steig- und Sinkwinkel an, ob es sich lohnt. Viel hängt sicher davon ab, wie gut Zelle, Motor und Propeller aufeinander abgestimmt sind, wenn in der Höhe eine der Komponenten bereits an ihre Leistungsgrenze Stößt, dann wird schnell der Wirkungsgrad schlecht. Bei gleichem Steig- und Sinkwinkel ist natürlich die Aufteilung Steigen-Reisen-Sinken unterschiedlich (der hohe hat die kürzere Reisestrecke), wenn man die Drittelaufteilung beibehält, muß der hohe steiler steigen und sinken, das dürfte nicht wirtschaftlich sein.

Also einfach individuell für jedes Flugzeug selbst rausbekommen, das Handbuch dürfte dabei keine allzugroße Hilfe sein.

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Eine hübsche Abhandlung zum Thema gibt es hier

 

Gruss

 

Philipp