Alternative Antriebskonzepte im Ultraleichtflug
unter Berücksichtigung ökonomischer und ökologischer Aspekte
von Helge Berner
Kapitel 8: Verbrauchsermittlung der eingesetzten Motoren
Neben den bereits in Kapitel 7 aufgeführten Motoren 912UL und 912ULS der Firma Rotax, sind noch die Motoren der Firma Sauer, UL Power sowie der Rotax Zweitaktmotor 582 in Bezug auf den spezifischen Verbrauch bei 44kW zu überprüfen. Mit dieser Gegenüberstellung soll überprüft werden, ob eventuell ein bereits in Ultraleichtflugzeugen verbauter Motor, das in Kapitel 5 formulierte Ziel der Verbrauchsreduktion von 20% gegenüber dem am meisten verwendeten Motor, dem Rotax 912UL, erreicht.
Dazu ist es notwendig die spezifischen Verbrauchsdaten für die Vergleichsleitung von 44kW/ 60PS, aus den Diagrammen zu entnehmen, um die Motoren dann anhand dieser miteinander zu vergleichen.
Abb. 16: Datenblatt Sauer Flugmotor S2100UL/ S2200UL
Wie im Diagramm (Abb.16)32 markiert beträgt der spezifische Verbrauch des Motors S2100UL des Herstellers "Sauer Flugmotorenbau" bei einer Leistung von 44kW ca. 285g/kWh. Den geringsten spezifischen Verbrauch erreicht der Motor hingegen bei ca. 48kW, wobei der spezifische Verbrauch auf 270g/kWh sinkt.
Der ebenfalls in mehreren Flugzeugmodellen eingesetzte Motor 260i, der Firma ULPower, erreicht die Leistung von 44kW/ 60PS bereits bei einer Drehzahl von etwas über 2100 Umdrehungen pro Minute, wie in Abbildung 17 zu sehen ist.
Abb. 17: Leistungsdiagramm ULPower 260i
Neben dem Verbrauchsdiagramm, welches auf Grund der schlechten Ablesbarkeit hier nicht verwendet wird, stellt die Firma ULPower auch eine Tabelle des spezifischen Verbrauches in Abhängigkeit von Leistung und Drehzahl zur Verfügung. Für die Vergleichsleitung von 44kW/ 60PS wird ein spezifischer Verbrauch von ca. 0,28 Liter pro Stunde und PS angegeben. Um diesen Wert mit den anderen Motoren vergleichen zu können, muss dieser zunächst in die üblichen g/kWh umgerechnet werden.
Tab. 9: spezifischer Verbrauch ULPower 260i
Hierfür wird zunächst die Verbrauchsangabe von 0,28Liter pro Stunde mit Hilfe der Dichte von Superbenzin, die 0,76g/ml entspricht umgerechnet.
0,28Liter= 280ml
m= V × ρ
m= 280ml × 0,76g/ml = 212,8g
Somit entspricht der Verbrauch 212,8g/PS pro Stunde. Im nächsten Schritt erfolgt die Umrechnung in Kilowatt.
1PS = 0,74kW → 212,8g/PS : 0,74kW/PS = 287,6g/kW
Daraus ergibt sich ein spezifischer Verbrauch von 287,6g/kWh bei einer Leistung von 44kW/ 60 PS. Der geringste spezifische Verbrauch wird nahe der maximalen Leistung erreicht liegt ungefähr 277g/kWh.
Als letzter Vergleichsmotor wird noch der Rotax 582 als 48kW Variante betrachtet, der als leichter Zweitaktmotor ebenfalls häufig Verwendung in Ultraleichtflugzeugen findet. Eine Leistung von 44kW wird erst bei einer Drehzahl von ca.5.800 Umdrehungen pro Minute erreicht, wie in Abbildung 1833 ersichtlich wird.
Auffällig beim Betrachten der spezifischen Verbrauchskurve ist, dass der spezifische Verbrauch erst bei hoher Drehzahl, nahe der Maximalleistung deutlich sinkt, wie in Abbildung 1934 dargestellt.
Abb. 18: Leistungsdiagramm Rotax 582
Der spezifische Verbrauch bei dieser Leistung liegt bei circa 440g/kWh und damit deutlich über den Werten der aufgeführten Viertaktmotoren.
Abb. 19: spezifischer Verbrauch Rotax 582
Beurteilung der Verbrauchswerte
Um die ermittelten Verbrauchswerte besser miteinander vergleichen zu können, wurden diese in einer Tabelle zusammengefasst. Somit ist der direkte Vergleich der momentan am häufigsten verwendeten Motoren möglich.
Auffällig bei dieser Betrachtung ist, dass die verwendeten Viertaktmotoren, in Bezug auf den spezifischen Verbrauch, alle ähnliche Verbrauchswerte aufweisen. Lediglich der von Motor S2100 der Firma Sauer, hat mit einem minimalen spezifischen Verbrauch von 270g/ kWh einen leichten Verbrauchsvorteil.
Tab. 10: Vergleich spezifischer Verbräuche
Dieser Minderverbrauch liegt allerdings mit ca. 5% deutlich unter dem formulierten Ziel von 20%, was einem spezifischen Verbrauch von ungefähr 228g/kWh entsprechen würde, wenn der Rotax 912UL als Referenzmotor mit 285g/ kWh angenommen wird.
Ebenfalls eindeutig ist der Verbrauchsunterschied zwischen Zweitakt- und Viertaktmotoren. Während die Viertaktmotoren im Bereich von 270g/ kWh bis ca. 300g/ kWh liegen, benötigen die Zweitaktmotoren deutlich mehr Kraftstoff pro erzeugte Kilowattstunde Leistung.
Bei den in diesem Vergleich nicht aufgeführten, deutlich schwächeren Motoren 447UL und 503UL der Firma Rotax, kann der spezifische Verbrauch teilweise bis zu 1.100 g/kWh betragen, wie in Tab.1135 und Abb.2036 zu erkennen ist. Dabei wird auch der in Kapitel 3 aufgeführte Umstand deutlich, dass Zweitaktmotoren in Abhängigkeit von Auspuff- und Ansaugsystem nur in einem kleinen Drehzahlband, welches nahe der maximalen Drehzahl liegt, effizient arbeiten.
Tab. 11: spezifischer Verbrauch Zweitaktmotor
Abb. 20: spezifischer Verbrauch Rotax 503
Lediglich der geringere Anschaffungspreis, sowie das Gewicht des Motors, welcher mit weniger als 30kg nicht einmal halb so viel wiegt, wie ein vergleichbarer Viertaktmotor, sprechen für den Einsatz in Ultraleichtflugzeugen.
Helge Berner
32 vgl. Sauer Flugmotorenbau GmbH
33
vgl. Rotax GmbH 1999 Kapitel 10.1d
34 vgl. Rotax GmbH 1999 Kapitel 10.1d
35 vgl. Rotax GmbH 1999 Kapitel 8.3
36 Rotax GmbH 1999