Verständnis: Ladedruck, Drehzahl, Drosselklappe bei WW2 Maschinen

[Tom25briklebritt]

Ich hoffe Ihr könnt mir meine Frage beantworten bzw. ich wollte euch mal fragen, ob das richtig so ist. Wie verhält sich das denn genau mit dem Ladedruck, der Drehzahl...

 

Hier mal mein Verständnis, was aber auch komplett falsch sein kann; Beispiel Vergaser (die Propellersteigung lass ich mal außen vor):

 

• Der Schubhebel regelt die Drosselklappenstellung und somit indirekt den Einspritzmenge
• Der Ladedruck den der Turbolader erzeugt wird von der Motordrehzahl geregelt
• Das Anzeigeinstrument für den Ladedruck im Cockpit zeigt den Druck an, der zwischen Drosselklappe und Brennraum gemessen wird
• Wird der Schubhebel nach vorne geschoben, öffnet sich die Drosselklappe, mehr komprimierte Luft kann in den Brennraum, mehr Sprit wird zugeführt
• Der Ladedruck ist konstant solange die Drehzahl nicht verändert wird, wird die Drehzahl erhöht, steigt der Ladedruck und die Drosselklappe sollte auch manuell mehr geöffnet werden damit keine Leistung verloren geht

 

Ist das soweit korrekt? Wenn nicht verbessert mich bitte.

1. Wenn ja, wie würde sich das nun bei den deutschen Jägern mit Einspritzung verhalten z.B. 109 K-4 oder einer Dora 9? Dort regelt ja die Automatik und die Drehzahl ist immer fest mit dem Ladedruck gekoppelt.
2. In der amerikanischen P-47 (hab ich in einem Video gesehen), scheint der Ladedruck nicht direkt an der Drehzahl zu hängen, denn die hat einen extra Hebel mit welchem der Ladedruck unabhängig von der Drehzahl geregelt werden kann. Wie funktioniert das denn dann im Zusammenspiel?

 

Ich hoffe ich lag nicht komplett falsch und jemand kann mich aufklären. Mich interessiert das Thema einfach ?

 

 

Edited June 6, 2020 by Tom25briklebritt

[Supercharger]

11 hours ago, Tom25briklebritt said:

Der Schubhebel regelt die Drosselklappenstellung und somit indirekt den Einspritzmenge

das ist korrekt

 

11 hours ago, Tom25briklebritt said:

Der Ladedruck den der Turbolader erzeugt wird von der Motordrehzahl geregelt

nein, der Ladedruck wird ebenfalls durch die Drosselklappenstellung (Schubhebel) geregelt, wenn es ein Flugzeug mit zusätzlichem Turbolader ist wird dieser entweder über eine Automatik zusammen mit der Drosselklappe geregelt(P-38), oder aber es gibt einen extra Drosselhebel nur für den Turbolader(P-47)

 

11 hours ago, Tom25briklebritt said:

Das Anzeigeinstrument für den Ladedruck im Cockpit zeigt den Druck an, der zwischen Drosselklappe und Brennraum gemessen wird

richtig, die Ladedruckanzeige zeigt den Druck hinter der Drosselklappe also den hinter dem Kompressor(Lader) an

 

11 hours ago, Tom25briklebritt said:

Wird der Schubhebel nach vorne geschoben, öffnet sich die Drosselklappe, mehr komprimierte Luft kann in den Brennraum, mehr Sprit wird zugeführt

richtig

 

11 hours ago, Tom25briklebritt said:

Der Ladedruck ist konstant solange die Drehzahl nicht verändert wird, wird die Drehzahl erhöht, steigt der Ladedruck und die Drosselklappe sollte auch manuell mehr geöffnet werden damit keine Leistung verloren geht

ja und nein, der Ladedruck ist konstant solange der Schubhebel nicht bewegt wird und das Flugzeug mit einem Ladedruckregler ausgerüstet ist(trifft auf einen Großteil aller Flugzeuge zu). Ist kein Ladedruckregler verbaut(z.B. A-20 & P-40) merkst du das sehr schnell, nämlich daran das sich der Ladedruck ständig ändert(z.B. durch eine andere Geschw.,  Flughöhe, Drehzahl oder Temp., etc...)

