Zusatzwissen Allgemeine Luftfahrzeugkunde

 

8.3 Fahrwerk, Räder, Reifen und Bremsen

8.3.3 Bremsanlage 

Verschleiß

Die Verschleißgrenzen gemäß Betriebshandbuch müssen beachtet werden

Verschleiß tritt sowohl an den Bremsbelägen als auch an der Bremsscheibe auf. Bei Erreichen der jeweiligen Verschleißgrenze (siehe Betriebshandbuch) muss das entsprechende Bauteil erneuert werden. Weitere Informationen findest du hier 

 

Zus 

Verschleiß

Die Verschleißgrenzen gemäß Betriebshandbuch müssen beachtet werden

Verschleiß tritt sowohl an den Bremsbelägen als auch an der Bremsscheibe auf. Bei Erreichen der jeweiligen Verschleißgrenze (siehe Betriebshandbuch) muss das entsprechende Bauteil erneuert werden. Damit neue Bremsbeläge maximale Bremsleistung und eine lange Lebensdauer erreichen, müssen sie eingebremst ("konditioniert") werden. Dazu rollt oder schleppt man das Flugzeug über eine Strecke von ca. 500 m und betätigt dabei nicht zu leicht und möglichst gleichmäßig die Radbremse.

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Trommel- / Scheibenbremse Verschleiß

8.6 Instrumentierung

8.6.6 Erdmagnetismus und Magnetkompass

Der Bohli-Kompass

Beschleunigungs- und drehfehlerfreier Kompass

Dieser Kompass war als Hilfe beim Wolkenflug sehr beliebt, da er im Gegensatz zu normalen Kompassen auch bei Kurven und Beschleunigungen fehlerfrei den Kurs anzeigen konnte. Er gilt inzwischen als historisches Instrument, da er durch GPS, Flugjage- und sonstige Kurs- und Segelflugrechner abgelöst wurde. Näheres hierzu 

Der Bohli-Kompass

Beschleunigungs- und drehfehlerfreier Kompass

Der Bohli-Kompass ist ein spezieller Magnetkompass der ehemaligen Schweizer Firma Bohli-Magnete. Er wurde für den Segelflug entwickelt, um im Gegensatz zu normalen Kompassen auch bei Kurven und Beschleunigungen fehlerfrei den Kurs anzuzeigen, was besonders wichtig für den Blind- oder Wolkenflug war.

Die Eigenschaften des Bohli-Kompasses sind: Er hat keine Dreh- und Beschleunigungsfehler. Normale Kompasse spielen bei Kurven oder beim Beschleunigen im Flugzeug verrückt. Der Bohli-Kompass zeigt die Richtung stabil an. Der Kompass muss von Hand an die Querneigung des Segelflugzeugs angepasst werden. (Stellrädchen im Instrumentenbrett) Die Ablesung erfolgt von oben, daher wird die Skala über einen Spiegel abgelesen.

Bohli-Kompass  Foto: © Robin Tannenberg

Mit der zunehmenden Verdichtung des motorisierten Luftverkehrs und der Umsetzung strenger Luftraumordnungen (in Europa später vereinheitlicht durch die SERA-Regeln) wurde der Wolkenflug im modernen Segelflug-Wettbewerb verboten. Weiterhin haben GPS-Geräte inzwischen die Navigation übernommen. Daher ist dieser Kompass nicht mehr erforderlich und selten geworden. Der Bohli-Kompass gilt inzwischen als historisches Instrument.

8.6.10  g-Messer (Beschleunigungsmesser)

Mechanische und elektronische Instrumente für Segelflugzeuge im Kunstflug. Angezeigt werden positive und negative g-Belastungen

Segelflugzeuge, die für Kunstflug eingesetzt werden, müssen mit einem g-Messer ausgestattet sein. Dies ist ein Instrument, das dem Piloten Informationen über die g-Belastung des Flugzeugs liefert. Die g-Belastung ist das Vielfache der auf das Flugzeug wirkenden Erdbeschleunigung. Ein anderes Wort für g-Last ist der Lastfaktor 'n'. Was du beim g-Messer beachten sollst kannst du hier nachlesen 

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Zus

8.6.10  g-Messer (Beschleunigungsmesser)

Mechanische und elektronische Instrumente für Segelflugzeuge im Kunstflug. Angezeigt werden positive und negative g-Belastungen

Segelflugzeuge, die für Kunstflug eingesetzt werden, müssen mit einem g-Messer ausgestattet sein. Dies ist ein Instrument, das dem Piloten Informationen über die g-Belastung des Flugzeugs liefert. Die g-Belastung ist das Vielfache der auf das Flugzeug wirkenden Erdbeschleunigung. Ein anderes Wort für g-Last ist der Lastfaktor 'n'. Aus dem Kurs 'Grundlagen des Segelflugs' ist bekannt, dass der Lastfaktor gleich dem Verhältnis zwischen Last L und Gewicht W ist (n = L/W). Im stationären Geradeausflug ist die Last gleich dem Gewicht und der Belastungsfaktor somit dem 1-fachen der Erdbeschleunigung, also 1.g oder noch kürzer 1. Bei 0.g ist die Gewichtskraft null und man spricht von Schwerelosigkeit. Ist die Gewichtskraft größer als Null, spricht man von positiv-g; ist die Gewichtskraft negativ, spricht man von negativ-g.

