„Wer sich die Verbrauchsprofile von Turbinentriebwerken ansieht, kommt durchaus auf einen Faktor 3 bis 4 zwischen dem spezifischen Verbrauch in Bodennähe und in FL400“

Hallo Michael,

Ohne jetzt zu viele Erbsen zu zählen: diese Aussage ist nicht richtig. Der spezifische Verbrauch einer Gasturbine hängt vom Verdichtungsverhältnis ab (bauartbedingt) und zum Teil von der Differenz Turbinentemperatur zu Aussenluft Temperatur (betriebsbedingt.) Deshalb laufen die Triebwerke etwas effizienter in großer Höhe -> kalte Luft.

Wenn die Triebwerke oben um den Faktor 4 weniger verbrauchen liegt das daran dass sie auch (fast) nur 1/4 des Schubs produzieren.

Merke: Gasturbinen sind nicht Turbocharged.

Man erhöht die Effizienz durchs fliegen in dünner Luft: größere True Air Speed bei nur leicht erhöhtem Widerstand. Sonst könnte man mit einem Citation Jet gerade mal 2 Stunden fliegen und der Tank wäre leer...

Anders beim Diesel: durch mehrstufige Aufladung kommt da auch in großen Höhen noch Leistung raus, wahrscheinlich müsste man den Abgasturbolader noch durch einen mechanischen Kompressor ergänzen.

Hier gab es schon vor vielen Jahren interessante Projekte:

Development of the high-flying Ju-86 continued in anticipation of better-performing enemy interceptors. The further improved R model boasted more powerful engines and a tapering wing extension that increased the span to 105 feet. The use of nitrous oxide injection at altitude enabled the diesels to produce more power at 40,000 feet than had the P model’s engines at 32,000 feet (750 hp vs. 680 hp). With the addition of four-blade propellers, the new engines and wings allowed the Ju-86R to fly as high as 47,000 feet. Like its predecessor, the R model appeared in both bomber and reconnaissance versions.

Grundsätzlich halte ich diese Projekte für wesentlich komplizierter als sie auf den ersten Blick aussehen. Heiko Teegen hatte ähnliches versucht (Twin Diesel an Pylonen). Hat nicht funktioniert. Aleko oder so ähnlich war der Name der Mühle.

https://de.wikipedia.org/wiki/HPA_TT62

"Merke: Gasturbinen sind nicht Turbocharged"

Erfüllen aber doch einige Merkmale eines Turboladers..

Ich würde sogar sagen, Gasturbinen sind Turoblader mit integriertem Brennraum...

Wie turbogeladene Kolbenmotoren sind sie in niedrigen Höhen leistungslimitiert und mit steigender Höhe dreht der Gasgenerator immer schneller, so dass die Leistung nicht in dem Maße absinkt, wie sie es nach dem Verlust an Luftdichte tun würde.

Die PT6-66D könnte am Boden 1825 PS liefern, ist aber auf 850 PS limitiert. Mit steigender Höhe werden die 1825 PS immer weniger aber erst dort, wo es auf unter 850 PS sinkt, verliert man an verfügbarer Leistung. Natürlich unter Beachtung weiterer Parameter wie Temperatur und maximaler Drehzahl des Gasgenerators.

Das meine ich auch, nicht umsonst kann man relativ einfach Turbolader zu Modellturbinen umbauen.

Das ist so eigentlch nicht richtig.
Gastturbinen sind nicht auifgeladen!
Wovon Du schreibst sind Turbinen, die auf eine wesentlich hoehere Thermische Leistung ausgelegt sind und und dann "flat rated" sind fuer den Betrieb auf seal level. Man nimmt also ein wesentlich groesseres Triebwerk und begrenzt es auf die zugelassene Schubleistung bzw Torque auf sea level.
Die Leistung sinkt trotzdem erheblich ab in der Hoehe und ist im wesentlichen eine Funktion der Lufdichte. Die halbiert sich etwa alle 18,000ft.
Turbolader, vor allem in Kombination mitmechanischen Kompressoren koennen bei Kolbenmotoren die Leistung bei in grosse Hoehen konstant halten.
Happy Landings,
Guido

Dass Turbinen flat-rated werden, liegt aber hauptsächlich daran, dass die Antriebswelle für Propeller oder Fan nur für ein gewisses maximales Drehmoment ausgelegt ist.

