Umfangreiche Studie zu Vereisung von Kolbenmotoren (Lycoming und Rotax)

[cosy]

Die Studie ist Ende Dezember publiziert worden. Sie ist sehr gründlich, umfangreich und hat wissenschaftliche Begründung aber gleichzeitig  sehr praxisorientiert.

 

(Bild von BAZL-Seite zur Sensibilisierung des Themas)

 

 

• Es werden anhand von zwei Motortypen Vereisungsprozesse untersucht und mit der "Lehrmeinung"  verglichen. (franz. Literatur für PPL-Theorie sowie ATPL-Theorie, EASA Empfehlungen und Dokumente, Pilotenhandbuch und techn. Unterlagen zu den verwendeten Flugzeugmuster)
• Die thermodynamischen Verhältnisse werden für die zwei Motortypen
  im Motorenraum numerisch modelliert und in Simulationen mit dichten Knoten simuliert:
  • Speedbereich 0.1 bis 0.3 Mach mit T-Variation -35 bis 0°
  • Speedbereich 0.2 bis 0.6 Mach mit T -40 bis 0°
• Dann wird in einem Windkanal der Motor mit Prooeller und seinem Motorenraum unter folgenden Bedingungen vermessen:
  • Lycoming O-360 A1AD
  • Rotax Familie (Rotax Turbo 914 und 912-Serie)
• Und schliesslich werden definierte Messflüge mit entsprechenden Flugzeugmustern gemacht
• Zum Schluss wird die gewonnene Erfahrung bewertet

 

Wer ein Flugzeug mit ogenannten Motoren fliegt oder gar besitzt, sollte da reinschauen. Auch ohne Französischkenntnisse sind die Bilder und Grafiken sehr aufschlussreich. 

Ausserdem ist es heute sehr einfach, solche Dokumente zu übersetzen.

 

Eines der Fazits: das EASA-Diagramm mit den Zonen der Vereisungsgefahr entspricht nicht oder nicht unbedingt der Erkenntnis. Vereisung ist Modellabhängig und differiert sehr stark auch in Funktion des Flugablaufs resp. Flugprofils.

 

Die geschulten vereinfachten Grundlagen sollten revidiert werden.

 

Cosy a.k. Bruno

 

Vollversion (Fileformat komprimiert)  Direktlink zur Datei m 253 Seiten
(Text mit Bildern,  in franzöisch)

 

Version kurz mit den ersten 60 Seiten

Direktlink zur pdf-Datei (Text mit Bildern,  in franzöisch)

Bearbeitet 10. Februar von cosy
Modellrechnung und Windkanal: Kopierfehler korrigiert

[Dierk]

vor 35 Minuten schrieb cosy:

Die Studie ist Ende Dezember publiziert worden. Sie ist sehr gründlich, umfangreich und hat wissenschaftliche Begründung aber gleichzeitig  sehr praxisorientiert.

 

Direktlink zur pdf-Datei (Text mit Bildern,  in franzöisch)

 

das sind nur die ersten 60 Seiten von 243. Damit kann man nicht viel anfangen, weil die eigentliche "Forschung" gar nicht enthalten ist.

 

Das vollständige Dokument findet sich hier: Givrage du dispositif d’admission d’air des moteurs à pistons Ergebnisse der Untersuchungen finden sich ab Seite 135.

 

 

Bearbeitet 10. Februar von Dierk
link

[cosy]

3 minutes ago, Dierk said:

 

das sind nur die ersten 60 Seiten von 243. Damit kann man nicht viel anfangen, weil die eigentliche "Forschung" gar nicht enthalten ist.

 

Das vollständige Dokument findet sich hier: Givrage du dispositif d’admission d’air des moteurs à pistons Ergebnisse der Untersuchungen finden sich ab Seite 135.

 

 

Hoi Dierk,

Das hatte ich natürlich auch gesehen und darum (bevor Du das schriebst) angepasst.

trotzdem merci bcp

[Dierk]

Ich hab's jetzt mal überflogen. 