 

Grundsätzlich ist es so das bei einem Kolbenflugmotor mit Verstellpropeller die Drehzahl über den Pitchhebel und der Ladedruck über den Schubhebel(Gashebel) geregelt wird. Das gilt natürlich nur für entsprechende Leistungsparameter, befindet sich der Motor im Leerlauf kann die Drehzahl nicht mehr über den Propeller geregelt werden wenn das Flugzeug zu langsam ist.  Bei den Deutschen Motoren mit "Einhebelbedienung" regelt eine Automatik. Sie sorgt dafür das immer der passende Ladedruck zur richtigen Drehzahl anliegt. 

 

12 hours ago, Tom25briklebritt said:

In der amerikanischen P-47 (hab ich in einem Video gesehen), scheint der Ladedruck nicht direkt an der Drehzahl zu hängen, denn die hat einen extra Hebel mit welchem der Ladedruck unabhängig von der Drehzahl geregelt werden kann. Wie funktioniert das denn dann im Zusammenspiel?

Richtig, der Ladedruck hat nicht direkt mit der Drehzahl zu tun. Bei der P47 regelt der Schubhebel die Drosselklappen des P&W R-2800. Hier befindet sich der Vergaser mit dem Ladedruckregler(Drosselklappen) vor dem Kompressor(Radial, festes Übersetzungsverhältnis) des Sternmotors. Der Turbolader ist dem Sternmotor(samt Kompressor)vorgeschaltet und kann unabhängig vom Schubehebel geregelt werden. Dies geschieht dann über das Ablassventil (Wastegate) der Abgasturbine des Turboladers. Deshalb muss, weil die P-47 über keinen Bypass im Ansaugtrakt verfügt, der Turbolader Regler(Hebel) synchron zum Schubhebel bewegt werden. Sonst könnte der Turbolader(wenn er voll gedrosselt ist) die Luftmenge die zum Sternmotor gelangt begrenzen. Das würde dann bedeuten das das Triebwerk selbst mit dem Schubhebel in Startstellung keine Startleistung entwickeln könnte. Der Ladedruck der dir in einer P-47 oder P-38 angezeigt wird ist immer gleich der Summe des Druckes die beiden Kompressorstufen zusammen. Heißt Radialverdichter des Motors selbst und Radialverdichter des Turboladers. 

 

ich hoffe ich konnte helfen............

[Yogiflight]

2 hours ago, Supercharger said:

15 hours ago, Tom25briklebritt said:

Das Anzeigeinstrument für den Ladedruck im Cockpit zeigt den Druck an, der zwischen Drosselklappe und Brennraum gemessen wird

richtig, die Ladedruckanzeige zeigt den Druck hinter der Drosselklappe also den hinter dem Kompressor(Lader) an

Der Ladedruck wird meiner Meinung nach vor der Drosselklappe angezeigt. Ich habe gerade mal in einer Vorschrift der 109 F1-4 gesucht, da stand das die Druckmeßleitung amLaderrohr angeschlossen ist, welches sich, denke ich, vor der Drosselklappe befinden dürfte. Der Sensor mißt den zur Verfügung stehenden Ladedruck, nach dem Lader natürlich. Was nach der Drosselklappe gemessen wird ist die tatsächlich in die Brennräume strömende Luftmasse, an der sich dann die Menge des eingespritzten Benzins orientiert.

[Supercharger]

10 hours ago, Yogiflight said:

Der Ladedruck wird meiner Meinung nach vor der Drosselklappe angezeigt. Ich habe gerade mal in einer Vorschrift der 109 F1-4 gesucht, da stand das die Druckmeßleitung amLaderrohr angeschlossen ist, welches sich, denke ich, vor der Drosselklappe befinden dürfte.

Bei den Daimler Benz Motoren befinden sich die Drosselklappen gleich hinter dem Lader in der Ladeluftleitung. Der Ladedruck für die Anzeige im Cockpit als auch für die Regelung durch den Ladedruckfühler wird hinter den Drosseklappen abgenommen. 

10 hours ago, Yogiflight said:

Der Sensor mißt den zur Verfügung stehenden Ladedruck, nach dem Lader natürlich.

