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Deutlich überwiegende Vorteile eines neuen Dieselmotors für die allgemeine Luftfahrt

Ein neuartiger hocheffizienter Dieselmotor für kleine Flugzeuge reduziert die Kosten und die Umweltauswirkungen von Flügen der für die Gesellschaft so wichtigen allgemeinen Luftfahrt erheblich.

Verkehr und Mobilität

Die allgemeine Luftfahrt umfasst eine breite Palette wichtiger Dienstleistungen. Dazu gehören medizinische Notfallflüge, Strafverfolgung, Brandbekämpfung, zeitkritische Frachtdienste, Geschäftsreisen, Flugtraining und Schädlingsbekämpfung aus der Luft. Kleinere Flugzeuge, die in allgemeinen Luftfahrtanwendungen verwendet werden (bis zu zehn Sitzplätze), verwenden eher Kolbenmotoren als große Turbinen. In der Vergangenheit wurden die Kolbenmotoren eher mit AvGas (Flugbenzin) oder seltener mit MoGas (Motorenbenzin, das bei Bodenfahrzeugen, auch Personenkraftwagen, verwendet wird) als mit Diesel betrieben, da Dieselmotoren schwer sind, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Im Rahmen des ehrgeizigen Programms Clean Sky für Klimaneutralität und industrielle Wettbewerbsfähigkeit in der Luft- und Raumfahrt bewegt sich Europa weg von AvGas hin zu hocheffizienten Dieselmotoren. Zu den Triebkräften für die Umstellung gehören die hohen Kosten von AvGas, die Schwierigkeiten in einigen Ländern bei der Versorgung und Umweltbedenken im Zusammenhang mit einem hochgiftigen Bleizusatz. Mit Unterstützung des gemeinsamen Unternehmens Clean Sky 2, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der Europäischen Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie, treibt das Projekt EINSTAIN den Übergang mit den Werkzeugen voran, die zur Untersuchung und Konstruktion der von Europa angestrebten Kolben-Dieselmotoren-Konfigurationen erforderlich sind.

Motorentechnologie in neue Höhen tragen

Der Einwand gegen Dieselmotoren war bisher ihr größeres Gewicht im Vergleich zu AvGas-Motoren. EINSTAIN sah, basierend auf Automobilentwicklungen, die zu einfacheren sowie leichteren Getrieben und Fortschritten in der Motorentechnologie führen, eine Zukunft für Dieselmotoren. Der Projektkoordinator Amedeo Fogliano von TECNAM erklärte: „Die am meisten unerwartete Herausforderung bestand darin, den Auftrieb und den Luftwiderstand zu minimieren, da das Gewicht der Einlässe im Frontalbereich aufgrund der erhöhten Wärmeaustauschanforderungen einen enormen Einfluss hatte.“ Am Ende führte die Bewältigung dieser Herausforderung dazu, dass das Team die ursprünglichen Ziele übertraf. Das Erreichen der erforderlichen Motoraufhängungsgröße und die Simulation des Einlassstroms zur Verbesserung des Designs führten zu erheblich verbesserten Kenntnissen über Modalanalyse und Wärmeaustausch. Ein multidisziplinärer Ansatz mit einer numerisch-experimentellen Analyse ermöglichte es dem Team, die Leistung hoch und das Gewicht niedrig zu halten.

Innovation nimmt Fahrt auf

Die Fachkräfte aus dem Ingenieurbereich verwendeten dieses Wissen, um ein digitales Installationsmodell vom SR460 zu erstellen, einem luft-/ölgekühlten Sechszylinder-Turbodieselmotor, der von SMA entwickelt wird. Das Team nutzte auch die modularen und skalierbaren Designinstrumente für das Flugzeugdesign, um eine schnellere Markteinführung von Dieseltechnologien für kleinere Flugzeugmodelle zu erreichen. Der Dieselmotor ist jetzt ein neues Produkt im Portfolio von TECNAM und wird derzeit auf dem TECNAM P2010-Flugzeug, einem 4-sitzigen Flugzeug, im Flugversuch getestet.

Die Vorteile „überwiegen“ die Kosten

Fogliano sagt: „Selbst wenn die Wartungskosten und das Grundtrockengewicht eines Dieselmotors im Vergleich zu denen mit AvGas höher sind, ermöglicht ein gutes Design einen geringeren Verbrauch eines günstigeren Kraftstoffs, der für einen bestimmten Flug leicht zu finden ist. Somit können die Gesamtflugkosten erheblich gesenkt werden – um etwa 30 %.“ Weitere Vorteile des Dieselmotors sind eine einfachere Technik (kein Zündsystem, Vergaser oder Untersetzungsgetriebe), die für Pilotinnen und Piloten einfacher zu bedienen ist, eine bessere Motorkühlung, ein hohes Drehmoment bei niedriger Propellerdrehzahl, ein geringerer Kraftstoffverbrauch für höhere Leistung und ein niedrigerer Kraftstoffflammpunkt im Falle eines Unfalls. Der neuartige Hochleistungsdieselmotor für die allgemeine Luftfahrt eliminiert die Abhängigkeit von teurem, oft schwer zu findendem AvGas. Dies reduziert nicht nur die Kosten und die Umweltauswirkungen bestehender allgemeiner Luftfahrtdienste, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten, Menschen und die Dienste, auf die sie angewiesen sind, auf der ganzen Welt miteinander zu verbinden – selbst an abgelegenen Orten wie zum Beispiel Inseln.

Schlüsselbegriffe

EINSTAIN, Dieselmotor, AvGas, allgemeine Luftfahrt, Kolbenmotor, Kraftstoffverbrauch, Wärmeaustausch, Flugzeug

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