Man möchte eine bestimmte Leistung in einer bestimmten Höhe haben. Darauf wird die Turbine ausgelegt. Dabei ergibt sich auch ein Drehmoment in dieser Höhe. Da die Leistung mit der Höhe abnimmt bzw. die in einer Höhe erzielte Leistung zum Boden hin zunimmt, würde auch das Drehmoment am Boden sehr viel höher sein als in der Auslegung für den Reiseflug. Man könnte natürlich auch die Antriebswelle entsprechend größer dimensionieren, aber das erhöht zum einen das Gewicht und hat noch andere Auswirkungen. So müsste man das Seitenruder größer auslegen, um bei einer Twin in OEI noch das Giermoment ausgleichen zu können. Eine Single Engine wäre auch deutlich schwieriger im Handling beim Durchstarten, wenn man die volle theoretische Startleistung abrufen könnte.

Ich will damit sagen, dass "Flat-Rating" nicht wegen der abnehmenden Leistung mit der Höhe erfolgt, sondern wegen einem ZUVIEL an Leistung in niedriger Höhe.

Nope, da macht ihr einen Denkfehler.

Ergänzend kann man hinzufügen, dass ein gleiches Konzept auch mit einem Kolbenmotor möglich wäre, der auf eine Leistung von z.B. 300 PS in der Höhe ausgelegt wird und dann wegen der Dimensionierung der Kurbelwelle am Boden nur mit Halbgas betrieben werden darf.

Ich denke, wir sind uns einig, dass die mögliche Effizienz in Form von Treibstoff/Strecke mit zunehmender Flughöhe steigt, da der Effekt von niedrigerer Temperatur und geringerem Luftwiderstand höher ist als die abnehmende Leistung des Triebwerks.

Angesichts mehrerer Kompressorstufen die auf einer gemeinsamen Welle durch eine Turbine im Abgasstrom angetrieben werden klingt das "nicht aufgeladen" nicht überzeugend, aber erstens ist das vermutlich Definitionssache und mir zweitens nicht so wahnsinnig wichtig.

An den Zwöfzylinderdiesel in 20km Höhe glaube ich jedenfalls nicht so schnell.

Man könnte bei ausreichender Geschwindigkeit auch ein Staustrahltriebwerk einsetzen - ohne Verdichter und Turbine. Der erforderliche Druck kommt aus dem Staudruck - ram jet.

sollte effektiv sein

Leute, werft nicht alles durcheinander.
Gaasturbinen sind nicht "aufgeladen". Das ist auch keine Ansichtssache, sondern Fakt.
Das Verdichtungsverhaeltnis bleibt konstant mit steigender Hoehe. Ein Lader dagegen erhoeht es.

Allerdings sind viele Gasturbinen thermodynamisch fuer weit hoehere Leistung ausgelegt als das Flugzeug zertifiziert ist (teilweise faktor 2). Vorteil: das Triebwwerk kann diese aber bis zu einer größeren Höhe halten. Das ist das Prinzip von „flat rating“.

Die After Market Anbieter, zB Blackhawk etc. machen genau das. Eine TBM 850 zum Beispiel kann die volle Leistung erst nach gear up / flaps up nutzen. Die Max power auf seal level bleibt unveraendert.

Das hat aber nichts mit "Aufladung" zu tun.
Das heißt, eine Gastrubine verliert etwa 50% ihrer zertifiziertenLeistung alle 18,000ft.

Und genau deshalb ist der Turbocharged Motor Diesel Motor für das genannte hi Altitude aircraft project im Gespräch.

Ich bin übrigens Dipl.-Ing. und habe mich mit Antriebstechnik immer interessiert auseinandergesetzt. Nichts hasse ich mehr als schnell dahingeschriebene Halbwahrheiten im Internet.

Insbesondere bei piston engines gibt es jede Menge Halbwissen, das ständig weiter verbreitet wird. Beim Thema „leaning“ stellen sich bei mir die Nackenhaare auf :-). Das ist aber ein ganz anderes Thema...