Aus Festigkeitsgründen wird das Flugzeug für eine bestimmte Kategorie mit Werten für die maximal positiven und negativen g-Belastungen zertifiziert. Die maximale negative g-Belastung ist immer kleiner als die maximale positive g-Belastung. Der Kunstflugpilot muss diese Werte kennen und sicherstellen, dass sie nicht überschritten werden.

Bauweise

Das Gerät verfügt über einen Beschleunigungsmesser, der auf die Hochachse des Flugzeugs ausgerichtet ist. Der Beschleunigungsaufnehmer besteht aus einer gefederten Masse, die ein Dreizeiger-System betätigt. Je nach Belastung wird die Masse mehr oder weniger weit ausgelenkt, wodurch die Feder mehr oder weniger stark ausgedehnt wird. Ein Zeiger folgt kontinuierlich der Bewegung der Masse. Die beiden anderen Zeiger werden durch den ersten Zeiger mitgeschleppt (Schleppzeiger) und verbleiben bei der maximal erreichten positiven und negativen g-Belastung stehen).

Auf der Vorderseite des Geräts befindet sich eine Taste zum "Zurücksetzen" der Maximalzeiger und zum "Verriegeln" des Geräts, um den sehr empfindlichen Mechanismus vor Stößen beim Bodentransport zu schützen.

Diverse g-Messer (Fotos: IRL-Shop, Förderverein Segelkunstflug)

8.9.1  Zertifizierung von Luftfahrzeugen und zugehörigen Produkten

Musterzulassung und Konformitätserklärung

Bauvorschriften und Mindestanforderungen für ein Segelflugzeug oder einen Motorsegler

Bei Entwicklung und Konstruktion eines neuen Typs müssen die Bauvorschriften eingehalten werden. sie enthalten die erforderlichen Mindestanforderunge, für das entsprechende Segelflugzeug. Zusätzlich muss für dieses Segelflugzeugmuster eine Erklärung über die Übereinstimmung des Produkts mit den geltenden europäischen Richtlinien und Normen vorliegen. 

Wie diese Dokummente aussehen und was sie enthalten müssen, kannst du hier erfahren 

Musterzulassung

Bauvorschriften und Mindestanforderungen für ein Segelflugzeug oder einen Motorsegler

Bei Entwicklung und Konstruktion eines neuen Typs müssen die Bauvorschriften eingehalten werden. Für Segelflugzeuge und Motorsegler gelten derzeit die "Certification Specifications for Sailplanes and Powered Sailplanes CS-22".

Die Musterzulassung z.B. der ASK 21 erfolgte im Jahr 1979 nach nationalem Recht, nach der LSFM. Kurze Zeit darauf wurden die Erkenntnisse dieser Vorschrift und Erkenntnisse aus Bau- und Zulassungsvorschriften anderer europäischer Länder (z.B. DGAC - Direction générale de l’aviation civile - Frankreich) in der JAR 22 (Joint Airworthiness Requirements for Sailplanes an Powered Sailplanes) zusammengefasst. Diese wurde ohne große Änderungen von der EASA übernommen und sind nun als CS-22 gültig.

Die angewandten Bauvorschriften in der jeweils gültigen Fassung (derzeit CS 22) enthalten die Mindestanforderungen hinsichtlich

• Betriebsverhalten (→ Flugerprobung)
• Festigkeit (→ Bruchversuche)
• Gestaltung und Bauausführung
• Triebwerksanlage (incI. Kraftstoffanlage und Bedieneinrichtungen)
• Ausrüstung (Bordinstrumente, Anschnallgurte, elektrische Anlage, Sauerstoffanlage)
• Betriebsgrenzen und Angaben (→ Flug- und Wartungshandbuch)
• Motoren (für Motorseglermotoren gelten etwas einfachere Forderungen als für Flugmotoren, z. B. Einfachzündung)
• Propeller

In der Musterprüfung wird festgestellt, ob die Bauvorschriften in allen Punkten eingehalten werden; ist dies der Fall, erfolgt mit der Ausstellung des Musterzulassungsscheins (Type Certificate) durch die European Union Aviation Safety Agency (EASA) die Musterzulassung des neuen Typs. Der Musterzulassungsschein nimmt Bezug auf das Gerätekennblatt (Type Certificate Data Sheet) gleicher Nummer, in dem die wichtigsten Merkmale des Musters beschrieben und festgelegt sind. Jedes weitere Flugzeug dieser Serie erhält nach vielen Qualitätskontrollen und einem Testflug eine Werksfreigabe, mit der, basierend auf der Musterzulassung, eine Lufttüchtigkeits-bescheinigung beantragt werden kann.