 

Leider für mich wenig (Rotax 912 S3) kaum brauchbare Ergebnisse. 

 

Zitat

En descente : En raison de l’activation du dispositif de réchauffage sur les installations de type 2, la comparaison n’a pas de sens.

 

Es wurde nämlich bei den Rotaxmodellen 912 beim Sinkflug systematisch die Vergaservorwärmung gezogen. Gerade bei diesem Manöver, sowie beim Warten auf dem Taxiway am Boden mit geringen RPM (z.B. 1000/min) hätte ich Vereisung erwartet. Nun wurden bei 912er offenbar keine Sinkflüge ohne gezogene Vergasererwärmung durchgeführt, auch wurden tiefe RPM wie z.B. 1000/min gar nicht gemessen. Was gemessen wurde, waren Steig- und Reiseflug, sowie der Effekt der gezogenen Vergasererwärmung. 

 

Als Fazit kann man jedoch sagen, dass die Vergasererwärmung ordentlich und rasch funktioniert, wenn man sie zieht. Vor allem unmittelbar nach der Aktivierung steigt die Temperatur stark an, fällt etwas später wieder ab. Und es gibt generell musterabhängig relativ grosse Unterschiede im Temperaturverhalten sowie mit als auch ohne Vergasererwärmung.  

[cosy]

18 hours ago, Dierk said:

auch wurden tiefe RPM wie z.B. 1000/min gar nicht gemessen.

Bei dieser Drehzahl ist dem Rotax nicht wohl. Rotax selbst sagt inzwischen Offiziell, dass der Betrieb ihrer Motoren grundsätzlich nicht unter 2000 rpm fallen sollte. Dies wegen der sehr starken Kippschwingungen in unteren Drehzahlen und die verhältnismässig starke seitliche Reibung.

Darum auch 2500 RPM fürs Aufwärmen bis oil > 50°C, Im Flug nicht unter 4800*, Beim Approach nie voll gezogen, sondern (deutlich über 3000 stehen lassen).

Den Letzten Satz vermitteln die Ausbildnern allen Kursbesuchern (offiz. Rotax-Training), das steht dann auch in den Kursunterlagen.

 

* ) dies sollte beachtet werden in Flugzeugen , welche über C/S verfügen, denn da regelt man die Leistung dann mit dem Power-Lever und nicht über die Drehzahl. Bei Fixprop ist das nice to know (was gut währ für ein langes Motorleben), aber natürlich nicht unisono umsetzbar.

 

Abweichungen nach unten natürlich jederzeit (kurz), aber nicht stehen lassen.

 

Cosy a.k. Bruno

Bearbeitet 11. Februar von cosy

[ArminZ]

Bin nicht sicher ob ihr zwei von verschiedenen Drehzahlen sprecht? UL 912 und ULS 912 haben ja ein Untersetzungsgetriebe (1:2.43).
Die Angaben von Cozy sind Motordrehzahlen. Die "normalen" Leerlauf(motor)drehzahlen die ich von ca 10 verschiedenen ULs mit Rotax UL 912/ULS 912 mit Vergaser  kenne, sind so zwischen 1600 und 1900 rpm. Problematik vwie oben von Cozy genannt.

[Dierk]

vor 33 Minuten schrieb cosy:

Bei dieser Drehzahl ist dem Rotax nicht wohl. Rotax selbst sagt inzwischen Offiziell, dass der Betrieb ihrer Motoren grundsätzlich nicht unter 2000 rpm fallen sollte. Dies wegen der sehr starken Kippschwingungen in unteren Drehzahlen und die verhältnismässig starke seitliche Reibung.

Darum auch 2500 RPM fürs Aufwärmen bis oil > 50°C, Im Flug nicht unter 4800*, Beim Approach nie voll gezogen, sondern (deutlich über 3000 stehen lassen).

Den Letzten Satz vermitteln die Ausbildnern allen Kursbesuchern (offiz. Rotax-Training), das steht dann auch in den Kursunterlagen.

