Ein Ende ist durchaus absehbar. Um mehr Luft in einem Triebwerk zu verarbeiten, muss das Triebwerk größer und schwerer sein. Das bedeutet auch mehr Luftwiderstand. Wie in jedem System, das immer weiter optimiert wird, wird die mögliche Effizienzsteigerung immer kleiner. Es gibt dabei auch Überlegungen, zu offenen Propellern zurückzukehren. Die sind leichter und haben ohne den Mantel auch weniger Luftwiderstand.

Aber auch ohne diese zusätzlichen Einsparungen sind Flugzeuge im Vergleich zum Auto mit ein oder zwei Insassen keine schlechte Alternative. Luftfahrt führt nicht wegen des Verbrauchs pro 100 Kilometer zu einem hohen Energieverbrauch, sondern wegen der vielen hundert oder tausend Kilometer, die pro Flug zurückgelegt werden.

Dieser Artikel ist heute schon auf Golem.de erschienen. Dort gab es im Forum eine Anmerkung zu den (nicht) verwendeten Fachbegriffen und der Frage, wieso man  nicht früher Propellermaschinen entwickelt hat. (und auch das was ich hier verlinkt habe ist nur eine Diskussion)

Dazu habe ich dann eine Antwort geschrieben, die wohl interessant sein könnte:

Die letzte Frage zuerst: Das Paper mit den Propellertriewerken stammte aus dem Jahr 2011, in dem Jahr lag der Ölpreis im Schnitt bei etwa $111. Ich schätze, unter gewissen Umständen frisst auch der Teufel fliegen.

Was den Rest angeht: Ich war selbst einmal auf Fachbegriffe versessen (und manchmal kommt das immernoch durch). Mir wurde aber von einigen Leuten gesagt, dass das was ich schreibe zwar interessant aber furchtbar schwer zu verstehen ist. Und das wurde nicht dadurch besser, dass ich die Fachbegriffe erklärt habe. Das macht den ganzen Text nur noch sperriger.

Geändert hat es sich erst, als ich versucht habe möglichst deutsche und möglichst verständliche Begriffe zu verwenden, die in dem Zusammenhang für sich allein verständlich sind. Sonst erklärt man den Begriff einmal, nur weil er einmal verwendet wird. Das hinterlässt dann aber den Beigeschmack von “sag doch gleich was du meinst, das geht doch viel einfacher”. Oder man erklärt es gar nicht, was den Laien dann vor ein Problem beim lesen des Texts stellt. (Googlen beim Lesen ist kein angenehmes Lesen.)

Also wird eben “die Luft in einem Mantel um die Turbine mit Luftschaufeln herum geleitet”. Ich hätte auch Turbofan schreiben können, das ist kürzer – muss dann aber in einem eigenen Absatz erklärt werden und wird damit insgesamt länger. Und wer das Konzept des Turbofans nicht kannte, muss nochmal zurück im Text und nachlesen, was das jetzt in dem Kontext eigentlich bringt.

Und dann kommt noch dazu, dass ein Text insgesamt nicht nicht zu lang werden sollte und man irgendwo vor der Wahl steht, welches Fass man jetzt aufmacht und welches nicht. Aber zum Glück gibt es dann noch Kommentare, in denen beliebige Fässer geöffnet werden können. ;)

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Kommentare (10)

  1. #1 Laptec
    25. Januar 2016

    Welche Fortschritte benötigen wir noch, bis es rentabel werden könnte, auf elektrische Triebwerke im Lienienflugverkehr umzusteigen?
    Da im Text der Vergleich der Effizienz mit Autos kam, welche mit 1-2 Insassen in vergleichbarem Bereich liegen und lediglich die Reichweite ein Problem darstellt, kam mir der Gedanke, dass wir vieleicht nicht mehr zu weit davon entfernt sind.
    Reichen die Aluminium bassierten Batterien, welche wenn sie in 3-5 Jahren entwickelt sind die 4- bis 6-fache Kapazität pro Masse gegenüber Lithiumionenbatterien erreichen sollen?
    Google Suchtreffer besagt, mein Gefühl liegt zumindest nicht zu weit daneben:
    https://www.n24.de/n24/Wissen/Technik/d/3024636/forscher-entwickeln-elektrischen-jet-antrieb-.html

  2. #2 PDDOW
    25. Januar 2016

    https://www.randomhouse.de/Buch/Dinge-Erklaerer-Thing-Explainer/Randall-Munroe/Knaus/e491610.rhd

    Mich haben die Fachbegriffe nie gestört, habe auch nichts gegen guugeln wenn ich (solche Artikel) lese. Im Gegenteil, jetzt habe ich wiki zum pw1000g auf und lese dort weiter.