Konformitätserklärung

Bestätigung der Übereinstimmung eines Produkts mit den geltenden europäischen Richtlinien und Normen

Die Konformitätserklärung enthält in der Regel Informationen über das Flugzeug, einschließlich seiner technischen Spezifikationen und der verwendeten Materialien. Sie kann auch Informationen über die durchgeführten Tests und Prüfungen enthalten, um die Einhaltung der geltenden Vorschriften zu bestätigen. Die Konformitätserklärung ist ein wichtiger Bestandteil des Zertifizierungsprozesses für Flugzeuge und muss von einer zugelassenen Stelle ausgestellt werden.

In der Luftfahrt wird eine Konformitätserklärung für ein Fluggerät ausgestellt, um sicherzustellen, dass das Flugzeug den geltenden Sicherheitsstandards entspricht. Sie ist ein wichtiges Dokument für den Betrieb eines Flugzeugs und muss bei Bedarf vorgelegt werden können.

8.10 Flugzeugzelle, Motoren und Propeller

8.10.1  Allgemeines

Unterscheidung von Verbrennungs- und Elektroantrieben

Eine grundlegende Unterscheidung ergibt sich aus der Antriebstechnik. Hier unterscheiden wir zunächst zwischen Verbrennungs- und Elektroantrieben.

p-V-Diagramm des Verbrennungsmotors

Grundlegende Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren, die Wärmeenergie in mechanische Energie umwandeln

Die kontinuierliche Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie ist nur dann möglich, wenn das gasförmige Arbeitsmedium seinen Zustand ändert, wobei eine Rückführung in den Ausgangszustand möglich sein muss. Maßgeblich für die mechanische Arbeit sind dabei Druck- und Volumenänderungen.

Im p-V-Diagramm werden diese Verhältnisse von Druck und Volumen von 4-Takt Verbrennungsmotoren während eines Arbeitszyklus dargestellt.

Im geschlossenen Raum steigt der Druck an, wenn das Volumen bzw. die Luft komprimiert wird. Mit steigendem Druck erhöht sich auch die Temperatur.

Die 4 Arbeitstakte bei Verbrennungsmotoren lauten:

• 1 Ansaugen
• 2 Verdichten
• 3 Arbeiten
• 4 Ausstoßen

Bei der Verbrennung können Drücke von über 50 bar und Temperaturen von weit über 1000°C entstehen. Wärmezufuhr und Zustandsänderungen des gasförmigen Arbeitsmediums müssen in der Weise erfolgen, dass beim Durchlaufen des Kreisprozesses die von 1 bis 2 geleistete Arbeit größer ist als die Rückführarbeit von 2 bis 1. Die Fläche zwischen den beiden Kurven entspricht der gewinnbaren Arbeit: 𝐿 = ∮ 𝑉 𝑑p 

8.10.2  Antriebsarten

Turbinentriebwerk

Turbinentriebwerke sind bei Segelflugzeugen und Motorseglern eher selten, dennoch wollen wir diese Triebwerke in Funktion und Aussehen vorstellen 

Turbinentriebwerk

Einströmende Luft wird komprimiert, mit Treibstoff gemischt und verbrannt. Die ausströmenden Abgasen erzeugen den Schub

In einem Turbinentriebwerk wird de einströmende Luft durch die Rotorblätter komprimiert, gelangt in die Brennkammern, wo sie zusammen mit einem Treibstoffgemisch verbrannt wird. Die ausströmenden Abgase sorgen für den Schub und treiben zugleich die Turbine an, die die Rotorblätter in Bewegung hält.

Turbinentriebwerk an dem Segelflugzeug "Duo Discus"  (Quelle: Coporaal)

Nachteilig ist, dass der Start des Turbinentriebwerks etwas Zeit und Aufmerksamkeit des Piloten bedarf. Nach dem Ausfahren des Triebwerks muss zunächst die Turbine durch einen Elektromotor auf Drehzahl gebracht werden, bevor das richtige Verdichtungsverhältnis in der Brennkammer erreicht ist und die Verbrennung gestartet werden kann. Dann muss die Turbine noch weiter die Drehzahl erhöhen, bevor der gewünschte Schub einsetzt. 10% Drehzahlabfall kann fast 50% Schub kosten.