Meine Kommentare waren nur auf die Triebwerksauswahl bezogen. Fuer das Gesamtprojekt bin ich sehr pessimistisch. Das ist wesentlich komplexer als in dem Artikel dargestellt.

Das hat man beio der V1 angewendet. Der Schlechteste Wirkingsgrad einer Gasturbine, den man sich vorstellen kann (um 10%). Fuer ein "one-way" Produkt wir de V1 allerdings gut gedacht.

In der Höhenforschung schon länger bekannt:

https://de.wikipedia.org/wiki/Grob_G_850

Die Wahl fiel auf Ottomotoren, da diese verglichen mit Dieselmotoren und Strahltriebwerken den geringsten spezifischen Luftverbrauch haben. Im Unterschied zu Diesel- und Strahlantrieben verbrauchen Ottomotoren mit ihrem Verbrennungsluftverhältnis λ (Lambda) gleich 1 den gesamten zugeführten Sauerstoff. Diesel- und Turbinenantriebe arbeiten mit Luftüberschuss, wobei Turbinenantriebe in der Regel etwa 70 % des zugeführten Sauerstoffs nicht nutzen können, da sonst die Turbinenschaufeln durch zu hohe Temperaturen beschädigt würden. Für einen Dieselmotor mit einer vergleichbaren Höhenleistung hätten wegen des höheren Luftbedarfs (λ ≈ 1,4) die Verdichter der Lader und die Ladeluftkühler deutlich größer konstruiert werden müssen. Hinzu kommt das bauartbedingte Mehrgewicht von Dieselmotoren. Ein Turbinenantrieb für die projektierte Flughöhe hätte in niedrigeren Höhen stark gedrosselt werden müssen, was die Verwendung von überdimensionierten Triebwerken und Einbußen bei der Effizienz bedeutet hätte.^[4]

^{(jetzt also Diesel... im spezifischen Spritverbrauch für Drohnen ja schon länger genutzt worden).}

^{https://en.wikipedia.org/wiki/Caproni_Ca.161}

^{Krasses Leistungsgewicht schon 1936. Tolle Bilder vom Druckanzug. Noch höher als die Ju-46.}

Auch als Dipl.-Ing. kann man YouTube öffnen und sich diverse Videos zu selbstgebauten Turbojets anschauen. Siehe da, die bestehen eigentlich immer aus einem handelsüblichen Turbolader mit dazwischengeschweißter Brennkammer.

Es gibt auch turbogeladene Otto-/Dieselmotoren, die ihre größte Leistung auf Meereshöhe erreichen.

Eine Gasturbine und ein Turbolader sind schon sehr ähnliche Konzepte.

Der Ansatz mit Dieselmotoren für den Flug in großer Höhe erscheint mir grundsätzlich richtig und nicht ganz neu aber für lange Zeit vergessen. Man wird jedoch Turboaufladung mit Supercharging kombinieren müssen, auch wegen der benötigten Zapfluft.

Eine Gasturbine und ein Turbolader sind schon sehr ähnliche Konzepte.

Sie ähneln sich konstruktiv in so fern, als dass sich sehr hitzebeständige Schaufelräder mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen.
Für einen Hobbybastler ist so ein Turbolader in der Tat eine günstige (wenn nicht die einzige) Möglichkeit, an so ein hitzebeständiges Hochgeschwindigkeits-Schaufelrad zu kommen, ohne gleich eine ganze Modell-Turbine zu kaufen. Darum sind sie bei Bastlern beliebt. Übrigens verwenden die oft die Abgas- und nicht die Verdichter-Seite des Turbos...

Das hat aber nix damit zu tun, dass sie sehr unterschiedlich eingesetzt werden. Ob der Verdichter-Teil einer typische Flugzeug-Turbine in der Funktion eher dem Turbo oder eher dem Komprimierenden Kolben im Turbo-Kolben-Motor entspreicht kann man lange philosophisch diskutieren.
Was aber klar ist: Im Turbo-Kolbenmotor dient der Turbo im Wesentlichen (bei den Turbo-Normalized-Konzepten sogar ausschliesslich) dazu, den Eingangsdruck des eigentlichen Motors unabhängig vom Aussendruck konstant zu halten.
Mir ist kein gängiges Strahltriebwerks-Konzept bekannt, bei dem der Druck am Ende der Verdichterstufen weitgehend unabhängig vom Aussendruck ist - das ist ein wesentlicher Unterschied!

