Flugmotore mit Getriebe für UL und Experimental im Vergleich

von Walter Schmidt

Ein Flugmotor muss beim Start in ruhender Luft mit Vollgas 95% der max. Drehzahl erreichen und fast die maximale Leistung entwickeln. Wenn das Flugzeug nach dem Start mit Vollgas gut steigt, im leicht geneigten Horizontalflug Vne erreicht, dann sind Flugzeug, Motor und Propeller gut abgestimmt. Werden nur die Leistungen verschiedener Motore miteinander vergleichen, zieht man wohlmöglich den falschen Schluss, es sollten auch die Drehmomente miteinander verglichen werden.
Das Drehmoment resultiert aus Verbrennungskraft x Kurbelwellenradius, die Leistung ist eine Funktion der Drehzahl. Leistung (KW) = Drehmoment (Nm) x (Drehzahl : 9810). Der ideale Motor entwickelt recht früh ein hohes Drehmoment und behält es fast bis zur maximalen Drehzahl bei (Dieselmotor). Viertakter erreichen schon bei 55% der Drehzahl 82% des max. Drehmomentes, welches dann weiter flach ansteigt und zum Ende leicht abfällt. Zweitakter brauchen etwas länger, bei 70% der max. Drehzahl werden erst 80% des max. Drehmomentes erreicht, das weiter ansteigt, einen kleinen Buckel macht und dann abfällt, Anfahren im 2ten oder 3ten Gang nicht möglich. Wenn man einen Teil des Geldes das man bei der Anschaffung eines Zweitakters spart, in einen Verstellpropeller investiert, kann man den schlappen Drehmoment Verlauf.
Göbler Hirth kommt bei einigen Motoren dem Drehmoment- Verlauf und dem geringeren Brennstoffkonsum der Viertakter recht nahe. In der nachfolgenden Übersicht werden mehrere Zweitakter miteinander verglichen, als Referenzmotor bezüglich Drehmoment und Leistung dient der Rotax 912.

Die Boxermotoren

Der F30 ist ein einfacher Zweitakter, beim Abwärtsgang des Kolbens strömt so lange Gemisches über das Kurbelgehäuse in den Ansaugstutzen zurück, bis das Kolbenhemd die Überströmschlitze abdeckt. Der F30 ist thermisch ausgeglichen, es muss jedoch sehr viel Sorgfalt auf eine gute Kühlluftführung gelegt werden. Den Motor einfach in den Fahrtwind stellen genügt nicht. Die Zylinderkopf - und Abgastemperaturen müssen kontrolliert werden, mit den alten Mikuni Vergasern BN38 konnte das Gemisch im unteren Leistungsbereich sehr mager eingestellt werden, - Brennstoffverbrauch wie beim Viertakter, aber ab 60 – 80% Leistung waren in der kalten Jahreszeit die Abgastemperaturen unzulässig hoch. Der Super BN38 hat zusätzlich je eine feste Leerlauf und Hauptdüse, das Gemisch lässt sich somit über den gesamten Leistungsbereich besser abstimmen. Der F30 K Zugewinn an Thermischer Sicherheit ging aber leider zu Lasten des Brennstoffverbrauches, der liegt bei vergleichbarer Leistung zwischen dem R 582 und dem R 912. Der F30 hat die gleiche Leistung und Einbaumaße und etwas geringeres Gewicht wie der Rotax 912. Die beiden Abgassysteme wiegen jeweils 4 Kg, sind in den Abmessungen sehr unförmig, sie sind auf den Motor abgestimmt und dürfen nicht verändert werden. Wer beim Ansaug- und Abgassystem von den Vorgaben des Herstellers abweicht, handelt sich im Regelfall sehr viel technische Probleme ein. Der F30 der ersten Stunde wurde noch mit einer einfachen leistungsschwachen 80 W Zünd- und Lichtanlage, ohne Zündzeitpunktverstellung ausgerüstet, es folgte eine 80W Zündanlage mit elektronischer Zündzeitpunkt- Verstellung, später abgelöst von einer 250W PVL Licht und Zündanlage. Der F30K unterscheidet sich vom F30U nur in der Form der Schlitze, die sind für höhere Drehzahlen ausgelegt. Der F30 E ist mit einer elektronischen Saugrohreinspritzung ausgerüstet. Der F30 passt wegen seiner sperrigen Abgasanlage, leider nicht unter jede Cowling, ohne Änderungen an der Abgasanlage vorzunehmen. Die Original – Abgasanlage ist auch zu unförmig um sie unter dem Rumpf zu platzieren, das verschlechtert nicht nur die Optik sondern auch die Aerodynamik.

Der Rotax 912 hat in der UL und Experimental – Szene einen guten Ruf, er ist zwar recht teuer dafür sparsam im Verbrauch und relativ zuverlässig. Der 912 ist nicht absolut Problemfrei, da es den R912 auch in einer Luftfahrt zugelassenen Version gibt, muss Rotax System und Herstellungsfehler veröffentlichen und Lösungsvorschläge unterbreiten, LTA`s (Luftfahrttechnische Anweisungen). Die Liste der LTA`s ist recht lang und es sind auch Probleme enthalten die eigentlich nicht vorkommen sollten, genau wie bei der Konkurrenz, trotzdem der 912 ist ein zuverlässiger Flugmotor.

Leistungsvergleich Boxer:
Der 912 entwickelt 500 U/min früher als der F30 K und F30 E seine Leistung, der F 30U folgt dem R912 etwa im Abstand von 1000 U/min. Im Brennstoffverbrauch liegen der F 30K und F30 U zwischen dem R 912 und dem Rotax 582, der F30 E mischt vorne mit, hat fast den gleichen Brennstoffverbrauch wie der Rotax 912. Der moderne 3701E, ein Dreizylinder 2 Takt – Reihenmotor mit Membransteuerung und elektronischer Einspritzung ist jedoch dem Rotax 912 in der Leistungsentwicklung überlegen und im Brennstoffverbrauch ebenbürtig.