Hinweis: Oft ist der Motor leicht gekippt, um zu verhindern, dass die heißen Abgase auf die Kieloberfläche treffen.

Hubkolbentriebwerke (Otto-Motor)

Viertaktmotor (Hubkolben)

Aufbau des Motors mit Nockenwelle zur Ventilansteuerung, Beschreibung der Phasen Ansaugen des Brenngases (1), Verdichten und Zünden (2), Arbeiten (3) und Ausstoßen des verbrannten Gases (4)

Die Nocken betätigen entweder die Stößel oder direkt die Kipphebel, welche die Ventile gegen die Kraft der Ventilfedern öffnet. Vorteile des Viertaktmotors: gute Zylinderfüllung im gesamten Drehzahlbereich, geringe Empfindlichkeit gegen schlecht angepasstes Auspuffsystem, gute Steuerungsmöglichkeit des Gaswechsels Nachteile: aufwändige Ventilsteuerung, hohes Leistungsgewicht nebenstehend (WP: Viertaktmotor)

Die Motorschmierung bei Viertaktmotoren erfolgt durch das Kurbelgehäuse-Spülsystem oder durch die Druckumlaufschmierung. Bei der Kurbelgehäuse-Spülung wird das Schmieröl in den Kurbelgehäusebereich des Motors geleitet, wo es die beweglichen Teile schmiert und abkühlt. Das Öl wird dann durch das Spülsystem zurück in den Öltank geleitet, wo es erneut verwendet werden kann. Bei der Druckumlaufschmierung wird das Schmieröl von einer Pumpe durch den Motor gepumpt und fließt durch Kanäle an die Schmierstellen. Das Öl wird dann zurück in den Öltank geleitet, wo es erneut verwendet werden kann, nachdem es durch den Ölkühler abgekühlt wurde.

Der Zweitaktmotor (Hubkolben)

Einfacher Motoraufbau, ein Kreisprozess umfasst nur eine Kurbelwellenumdrehung: Ansaugen und Verdichten (1), Arbeiten und Ausstoßen (2)

xx xx Vorteile des Zweitaktmotors: einfacher Motoraufbau geringes Gewicht niedrige Herstellungskosten günstiges Drehkraftdiagramm

xx xx Nachteile des Zweitaktmotors: hoher Kraftstoffverbrauch, hohe HC-Emission, hohe Wärmebelastung, schlechtes Leerlaufverhalten.

Zweitaktmotor (WP Zweitaktmotor)

Die Motorschmierung bei Zweitaktmotoren erfolgt durch das Kurbelgehäuse-Spülsystem. Dabei wird das Schmieröl dem Kraftstoff im vorgeschriebenen Mischungsverhältnis beigegeben und gelangt an die Schmierstellen, wo es mit verbrannt wird. Dieses System wird heute noch bei vielen kleinen Zweitaktmotoren wie Rasenmähern, Motorsägen oder Mofas verwendet. Eine weitere Möglichkeit ist die Frischölschmierung, auch als Getrenntschmierung bezeichnet. Hierbei wird das Schmiermittel separat dem Motor durch eine Pumpe zugeführt und anschließend ebenfalls mit verbrannt. Vorteile sind die exaktere und bedarfsabhängige Dosierung im Vergleich zur Gemischschmierung, wodurch die Schmierungseigenschaften immer konstant gehalten werden können sowie der Ölverbrauch reduziert und die Abgasqualität verbessert wird. Ein Bild eines typischen Zweitakt-Klappmotors findest du, wenn du auf diesen Button    klickst.

Der Wankel-Motor (Kreiskolben Viertaktmotor)

Aufbau des Kreiskolbenmotors (ohne Ventile), Beschreibung der Phasen Ansaugen des Brenngases (1), Verdichten und Zünden (2), Arbeiten (3) und Ausstoßen des verbrannten Gases (4)

xx xx Vorteile des Kreiskolbenmotors: vollkommener Massenausgleich günstiger Drehkraftverlauf kompakte Bauweise kein Ventiltrieb gutes Laufverhalten

Wankelmotor (Wikipedia)

xx xx Nachteile des Kreiskolbenmotors: ungünstige Brennraumform hohe HC- Emission hoher Kraftstoff- und Ölverbrauch teuer in der Herstellung Selbstzündung nicht möglich

Bei der Drehung des Kolbens erweitert bzw. vermindert jede Kammer, - jeweils um 120° versetzt-, ihr Volumen, so dass in jeder Kammer pro Kolbenumdrehung ein kompletter Viertaktprozess ablaufen kann. Geführt wird der Kolben dabei durch seine Innenverzahnung (A), die sich auf einem gehäusefesten Ritzel abwälzt. Die Drehbewegung des Kolbens überträgt sich mit Hilfe eines Exzenters auf die Motorwelle (B), die sich mit der dreifachen Drehzahl des Kolbens bewegt.