 

* ) dies sollte beachtet werden in Flugzeugen , welche über C/S verfügen, denn da regelt man die Leistung dann mit dem Power-Lever und nicht über die Drehzahl. Bei Fixprop ist das nice to know (was gut währ für ein langes Motorleben), aber natürlich nicht unisono umsetzbar.

 

Abweichungen nach unten natürlich jederzeit (kurz), aber nicht stehen lassen.

 

Cosy a.k. Bruno

 

Ok, danke, ich meinte Propeller-RPM (nur für diese RPM gibt es ein Anzeige-Instrument in der Katana DV20). Laut Checkliste Aufwärmen bei 1000 Prop-RPM.  Aufgrund des Untersetzungsgetriebes 2.43:1 ergeben 1000 Prop-RPM dann 2430 Motor-RPM.

EDIT: 

bezüglich Katana DV20 mit 912S 100 PS C/S Prop:

2000 Engine = 843 Prop (diese tiefen Drehzahlen werden grundsätzlich vermieden, nur beim Taxi manchmal nicht möglich, weil sonst zu schnelles Taxi, wo man dann bremsen müsste, ansonsten immer erhöhter Leerlauf = 1000 Prop-RPM)

2500 Engine = 1'029 Prop (so genau ist das Anzeigeinstrument nicht, dass man 1000 Prop-RPM von 1029 Prop-RPM unterscheiden könnte)

4800 Engine = 1975 Prop (in der Tat machen für Reiseflug tiefere Prop-RPM keinen Sinn)

Approach über 3000 Engine = 1235 Prop, in die Nähe dieser Prop-Drehzahl kommt man beim Anflug in der Regel nicht da auf kleine Steigung gestellt wird und der Prop schon wegen Windmilling schneller als 1235/min dreht. 

 

Zwar hat Vereisung auch etwas mit Engine-RPM zu tun, jedoch mehr mit der Stellung der Drosselklappe, würde ich sagen. Ich hatte schon mehrfach beginnende Vereisung bei entsprechenden Wetterbedingungen nach Taxi mit 1000 Prop-RPM und Run-up bzw. Warten auf dem Taxiway im erhöhten Leerlauf. Kurzes Ziehen der Vergaservorwärmung verbesserte die Motordrehzahl (mit Erhöhung derselben) und das "hoch" klingende Motorgeräusch in diesen Fällen sofort.

Bearbeitet 11. Februar von Dierk

[ArminZ]

14 hours ago, Dierk said:

 

Ok, danke, ich meinte Propeller-RPM (nur für diese RPM gibt es ein Anzeige-Instrument in der Katana DV20). 

Bei UL's (nicht-Schweiz) wird in der Regel die Motordrehzahl gemessen (zumindest bis anhin ist ist mir noch kein UL untergekommen, welches Prop-Drehzahlmessung verwendet)

[DaMane]

vor 9 Stunden schrieb ArminZ:

Bei UL's (nicht-Schweiz) wird in der Regel die Motordrehzahl gemessen (zumindest bis anhin ist ist mir noch kein UL untergekommen, welches Prop-Drehzahlmessung verwendet)

Hmmm, und nach was regelt man da einen constant-speed prop? Nach Motordrehzahl würde da nicht viel Sinn machen, oder verstehe ich da was falsch? Oder gibt es da eine Einhebel-Bedienung, die rpm+mp gemeinsam regelt?

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 12. Februar von DaMane

[ArminZ]

4 hours ago, DaMane said:

Hmmm, und nach was regelt man da einen constant-speed prop? Nach Motordrehzahl würde da nicht viel Sinn machen, oder verstehe ich da was falsch? Oder gibt es da eine Einhebel-Bedienung, die rpm+mp gemeinsam regelt?