    Wo wir dann bei Fässer öffnen sind, es ist ja auch faszinierend wie stark sich das Gewicht auf die Reichweite auswirkt. Z.B. bei der an Antonow leer zu voll von >15.000km auf 2.500km.

  3. #3 frank quednau
    25. Januar 2016

    Wenn in irgendeiner Form die Fachbegriffe erwähnt werden, hat es allerdings den Vorteil, dass man dann mit dem besten Wort recherchieren kann. Vielleicht kann man auch verständlich schreiben und als Anmerkung in den Fußnoten den Fachbegriff erwähnen:)

    • #4 wasgeht
      25. Januar 2016

      Sehr guter Punkt. Werd ich drauf achten müssen.

  4. #5 fherb
    25. Januar 2016

    Hallo!
    Der Gedanke von frank quednau kam mir auch. Ich finde prinzipiell Deinen Ansatz sehr gut. Kannst den Fachbegriff aber auch in Klammern unmittelbar nach der deutschen Umschreibung nennen. Fußnote finde ich nicht so gut: Da erwartet man eine Zusatzinformation, die man online erst durch scrollen erreicht. Und dann würde da “nur” der Fachbegriff stehen. Klammer an Ort und Stelle wäre mir lieber. Liest sich flüssiger. – Und das absolute non-plus-ultra wäre, wenn dann noch der Fachbegriff direkt auf Wikipedia o.ä. verlinken würde. (Nur, falls Du lange Weile haben solltest, wenn ein Artikel fertiggeschrieben ist.) ;-)

    Beste Grüße!

  5. #6 Raspel
    26. Januar 2016

    Die Fachbegriffe habe ich nicht so richtig verstanden. Aber mit Googles Hilfe wurde ich dann doch fündig:
    https://www.esska.de/esska_de/bilder/lbilder/719510_1348647130_z.jpg

    • #7 wasgeht
      26. Januar 2016

      Du kannst dich drüber lustig machen, oder versuchen es besser zu machen. Ich habe festgestellt, dass das letztere deutlich schwieriger ist als man glaubt.

  6. #8 Roland B.
    26. Januar 2016

    “Du kannst dich drüber lustig machen, oder versuchen es besser zu machen. ”
    Das muß kein Widerspruch sein, man kann versuchen, beides der Reihe nach zu erreichen.
    Die Forderung, etwas besser zu machen, läuft aber irgendwie ein wenig ins Leere, wenn sie sich an Leser und Leserinnen wendet. Das kennt man eher von schlechten Politiker/innen und Beamten, die Kritiker/innen damit glauben entgegentreten zu können.
    Aber vielleicht interpretiere ich da jetzt noch mehr in die Antwort rein als wasgeht in Raspels netten Kommentar.

  7. #9 Raspel
    26. Januar 2016

    @Laptec
    “Welche Fortschritte benötigen wir noch, bis es rentabel werden könnte, auf elektrische Triebwerke im Lienienflugverkehr umzusteigen?”

    Dies wird nicht möglich sein, wenn man dies mit Akkus machen will. 1 kg Sprit liefert nach Umwandlung im Verbrennungsmotor (Triebwerk) 6 kWh verwertbare mechanische Energie.

    Das Triebwerk selbst ist ein Leichtgewicht im Verhältnis zu einem Elektromotor gleicher Leistung.

    Es gibt also gleich zwei Hürden zu überwinden, von denen jede einzelne nicht schaffbar ist.

    Der Nutzenergieverbrauch eines Flugzeugs ist praktisch ausschließlich vom Produkt Gleitwinkel x Masse x Erdbeschleunigung bestimmt. Die Geschwindigkeit spielt hierbei also keinerlei Rolle. Anders sieht es bei der Leistung aus. Die Antriebsleistung beträgt dann Gleitwinkel x Masse x Erdbeschleunigung x Geschwindigkeit.

    Man kann also nur bei der Leistung sparen, nicht aber am Treibstoffgewicht oder dem Batteriegewicht. Bei geringer Geschwindigkeit sind also leichtere Motoren möglich, was wiederum etwas “Energiemasse” einspart.

    Ein heutiges Triebwerk samt Fan schafft etwa 10 kW/kg. Davon sind die besten E-Motoren samt Propeller (“Luftschaufel”) noch sehr weit entfernt. Ein soeben komplett durchoptimierter kleiner E-Motor (Siemens) schafft bei 250 kW etwa 5 kW/kg ohne Fan.

    Ein Akku hat zwei Kennwerte. Leistung je Gewicht und Energie je Gewicht. Nimmt man heutige Höchstleistung (bei schlechter Kapazität) und gleichzeitig 10 fache Höchstkapazität (bei schlechter Leistung) schafft man in einigen Jahren vielleicht diese elektrischen Topwerte: 10 kW/kg und 1,0 kWh/kg.