Der Einspritzmotor hat eine Einspritzpumpe und Einspritzdüsen für den Kraftstoff

Unter hohem Druck wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum gespritzt, über das Einlassventil wird lediglich Luft angesaugt. 

Der in allen Fluglagen funktionierende, vereisungssichere Motor ist hier beschrieben 

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Zus

Der Einspritzmotor

Unter hohem Druck wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum gespritzt, über das Einlassventil wird lediglich Luft angesaugt

Beim Einspritzmotor wird der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt, anstatt wie bei der Saugrohreinspritzung hinter der Drosselklappe im Ansaugrohr. Schau dir die Funktionsweise genauer an:

• Bei der Benzindirekteinspritzung wird der Kraftstoff mit einer Einspritzdüse unmittelbar in den Zylinder gespritzt.
• Durch die Einlassventile wird ausschließlich Luft angesaugt.
• Im Gegensatz zur äußeren Gemischbildung (Saugrohreinspritzung) erfolgt hier die innere Gemischbildung direkt im Brennraum.
• Der hohe Einspritzdruck von etwa 200 bar sorgt für eine effiziente Vermischung von Kraftstoff und Luft.

Die Benzindirekteinspritzung wurde erstmals 1916 in einem Junkers-Flugmotor eingesetzt.

Nachteilig für Flugzeugmotoren sind die zusätzlichen Komponenten der Benzindirekteinspritzung (wie Hochdruckpumpe und Einspritzdüsen). Diese können das Gewicht erhöhen und beanspruchen mehr Platz und sind wartungsintensiver als Vergaser.

Insgesamt ist die Benzindirekteinspritzung eine vielversprechende Technologie, aber ihre Anwendung in Flugzeugmotoren erfordert sorgfältige Abwägungen zwischen Effizienz, Zuverlässigkeit und Wartungsaufwand.

Der Einspritzmotor ist vereisungsssicher und funktioniert, sofern für durchgehende Schmierung gesorgt ist, in allen Fluglagen. 

8.10.2.2  Der Elektroantrieb

Aufbau und Kommutierung des Elektromotors

Die heutzutage gebräuchlichsten Motore sind bürstenlose Gleichstrommotore

Durch eine Steuerelektronik wird Gleichstrom in den passenden Drehstrom umgewandelt. Dieser Vorgang wird Kommutierung genannt. Die Funktionweise des Motors und die Regelelektronik zur Bestromung und Umkehrung der Stromrichtung erfährst du hier 

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Zus

Aufbau des Elektromotors

Funktionsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Die dabei heutzutage gebräuchlichsten Motore sind bürstenlose Motore. Der bürstenlose Motor bietet den Vorteil geringerer Wartung, höherer Effizienz und längerer Standzeit im Vergleich zu Motoren mit Bürsten am Rotor.

Ein bürstenloser Motor, auch als Brushless-Motor oder BLDC-Motor (Brushless DC) bezeichnet, unterscheidet sich von einem herkömmlichen Elektromotor. Statt Kohlebürsten, die am Rotor befestigt sind, verwendet er elektrische Spulen, die am Rotor angebracht sind. Diese Spulen wechseln das Magnetfeld, wenn sie an Strom angeschlossen werden, und erzeugen so eine Drehbewegung beim Rotor.

Hier sind die wichtigsten Aspekte zur Funktionsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors:

Aufbau des bürstenlosen Gleichstrommotors:

• Der Rotor ist permanenterregt, während der Stator aus Spulen besteht.
• Die Spulen werden so angesteuert, dass ein drehendes Erregerfeld (magnetisches Drehfeld) entsteht.
• Das Drehmoment resultiert aus der Wechselwirkung zwischen den beiden Magnetfeldern: dem permanent erregten Rotor und dem Erregerfeld im Stator.
• Es gibt zwei Arten von Rotoren: Innenläufer (innerhalb des Stators) und Außenläufer (außerhalb des Stators).

Kommutierung des bürstenlosen Gleichstrommotors

Durch eine Steuerelektronik wird Gleichstrom in den passenden Drehstrom umgewandelt

Aufbau und Komponenten des E-Motors  (Quelle: DAeC, Lange Aviation)

Die Kommutierung (Bestromung und Umkehrung der Stromrichtung) erfolgt über eine Regelelektronik.

• Drei Hall-Sensoren sind über den Umfang verteilt, um die Position des Rotors zu erkennen.
• Eine Schaltung mit drei Halbbrücken wird verwendet, um die Spulen ein- und auszuschalten.