Drehmomentvergleich Boxer:
Der Rotax 912 entwickelt bei 3.000 U/min ( 55% der max. Drehzahl ) 82% seines Drehmomentes, der F30 E steht dem nicht viel nach. Der F30 K entwickelt 3.000 U/min 76 % seines Drehmomentes, der F30 U ist da praktisch noch im Leerlauf. Ein vergleichbares Drehmoment entwickelt der F30 U etwa 2.000 U/min später. Die eigenartigen Knicke in den Momenten Linien sind ungünstige Resonanzen des Prallwand Schalldämpfers. Der Prallwandschalldämpfer ist im Gegensatz zum Resonanzschalldämpfer nur für ein sehr enges Drehzahlfenster optimal ausgelegt. Der moderne 3701E Zweitakt Reihenmotor hält sich nicht an die Zweitakter Regeln, er hat ein höheres Drehmoment als der gleich starke Rotax 912 und ist somit auch durchzugstärker.

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Die Reihenmotore:

Der 3701ES und der 3503E sind moderne Zweitakter mit Membransteuerung und Saugrohreinspritzung, technisch auf dem neusten Stand, sie brauchen in keiner Hinsicht den Vergleich mit Viertaktern scheuen. Durch die Membranen wird beim Abwärtsgang des Kolbens, wie beim Drehschieber ein Rückströmen des Frischgases verhindert, der Motor wird aufgeladen. Im Brennstoffverbrauch mischen der 3701E und der 3503 E ganz vorne mit. Durch die Wasserkühlung ist eine Anpassung an ein Flugzeugmuster erheblich leichter als beim Boxer, ein geeigneter Platz für den Kühler ist schnell gefunden. Es ist nur eine Abgasanlage notwendig, die sich auch leicht unter der Cowling unterbringen lässt. Durch die programmierbare elektronische Saugrohr Einspritzung steuert für jede Drehzahl exakt die benötigte Brennstoffmenge für ein optimales Gemisch. Die elektronische Steuerung berücksichtigt auch die Motor- und die Abgastemperatur und gibt notfalls eine kühlende Dusche.

Der Rotax 582 ist das Urgestein der UL Fliegerei, er wurde schon recht früh mit einer leistungsstarken Zünd- und Lichtanlage und einem Drehschieber ausgerüstet. Der Drehschieber verhindert ein Rückströmen des Gemisches in den Ansaugstutzen beim Abwärtsgang des Kolbens, eine Aufladung des Motors ist somit möglich. Ohne Drehschieber müsste dieses winzige Motörchen vielleicht 1.500 U/min schneller drehen um die gleiche Leistung zu entwickeln. Der 582 ist robust und zuverlässig, im Brennstoffverbrauch ist er bei Teillast nicht sehr zurückhaltend. Bei regelmäßiger Wartung und geeignetem Zweitaktöl zeigt der Motor nach reichlich Betriebsstunden nur weinig Verschleiß. Es ist unverständlich weshalb Rotax die TBO von bisher 300 Stunden nicht heraufsetzt, wie die Konkurrenz. Der 582 hat seine mechanische Zuverlässigkeit bewiesen, es wird Zeit den R582 auch mit einer Semi- Direkteinspritzung auszurüsten, wie bei den Schneemobilmotoren R995, R793, R593 SDI.

Es muss doch nicht immer Rotax 912 sein.

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Der Rotax R 793 HO wird in Wasserfahrzeugen und Schneemobilen verwendet, er ist der neueste Hit und wird demnächst wohl in einigen UL auftauchen. Wie bei Rennmotoren üblich, entwickelt der 31 kg Winzling, kaum größer als der 582, durch die hohe Drehzahl eine wahnsinnige Leistung von 130 PS. Mit einem Verstellpropeller lassen sich bestimmt gute Steig – und Flugleistungen realisieren. Das Rotax C Getriebe ist für den R 793 zu schwach, die meisten Propellernaben auch. Hohe Drehzahl = viel Lärm, ob die überzogenen Deutschen Lärm Anforderungen erfüllt werden bleibt abzuwarten, im Brennstoffverbrauch wird sich der R 793 wohl kaum zurückhalten, 130 PS müssen ja bedient werden.

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Leistungsvergleich Reihenmotor:
Der moderne Göbler Hirth 3701 ES, ein 3 Zylinder Zweitakt – Reihenmotor, ist im Leistungsaufbau und dem Rotax 912 überlegen und im Brennstoffverbrauch ebenbürtig. Die beiden Zweizylinder Reihenmotore verhalten sich ähnlich, wobei der Göbler Hirth 3503E im Brennstoffkonsum erheblicher zurückhaltender ist als der R 582. Der R 793 überholt erst ab 6.500 U/min, dort wo die anderen aufhören.

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Bei einem späteren Vergleich zwischen R 793 HO mit dem 3701 ES im gleichen Flugzeugmuster und gleichen Propeller, wird der 3701ES mit einer größeren Propellersteigung eine sehr gute Steigleistung entwickeln und wegen der großen Propellersteigung die maximaler Drehzahl auch gut in Geschwindigkeit umsetzen können. Der leistungsstärkere R 793 HO muss etwa 1.500 U/min schneller drehen um genau so gut steigen zu können
( geringerer Einstellwinkel ) die fehlen später bei der Umsetzung in Geschwindigkeit. Um seine 130 PS auch umsetzen zu können, benötigt der R 793 HO einen Verstellpropeller.

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W. Schmidt
fliegerschmidt@t-online.de