"Mein Turbo, dein Turbo..."

Ist nicht "flat-rated" in der Turbinenwelt ein sehr ähnliches Konzept wie "turbo-normalized" in der Kolbenwelt?

Nein, gar nicht.

Doch, Lutz.

Flat-rated und turbonormalized haben gemeinsam, dass man die Leistung in 0ft MSL genauso in 20000ft haben will.

Und dass man am Boden die Überlastung des Triebwerks durch Beschränkung der Leistung (Ladedruck als Proxy) vermeidet.

Das -finde ich- ist ziemlich genau die gleiche Idee.

Im übrigen könnte man auch sagen, eine Turbine ist einfach ein turbogeladener Ottomotor minus den Otto und plus die Brennkammer.

Verfahrenstechnisch ist es auch der gleiche Prozess in beiden Fällen, nur einmal getaktet und einmal kontinuierlich.

Da gibt es mehr Gemeinsamkeiten als Unterschiede, finde ich.

Naja, so gesehen wäre es auch das gleiche, wenn man einen nicht-aufgeladenen Ottomotor „flatrated“ in dem man „per Papier“ verbietet, dass man am Boden mehr Leistung nutzt, als er in 15.000 ft noch abgeben kann.

In so fern kann man nämlich mindestens mit gleichem Recht sagen, dass eine Flat-Rated Turbine genau das Gegenteil von einem Turbo-Normalized Kolbenmotor ist:

Bei der Flat-Rated Turbine verbietet man, dass man am Boden mehr Power abruft, als sie auch in der Höhe hat.
Bei einem Turbo-Normalized Kolbenmotor sorgt man mittels technischer Einrichtung dafür, dass er in der Höhe noch genauso viel Leistung abgeben kann, wie er am Boden hat.

Auch Turbokolbenmotoren sind oft gedrosselt am Boden, das geschieht durch das Wastegate. Der Kolbenmotor ist sozusagen der Gasgenerator. Die Arbeitsleistung wird dabei direkt dem "Gasgenerator" über die Kurbelwelle abgenommen, wobei bei bedruckten Kolbenflugzeugen auch dem Turbolader Arbeitsleistung abgenommen wird.

Genau wie der Gasgenerator von Turbinen dreht auch der Turbolader mit zunehmener Höhe immer schneller.

Je mehr man darüber nachdenkt, desto mehr Gemeinsamkeiten zeigen sich :-)

Nur das ein Turbomotor bis zu einer bestimmten Höhe genau so viel power wie am Boden bringt und nicht nach 2 Minuten um die Ohren fliegt, "lieber Chris". Das zum Thema "flat rated" kolben motor. Würde man einen Turbomotor am Boden höher aufladen, platzt er. Hat schon jemand mit einer twinco turbo ungewollt gemacht und ist ganz schnell wieder unten gewesen , da die Rayjaylader kein ladedrucklimitregler haben und so die Motoren überladen worden sind und kurz darauf geplatzt sind.

Turbine aus Turbo und Toilettenpapierhalter

https://m.youtube.com/watch?v=EorMrpM6q9Q

Muss nicht platzen, wenn am Boden höher aufgeladen als Umgebungsluftdruck! Siehe Turbolader für Autos, nicht nur Rennautos. Wo käme denn am Boden die Leistungssteigerung her?

Bei Flugzeugen macht man das, aus dem genannten Grund, zugunsten der Langlebigkeit, üblicherweise nicht.

Bernd, habe ich irgendwo geschrieben, wie hoch der Ladedruck am Boden ist? Nein, habe ich nicht. Und ich bin schon viele Turbos geflogen und gefahren. Ich weiß schon, was wie zusammenhängt. Aerostar z. B. Max 42 inch. Ohne Limiter wären am Boden bestimmt viel mehr möglich und das hätte der Motor eher nicht überlebt. Am Boden hat man, wenn man will nur mehr Ladedruck als in der Luft. Aber ich denke, dass weißt du auch...