So werden Drehfelder werden erzeugt, um die Wellen von Drehstrommotoren und selbstständig anlaufenden Wechselstrommotoren anzutreiben. Das Drehfeld zieht den koaxial auf der Welle des Motors befestigten Rotor magnetisch mit. Mehr dazu unter Bürstenloser Gleichstrommotor Funktion & Aufbau [mit Video] (studyflix.de) Drehstrommotor: Zeitliche Abfolge der einzelnen phasenversetzten Spannungen als Vektoren (Wikipedia: Mtodorov_69)

Energiespeicher, Batterie

In Segelflugzeugen kommen meist Lithium-Eisen-Phosphat Akkus (LiFePO4-Akkus) zum Einsatz, die über ein Batteriemanagementsystem (BMS) genutzt werden

Segelflugzeuge mit Elektroantrieb verwenden Akkus, um den elektrischen Motor zu betreiben. Meistens kommen LiFePO4-Akkus (Lithium-Eisen-Phosphat) zum Einsatz.

• Haben eine höhere Energiedichte im Vergleich zu Bleibatterien
• Sie sind leichter und haben eine längere Lebensdauer

Systemgestaltung einer Antares mit Batterien in den Tragflächen (Lange Aviation)

Der elektrische Antrieb verfügt meist über zwei Batterien: eine Hochvolt-Batterie für den Motor sowie eine 12 V-Batterie für die Versorgung der Elektronik. Ohne die 12 V Versorgungsspannung kann das Hochvolt-System nicht in Betrieb genommen werden.

Die Bedeutung des Batteriemanagementsystem (BMS) und die Aufgaben der Leistungselektronik 

Batteriemanagementsystem und Leistungselektronik

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist bei LiFePO4-Akkus (Lithium-Eisen-Phosphat) von entscheidender Bedeutung.

Lithium in LiFePO4- Akkus hat im Vergleich zu Blei in Blei-Säure-Batterien reaktivere Eigenschaften.

• Das Elektrodenmaterial der Lithiumbatterie ist brennbar.
• Um die Sicherheit zu gewährleisten, werden Separator, Hülle und andere Materialien der Lithium-Ionen-Akkus stärker und dicker gemacht.
• Trotzdem sind LiFePO4-Akkus leichter und kompakter als Blei-Säure-Batterien.

Unterschiede zwischen Einzelzellen:

• Lithiumbatterien haben Unterschiede im Innenwiderstand, in der Kapazität und in der Spannung zwischen den Einzelzellen.
• Ungleichmäßige Wärmeableitung oder übermäßiges Laden und Entladen können die Lebensdauer der Batterie verkürzen.
• Das BMS gleicht diese Unterschiede aus und verhindert vorzeitige Beschädigungen.

Funktionen des BMS:

• Schätzung des SOC (Restleistung): Das BMS schätzt den Ladezustand genau ab und verhindert Überladung oder Überentladung.
• Dynamische Überwachung der Batterie: Spannung, Temperatur und Strom werden in Echtzeit erfasst.
• Das BMS sorgt für eine sichere Ladung und Entladung und verlängert die Batterielebensdauer.

• Der Ladestrom eines LiFePO4-Akkus variiert abhängig vom BMS (Batteriemanagementsystem) und seiner Kapazität.
• Es gibt keine allgemeingültige Aussage zum Ladestrom von Lithiumbatterien.
• Ein Blick ins Datenblatt des Herstellers ist unerlässlich, um den empfohlenen Ladestrom zu ermitteln.

Leistungselektronik

Aufgaben und Komponenten

Wie du bisher gelernt hast, besteht der e-Antrieb aus:

• dem Elektromotor
• der Leistungselektronik
• dem Power Switch mit dem LEM Modul (PSLM)

Verantwortlich für den sicheren und störungsfreien Betrieb des Elektromotors ist die vorgeschaltete Leistungselektronik mit dem Power Switch und dem LEM Modul (PSLM).

Die vorgeschaltete Leistungselektronik übernimmt folgende Aufgaben:

• Ladesteuerung der Kondensatoren
• Ansteuerung des Vakuumschalters zwischen der Antriebsbatterie und Leistungselektronik zur Inbetriebnahme und auch zur Notabschaltung
• Messung des Eingangsstroms
• Ausgabe der Messungen

Leistungselektronik mit Power Switch und LEM Modul - PSLM  (Quelle: DAeC, Lange Aviation)

8.10.3  Propeller 

Blattzahl

Auswirkungen der Blattzahl auf den Wirkungsgrad und die übertragbare Leistung des Propellers

Hier findest du einige Vor- und Nachteile, die mit einer zunehmenden Blattzahl einhergehen 

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Zus

Blattzahl

Auswirkungen der Blattzahl auf den Wirkungsgrad und die übertragbare Leistung des Propellers

Eine zunehmende Blattzahl bringt qualitativ folgende Änderungen mit sich:

• sinkender Wirkungsgrad
• größere, bei einem gegebenen Durchmesser, übertragbare Leistung
• geringerer erforderlicher Durchmesser und damit geringere Blattspitzengeschwindigkeit
• steigende Herstellungskosten

Insbesondere wenn die einzelnen Flügel über den Propellerkreis unterschiedlich angeströmt werden, wirkt sich eine höhere Blattzahl günstig auf das Vibrationsverhalten aus.