Nehmen wir mal an die Ladedruckanzeige im Cockpit würde den ungeregelten Druck gleich hinter dem Lader anzeigen. Bei dem DB 603 etwa läuft der Lader bis etwa 2100 Meter Flughöhe ohne barometrische Regelung. Das heißt sein Übersetzungsverhältnis ist nahezu unverändert. Ein Umstand wie er auch bei rein mechanisch angetriebenen Ladern(z.B.Jumo) an zu treffen ist. Die Anzeige würde also einen Drehzahl und Fluggeschwindigkeit abhängigen Druck anzeigen der bedeutend höher und nicht gleichbleibend ist, so wie wir das kennen(z.B. 1,42ATA für Start). Den Druck hinter den Drosselklappen jedoch würden wir nicht kennen. Dieser Druck ist jedoch Ausschlag gebend für die Leistung des Triebwerks. Das heißt mit einem Ladedruck messer vor den Drosselklappen könnte man sehen  das der Lader seine "Arbeit" macht mehr jedoch nicht. Man hätte keine Anzeige für den tatsächlich dem Motor zur Verfügung stehenden Druck und resultierend daraus währe dieses Instrument zur Regulierung und Beurteilung der tatsächlichen Triebwerksleistung unbrauchbar.

[Bremspropeller]

Mal eine Frage an die Motorversierten: Der ladedruck ist doch eigentlich auch Sekundärmaß für das auf die Welle aufbringbare Drehmoment, oder?

Torque-Gauges haben wir in "unseren" Flugzeugen ja nicht (das gibts mWn nur bei den Turbo-Compound Triebwerken*) - aber am Ende dreht ja das Motordrehmoment die Luftschraube durch die Luft und es ist meniger die Leistung (Drehmoment mal Drehzahl), als die das aufbringbare Drehmoment, das den Propeller gegen den Luftwiderstand treibt.

 

*Interessantes Buch periphär zum Thema:

"America's Round Engine Airliners" (Speciality Press).

[Yogiflight]

1 hour ago, Supercharger said:

Den Druck hinter den Drosselklappen jedoch würden wir nicht kennen. Dieser Druck ist jedoch Ausschlag gebend für die Leistung des Triebwerks.

Du hast insofern natürlich recht, als höherer Ladedruck auch eine höhere Luftmasse bedeutet. Ich habe ja nicht behauptet, daß hinter der Drosselklappe keine Messung mehr erfolgt, sondern lediglich, daß es nicht der Ladedruck ist, der gemessen wird, sonder die tatsächliche Menge an Luft, die in den Einlaßtrakt strömt. Aber sicherlich kann man aus dem Ladedruck die Luftmenge, die dem Motor zugeführt wird, ableiten und dementsprechend Benzin einspritzen. Ich kenne es halt nur von den heutigen Automotoren, wo hinter der Drosselklappe der Luftmassenmesser sitzt, der mißt wieviel Luft in die Brennräume strömt und dementsprechend den Sprit einspritzt.

 

51 minutes ago, Bremspropeller said:

Mal eine Frage an die Motorversierten: Der ladedruck ist doch eigentlich auch Sekundärmaß für das auf die Welle aufbringbare Drehmoment, oder?

Torque-Gauges haben wir in "unseren" Flugzeugen ja nicht (das gibts mWn nur bei den Turbo-Compound Triebwerken*) - aber am Ende dreht ja das Motordrehmoment die Luftschraube durch die Luft und es ist meniger die Leistung (Drehmoment mal Drehzahl), als die das aufbringbare Drehmoment, das den Propeller gegen den Luftwiderstand treibt.

Ja es interessiert halt jeden immer nur die Leistung, weil die eine Aussage über das Maximum macht. Für die Beschleunigung ist aber die Kraft die ausschlaggebende Größe und die wird vom Drehmoment bestimmt. Deswegen wird bei heutigen Automotoren viel Wert auf ein möglichst gleichbleibend hohes Drehmoment gelegt, weil man bei möglichst jeder Drehzahl viel Kraft zur Verfügung hat, was ein großer Vorteil für die Turbodiesel ist.