 

Gruß

Manfred

Der Regler benützt nach meinem Verständnis die Drehzahldifferenz (aktuelle (Ist-)Drehzahl versus gewünschte (Soll-)Drehzahl) und versucht durch Änderung des Propeller-Blattwinkels diese Drehzahldifferenz zu minimieren/eliminieren.  Dabei spielt es keine Rolle, ob wir die Umdrehungen am Motor oder am Propeller messen, Hauptsache wir benützen für Ist- und Sollwerte die gleiche Referenz.
Die meisten ULs die ich bisher geflogen habe sind mit Starrprop ausgerüstet.
Bei einer Dynamic WT-9 damals so um 2008 war der Mechanismus (namens MCS 2000) elektrisch (entweder "auto" mit optionen "climb" oder "cruise", oder dann manuell). Das Gerät hier (direkt unter der GPS Halterung, rot-blau-grüne Knöpfe) sieht ziemlich ähnlich aus [der blaue Hebel  im Bild unterhalb des Gashebels hat notabene nichts mit dem Verstellpropeller zu tun, war glaub die Klappe für den Ölkühler - oder Luftkühler?]. 
Es scheint aber heutzutage auch Modelle mit direkter Drehzahleingabe zu geben ( siehe hier).
Einhebel-Bedienung glaub ich (aus dem Kopf) bei der MCR-1 gesehen zu haben (@Cosy?), mein letzter Ritt darauf war vor ca 10 Jahren.

Bearbeitet 12. Februar von ArminZ

[cosy]

Rotax beschreibt diesen Punkt in seiner Dokumentation (Installation Manual). Wenn es um zertfizierte Motoren geht, ist immer eine Anzeige der M;otordrehzahl gefordert. Für Unzertifizierte Motoren (für UL, Eigenbauflugzeuge, Experimentals, Kitflugzeuge..) sind die Unterhaltskriterien nicht Regeln und Vorschriften, sondern Empfehlungen (nicht der EASA unterworfene Fluggeräte). Jedes Land kann zwar da eingreifen und Bedingungen stellen. Das hat die Schweiz gemacht mit ihrer Ecolight-Kategorie. Dies führt zur kuriosen Situation dass die Motoren unzertifiziert sind, gewisse Unterhaltsarbeiten aber von zertifizierten Betrieben geleistet werden müssen, wohingegen das gleiche Fluggerät im Nachbarland zuhause in der Garage gewartet und repariert werden darf, und der Besitzer, Pilot und 'Chefmechaniker' alles persönlich visiert..

 

Rotax Bezeichnungen der Motoren

Nom. P    [US-std]            uncertified      certified                    Farbe*

------------------------------------------------------------------------

80 PS      [GO-74]              912UL             912A (JAR22)           schwarz

                                                                   912F (FAR33)           schwarz

100PS      [GO-83]            912ULS            912S                         grün

100PS      [IGO-83]           912iS               912iSc                       grün

                                           912iS sport     912iSc  sport            grün , andere Kennlinie

115PS      [TGO-74]           914UL             914F (FAR33)           rot

141PS      [TIGO-83]          915iS A            915iSc A                  blau, 2 Generatoren 12V    

                                           915iS sport     915iSc sport             blau, andere Kennlinie    

                                           915iS V24       915iSc V24               blau, 2 Generatoren 24 V (mehr Leistung)

160PS      [TIGO-83]          916iS A            916iSc A                  weissgrau, wie 915 auch option V24  

 

Ausserdem:

Die der Produktbezeichnung von Rotax nachfolgende Zahl bedeutet (i.d.R.):

2:  für fixed Pitch Propeller

3: für C/S-Propeller vorbereitet (hydraulischer Governor)

4: Die Bohrungen (Ölkreislauf) und die Hohlnabe sind vorbereitet für die Nachrüstung mit einem hydr. Governor

 

[US-std] ist ja kein Standard, sondern eher eine Usanz. G=Geared O=Boxer (opposite piston), T= Turbocharged I = injection die Zahl ist der Hubraum in Kubikinch. Ich habe die Werte ganzzahglig aufgerundet.