Bei Kolbenmotor-getriebenen Flugzeugen sind zweiflügelige Propeller am häufigsten. Die Turboprop- und Propfan-Antriebe größerer Flugzeuge wiederum haben 3 bis 7 oder noch mehr Blätter.    Propfan (An-70_takeoff.jpg: Marianivka English Wikipedia Threecharlie, Progress D-27 propfan (Antonov An-70), CC BY-SA 3.0)

Druck- und Zugpropeller

Vor- und Nachteile der Positionierung und Ausrichtung eines Propellers

Der Hauptunterschied zwischen Druck- und Zugpropellern liegt in ihrer Positionierung und Ausrichtung.

Ein Zugpropeller ist vor dem Fahrzeug (wie einem Flugzeug oder Schiff) montiert und zieht das Fahrzeug vorwärts, indem er Luft oder Wasser ansaugt und nach hinten ausstößt. Der Vorteil eines vorn angebauten Antriebs besteht darin, dass die Ruder auch im Stand (also beim Start) angeströmt werden und somit schon Ruderdruck haben.

Ein Druckpropeller hingegen ist am hinteren Ende des Fahrzeugs montiert und drückt das Fahrzeug vorwärts, indem er Luft oder Wasser von vorne ansaugt und nach hinten ausstößt. Der Druckpropeller vor der Tragfläche versetzt den Luftstrom in eine Spiralbewegung und stört so die ideale aerodynamische Umströmung der Tragflächen, während der Druckpropeller zumindest theoretisch die Umströmung der Tragflächen nicht negativ beeinflussen kann.

Es ist wichtig zu beachten, dass sowohl Druck- als auch Zugpropeller ihre eigenen Vor- und Nachteile haben und die Wahl zwischen den beiden oft von spezifischen Anforderungen und Umständen abhängt.

Speed Canard mit Druckpropeller (Ad Meskens, Malle Gyroflug Speed Canard 01, CC BY-SA 3.0)

Ein weiteres Problem bei Druckpropellern ist die erschwerte Kühlung des Motors.

Als Vorteil bietet ein Druckpropeller verbesserte Längsstabilität, d. h., wenn das Flugzeug aufnickt, erzeugt er ein abnickendes Moment und umgekehrt (sowohl in Abhängigkeit vom Nickwinkel als auch von der Nickrate). Gleiches gilt für Gierwinkel und -rate. Ein Zugpropeller hat eine entgegengesetzte Wirkung. Daher werden Druckpropeller meistens bei Flugzeugen eingesetzt, die hinsichtlich der Längsstabilität ungewöhnlich konfiguriert sind, etwa bei Canard-Konfigurationen („Entenflugzeug“).

8.11  Wasserballastanlagen

Aufbau

Integration der Wassertanks in den Tragflächen und im Seitenleitwerk

Traditionell bestanden die Tanks aus separaten, abnehmbaren, flexiblen Säcken. Heutzutage sind die Tanks in den hohlen Innenraum von Flügeln und Seitenruderflosse integriert. 

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Zus

Aufbau

Integration der Wassertanks in den Tragflächen und im Seitenleitwerk

Traditionell bestanden die Tanks aus separaten, abnehmbaren, flexiblen Säcken. Heutzutage sind die Tanks in den hohlen Innenraum von Flügeln und Seitenruderflosse integriert. Die Tanks können wiederum aus mehreren Abteilen bestehen. Das Fassungsvermögen kann bis zu mehreren zehn Litern betragen.

8.12. Batterien (Kapazität und Betriebsgrenzen)

8.12.6  Bordnetz

Batterie, Parallelschaltung, Kapazität und Widerstand

Vorneweg ein paar wichtige Hinweise

Bei der Verwendung von zwei Batterien wird oft ein Schalter verwendet werden, mit dem man zwischen Batterie 1 oder Batterie 2 wählen kann.

Will man zwei Batterien parallelschalten, dann sollten beide Batterien auf die gleiche Spannung aufgeladen sein.