[Supercharger]

31 minutes ago, Yogiflight said:

daß es nicht der Ladedruck ist, der gemessen wird, sonder die tatsächliche Menge an Luft, die in den Einlaßtrakt strömt

Dann habe ich dich missverstanden, ich dachte du wolltest wissen wo der Druck für die im Cockpit eingebauten Ladedruck Anzeige abgenommen wird. Und der sogenannte Ladedruckfühler(bei DB) nimmt den Druck hinter der Drosselklappe. Da der Querschnitt der Laderleitung und die Ladelufttemperatur bekannte Größen sind ergibt sich daraus ein entsprechender Luftmasse Strom. Dem dann die nötige Kraftstoffmenge zugemessen wird.

 

1 hour ago, Bremspropeller said:

aber am Ende dreht ja das Motordrehmoment die Luftschraube durch die Luft und es ist meniger die Leistung (Drehmoment mal Drehzahl)

Die Leistung des Triebwerks ist, wie du schon sagtest, ein Produkt aus Drehmoment und Drehzahl. Um den Propeller an zu treiben muss das Triebwerk den Widerstand des Propellers überwinden(Drehmoment). Da sich der Propeller jedoch drehen muss um überhaupt Vortrieb zu erzeugen ist eine gewisse Drehzahl erforderlich. Mit sich ändernder Drehzahl, Blattwinkel und Fluggeschwindigkeit ändert sich auch der Widerstand des Propellers. Was wiederum ein anderes Drehmoment erforderlich macht um den Widerstand des Propellers zu überwinden. Diese Kräfte stehen im direkten Zusammenhang zu einander. Ein Kolbenmotor kann jedoch nur ein bestimmtes Drehmoment aufbringen wenn er auch eine gewisse Drehzahl und einen gewissen Ladedruck(Sauger ausgenommen) hat. Hat er die Drehzahl nicht, würgt man den Motor ab, wie man so schön sagt. Der Angelsachse spricht dann von "Overtorque", wenn also die Drehzahl zu niedrig ist, weil der Propeller das Triebwerk abbremst. Deswegen gilt die Faustregel, immer erst die Drehzahl und dann den Ladedruck erhöhen. 

 

2 hours ago, Bremspropeller said:

das gibts mWn nur bei den Turbo-Compound Triebwerken

Ein sogenanntes "torquemeter" hatten viele amerikanische Kolbenmotoren, etwa der R-3350, R-4360 oder R-2800 wenn auch nicht in jeder Variante. Der P&W R-2800-18(C-Serie) in einer F4U-4 hatte eine solche Vorrichtung im Untersetzungsgetriebe eingebaut. Sie war nur nicht mit einer entsprechenden Anzeige im Cockpit verbunden. Weil dies für Jagdflugzeuge eher nebensächlich war. Für Bomber(B-29,B-50) und Verkehrsflugzeuge(L-1049,Boeing 377) hingegen war das sehr viel wichtiger. Weil der Bordingenieur dadurch die exakte Leistung des Triebwerks ermitteln konnte(Drehmoment+Drehzahl). Allein mit dem Ladedruck ist das nicht so genau möglich weil Motor-interne Widerstände(Generatoren,Pumpen, Verschleiß, etc) nicht berücksichtigt werden.

[Bremspropeller]

Erstmal besten Dank für die Aufklärung! Mit sicherheit einer der informativsten Beiträge seit langem.

 

Interessant finde ich, dass das Torque-Gauge zur Leistungsfeststellung herangezogen wird. Ich kenne das aus dem Propellerturbinenbetrieb nur mit dem Hintergrund, dass irgendwann die Welle die weiße Fahne schwenkt. Am Ende des Tages ist es der selbe Effekt (Hintergrund), aber mit einem anderen Outcome.

 

Letztlich geht es beim Motor und dem Propeller nur um das Leistungsgleichgewicht - auf der Einen Seite die Leistung, die der Motor zur Verfügung stellen kann; auf der anderen Seite, die Leistung die der Propeller abruft.

Kannte das von Fluglehrern bisher auch nur im Zusammenhang, dass die Propverstellung vor allem deswegen so erfolgt, damit der Motor vor Beschädigung ("Overtorque") geschützt wird.

Manchmal hilft es, über Dinge zu sprechen ?

[Gizmo03]

On 6/7/2020 at 3:17 PM, Bremspropeller said:

Erstmal besten Dank für die Aufklärung! Mit sicherheit einer der informativsten Beiträge seit langem.

Dem schließe ich mich mal an.