    Nun nehme ich einmal einen A320neo mit max. Masse von 64300 kg ohne Treibstoff. Dann nehme ich noch die beiden Triebwerke weg und habe dann 59400 kg, die ich nun mit E-Antrieb entsprechend den Topwerten versehe. Als Limit gilt dann das maximale Landegewicht.

    Was kann man damit erreichen, ohne jegliche Reserve gerechnet und mit einem sehr guten Gleitwinkel von 1/22 gerechnet?

    Bei einer Reisegeschwindigkeit von 450 km/h eine Reichweite von 559 km.
    Bei einer Reisegeschwindigkeit von 550 km/h eine Reichweite von 491 km.

    Wenn ich hingegen nur mit Akkus entsprechend 0,6 kWh/kg rechne, erreiche ich bei 450 km/h nur 335 km Reichweite.

    Elektroflug ist also nur bei Kurzstrecken möglich und da fliegen Auto, Bus und Bahn wohl doch noch schneller, wenn man die üblichen “Sicherheitscheks” am Flughafen noch mit einkalkuliert.

    Wenn natürlich die Startbahn auf 8 km Länge ausgedehnt wird, sieht es etwas besser aus. Dann schafft man mit dem 1 kWh/kg Akku bei 450 km/h 761 km Reichweite. Weil dann das Motorgewicht wegen kleinerer Startleistung geringer ist. Allerdings kann man dann nur bei Windstille fliegen :)

  8. #10 Raspel
    26. Januar 2016

    Ich sehe gerade, daß der Artikel gesplittet war und ich die zweite Hälfte noch gar nicht gelesen hatte. Ansonsten war es nicht meine Intension, an den Fachbegriffen Kritik üben zu wollen.

    “Um mit einem Triebwerk mehr Schub zu erzeugen, könnte man die Luft im Triebwerk einfach auf eine höhere Geschwindigkeit bringen. Aber der Energiebedarf dafür steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. ”

    Vor hundert Jahren wußte ich es auch noch nicht so richtig. Weil ich es aber jetzt weiß, werde ich diese Aussage korrigieren.

    Man muß sich einfach nur vorstellen, was passiert. Die Flugkiste fliegt mit 250 m/s und der Propeller mit 10m² Querschnittsfläche dreht sich frei, unangetrieben und das Ergebnis ist Nullschub!

    Wie entsteht der Schub und welche Leistung wird hierfür benötigt?

    Nehmen wir eine luftdichte von 1 kg/m³ an dann wissen wir schon einmal, daß durch diesen Propeller 10 m² x 250 m/s * 1 kg/m³ fließen. Das sind 2500 kg/s.

    Und der Schub beträgt Null!

    Wenn wir jedoch diese Luftmasse außerdem noch um 2 m/s beschleunigen, ergibt das 2500 kg/s* 2 m/s = 5000 kgm/s² und das sind Newton. Der Schub beträgt dann 5000 N.

    Da die Kiste 250 m/s fliegt, ist dann die Leistung 5000 N * 250 m/s = 1250000 Nm/s = 1250 kW.

    Dis stimmt natürlich nur in erster Näherung, wo die erteilte Zusatzgeschwindigkeit der Luft in Bezug auf die Fluggeschwindigkeit klein ist.

    Bei der doppelten Zusatzgeschwindigkeit, also 4 m/s, ist der Schub dann doppelt so groß und der Leistungsbedarf ebenfalls doppelt so groß. Bei der 5-fachen Zusatzgeschwindigkeit, also dv = 10 m/s, gilt dieser lineare Zusammenhang bei der ersten Daumenpeilung auch noch.

    Daher muß es richtig lauten: “Der Leistungsbedarf steigt linear mit der Zusatzgeschwindigkeit und linear mit dem Schub bei einem Flugzeug im Flug”

    Da gibt es noch den Begriff Vortriebswirkungsgrad. Dieser ist stark von der erfassten Querschnittsfläche des Propellers und dieser Zusatzgeschwindigkeit und der Fluggeschwindigkeit abhängig.

    Dieser beträgt dann Etavortrieb = 2 / ( 1 + (v + dv) / v )

    Um im Beispiel zu bleiben war dann Etavortrieb2/250 = 0,996 und Etavortrieb10/250 = 0,980 und Etavortrieb100/250 = 0,833

    Dann hat man schon ein Gefühl, welchen Vorteil größere Luftschrauben/Fan noch bringen können. Gerade wenn man den wegen des Luftwiderstands noch störenden größeren Mantel mit berücksichtigt, wenn die “Luftschaufel” größer wird.

    Das Interessante beim Flugzeug ist, daß “theoretisch” der streckenbezogene Spritverbrauch im Gegensatz zum Auto unabhängig von der Fluggeschwindigkeit ist. Aber der Leistungsbedarf ist proportional zur Fluggeschwindigkeit.