Für ein langes Batterieleben sollten Blei-Säure-Batterien nach Gebrauch gleich wieder nachgeladen werden und nur in vollgeladenem Zustand gelagert und überwintert werden.

Ein Strom kann nur fließen, wenn der Pluspol und der Minuspol der Batterie in irgendeiner Weise verbunden sind. Eine nicht angeschlossene Batterie hat eine Spannung, aber es fließt kein Strom.

Die Quelle der elektrischen Energie ist die Batterie oder besser gesagt der Akku, durch Parallelschaltung von Batterien bleibt die Spannung gleich, aber die Kapazität erhöht sich. 

 

Batterie

In elektrochemischen Zellen wird durch einen chemischen Prozess elektrische Energie erzeugt, Zusammenfassung von sechs 2-V-Bleizellen zu einem 12-V-Bleiakku

Die Quelle der elektrischen Energie ist die Batterie oder besser gesagt der Akku. Eine Batterie ist eine Zusammenfassung elektrochemischer Zellen, in denen durch einen chemischen Prozess elektrische Energie erzeugt wird. Während dieses Prozesses kommt es zur Umwandlung der beteiligten Stoffe, die irgendwann erschöpft sind und die Stromerzeugung zum Erliegen kommt. Bei wieder aufladbaren Zellen ist dieser Vorgang reversibel. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung der Zelle wird eine bestimmte Spannung erzeugt.

Die elektrische Spannung wird mit der Bezeichnung U versehen und in der Einheit V [Volt] ausgedrückt.

Parallelschaltung

Durch Parallelschaltung von Batterien bleibt die Spannung gleich, aber die Kapazität erhöht sich. Was ist dabei zu beachten?

Manchmal werden mehrere Batterien verwendet. Diese werden dann nebeneinander (parallel) angeordnet. Die Spannung bleibt gleich, aber die Kapazität der Batterie wird erhöht. Mit anderen Worten: Die Batterien halten länger.

Hinweis: Will man zwei Batterien parallelschalten, dann sollten beide Batterien auf die gleiche Spannung aufgeladen sein.

Kapazität

Die Stromstärke (A), die für eine bestimmte Zeit (h) geliefert wird (Ah)

Die Kapazität von Batterien wird durch ihre Fähigkeit ausgedrückt, einen bestimmten elektrischen Strom für eine bestimmte Zeitspanne zu liefern. Elektrischer Strom wird mit I bezeichnet und seine Einheit ist das Ampere A. Eine Batterie mit einer Kapazität von 10 Ah kann theoretisch eine Stunde lang einen Strom von 10 A liefern. Die gleiche Batterie kann theoretisch 10 Stunden lang einen Strom von 1 A liefern, usw. In der Praxis sind diese Werte abhängig von der Temperatur und dem Zustand (Alter, Ladezyklen, Pflege) der Batterie.

Hinweis: Für ein langes Batterieleben sollten Blei-Säure-Batterien nach Gebrauch gleich wieder nachgeladen werden und nur in vollgeladenem Zustand gelagert und überwintert werden.

Elektrischer Widerstand

Beispiele guter und schlechter Stromleiter, Bezeichnung des elektrischen Widerstands mit R in der Einheit Ohm (Ω)

Ein Strom kann nur fließen, wenn der Pluspol und der Minuspol der Batterie in irgendeiner Weise verbunden sind. Eine nicht angeschlossene Batterie hat eine Spannung, aber es fließt kein Strom.

Das liegt daran, dass sich zwischen den Polen der Batterie nichts als Luft befindet. Luft ist ein guter Isolator und daher ein schlechter Leiter für Elektrizität.

8.13  Rettungsfallschirme

Kompaktrettungssystem

Kompaktrettungssystem

 

 

 

Anker:  Allgemeines = Mot8101; Antriebsarten = Mot8102; Propeller = Mot8103; Lärm = Mot8104; Verbrenner =

Motbrenn0; Turbine = Motbrenn1: Hubkolben = Motbrenn2; Vergaser = Motbrenn3; Vergaservereisung = Motbrenn3a; Kühlung = Motbrenn4; Kraftstoff = Motbrenn5; Bedienung = Motbrenn6; Elektro = Motele0; Allgem = Motele1; Ausführung = Motele2; Aufbau = Motele3; Kommutierung = Motele4; Energie = Motele5; Leistung = Motele6; Bedien-e = Motele7; Kennwerte = Motele8; Warnmeld = Motele9; Grundlagen = Motpro1; Proparten = Motpro2; Betriebszust = Motpro3; Propbedien = Motpro4

 

Anker: Grundlagen = Elek1; Batterien = Elek2; Stat El = Elek3; Stromerzeugung = Elek4; Bauelemente = Elek5; Bordnetz = Elek6

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