 

* Ventildeckel; es gibt auch andere Farben, die von "Tuningfirmen" eingeführt wurden (z.B. golden eloxiert Edge Performance usw.)
   Rotax selbst hatte für den franz. UL-Markt eine Variante des 912ULS herausgebracht, der nicht bis 5800 hochdreht, damit er garantiert unter 100PS Leistungsabgabe bleibt. Dieser Motor hat hellblaue Ventildeckel, ist aber ansonsten identisch wie der 912ULS. Vor einigen Jahren hat Frankreich diese Auflage aufgehoben, und es können nun alle 912ULS in franz. ULM's eingebaut und genutzt werden.

 

Cosy a.k. Bruno

Bearbeitet 17. Februar von cosy

[cosy]

On 2/12/2024 at 8:38 PM, ArminZ said:

Es scheint aber heutzutage auch Modelle mit direkter Drehzahleingabe zu geben ( siehe hier).
Einhebel-Bedienung glaub ich (aus dem Kopf) bei der MCR-1 gesehen zu haben (@Cosy?)

Alle Flugzeuge und UL's die ich bisher geflogen habe und mit C/S-Prop ausgerüstet sind, hatten immer die Motordrehzahl an allen Anzeigen

(egal ob EIS oder EFIS oder analog). Die Checklisten der Flugzeughersteller sind immer auch in Motordrehzahl. Die Installation manuals, Maintenance und Heavy Maintenance Manuals sowie alle Formulare dazu sind immer auf Motordrehzahl ausgerichtet.

Die passende Paarung Manifold Pressure - RPM - Flowrate - % PWR ist in den Flughandbuchen oder in den Checklisten mit Motordrehzahl aufgeführt.

Dies ist auch der Grund, warum "Square" Regeln beim Rotax Unsinn ist.

Beispiel:

In diesem Service- Information-Letter hatte Rotax 2009 diesbezüglich für die Vergasermotoren (912, 912S, 914) eine *Bedienungsanleitung" für Piloten verfasst, weil zuviele Ammenmärchen zirkulierten (munkelt ein wichtiger Kenner in der deutschen Rotax "Zentrale";-)

SL912-016, SL914-014

 

 

Ein Regler für constant speed erhält ein Drehzahlsignal (IST) das er mit einem Sollwert vergleicht (der am Gerät (Knöpfe, Touchscreen, Drehrad..) oder mittels eines Hebels (Potentiometer) eingestellt wird. Daraufhin steuert er den Ausgang so an, dass die Regelabweichung (IST-SOLL) Null wird. Ob es sich um die Propellerdrehzahl oder die konstant proportionale Drehzahl der Kurbelwelle handelt, ist im völlig egal.

"Unsere" MCR1, die inzwischen verkauft ist, hatte einen elektronischen Regler im Stack sowie einen kleinen Hebel am Gashebel (HOTAS), um mit der Gashand alle essentiellen Parameter "im Griff" zu haben : Drehzahl, Power, FLAPS:

 

 

cosy

[Christian Forrer]

Am 12.2.2024 um 20:38 schrieb ArminZ:

Es scheint aber heutzutage auch Modelle mit direkter Drehzahleingabe zu geben ( siehe hier).

 

Hallo Zusammen

 

Ja das ist definitiv so; in meiner meiner (ehemalige) HB-KOS, einer Tecnam P2002-JF, die als zertifiziertes VLA zugelassen war/ist, wird nur die Propellerdrehzahl angezeigt (Zertifizierter 100PS Rotax 912 S2) . Im Manual wird nur in einem kurzen Abschnitt auf das Getriebe und die  Untersetzung eingegangen, alles andere bezieht sich auf die Propellerdrehzahl.

Das empfand ich im übrigen als sehr angenehm, da diese Werte nur kleine Abweichungen zu den (4-sitzigen) Charter Maschinen PA-28 und Robin aufwiesen die ich weiterhin parallel flog, so dass nicht ein ständiges "Umdenken" erforderlich war zwischen den Mustern...

 

Gruss

Christian