Luftgekühlt (ist Sch....) (zwischen den Jahren 2007)

Bei meinen Seltstbau-Kollegen in USA ist die einhellige Meinung, dass Flugmotoren luftgekühlt zu sein haben und den Propeller direkt über die Kurbelwelle antreiben sollen. Die Logik ist einfach: je komplexer der Antrieb, umsomehr kann kaputtgehen (Wasserkühler undicht, eingefroren, aufgefroren, Schläuche leck, Thermostat klemmt, Wasserpumpe defekt). Aus diseser Auffassung resultiert auch die Tatsache, dass der (zum Teil) wassergekühlte Rotax 912 in USA immer noch als Exot betrachtet wird. Sowas ist einfach kein "richtiger" Flugmotor. Aktuelles Beispiel ist das neueste Modell von Cessna, die 162 "Skycatcher". Da ist auch wieder ein luftgekühlter Continental O-200 drin.

Genug der Vorrede. Mein VW-Boxer ist nunmal auch luftgekühlt (und das ist gut so (wirklich?)). Der Basis-Motor existierte damals in der stärksten Ausführung als 1600er Käfermotor mit 55 PS. Soll das Teil als Flugantrieb 80 PS leisten, dann wird der Motor an (oder sogar kurzzeitig über) seiner thermischen Leistungsgrenze betrieben. Eine perfekte Kühlluftführung ist daher das A und O.

Haupt-Wärmequelle sind die Zylinderköpfe, hier entsteht ca. 70% der Verlustwärme. Am kritischsten sind hier die Bereiche um die Auslass-Ventile. Weniger Wärme wird an der unteren Zylindern frei. Etwa 10 bis 20% übernimmt der Ölkühler.

Das Ziel ist somit eine optimale Kühlung der Zylinderköpfe. Hierbei sind ein paar grundsätzliche Punkte zu beachten:

• Luft. die 5mm seitlich an den Zylinder-Rippen vorbeistreicht, trägt praktisch nicht zur Kühlung bei
• Luft, die zu schnell an den Rippen vorbeistricht, hat keine Zeit, die Wärmeenergie aufzunehmen
• alle Luft, die nicht zur Kühlung beiträgt, erhöht den Luftwiderstand des Fliegers und reduziert damit die Flugleistungen

Bei dieser Betrachtung hatte ich einmal gehört, dass der Lüfter für die Motorkühlung des VW Käfers etwa 4 PS verbraucht. Also, die obengenannten Erkenntnisse führen dann bei meinem Projekt zu folgenden konstruktiven Lösungen:

• Ich werde die "Downdraft" Methode anwenden, wie bei fast allen Fliegern üblich (Warmluft-Auslass nach unten). Zu diese Überzeugung hat mich eine Rege Diskussion gebracht, die ich in der rec.aviation. homebuilt Newsgroup angeregt hatte.
• Abweichend zu "traditionellen" Designs der Kühlluft-Führung werde ich nicht die Gesamte obere Cowling druckbelüften, sondern zwei "Kästen" rechts und links des Motors bauen. Diese Kästen verlangsamen durch ihr Volumen die Strömungsgeschwindigkeit (und erhöhen nach Bernoulli damit den Druck). Der Vorteil gegenüber der kompletten Druchbelüftung der oberen Cowling besteht darin, dass die Abdichtung einfacher ist (wichtig, da sonst Druckverlust) .
• Um die Zylinderköpe und auch um die Zylinder selbst baue ich eine enganliegende Verkleidung. Die Lutzufuhr und auch der Auslass sind nur relativ kleine Öffnungen. Damit wird erreicht, dass die Luft einen langen Weg an der Finnen zurücklegt.
• größere Öffnungen z.B. zwischen dem vordern und hinteren Zylinder sowie im Zylinderkopf werden geschlossen (Druckverlust vermeiden).

Das ist eine Seite das Kühlluft-Kastens. Alleine daran habe ich fast einen Tag gearbeitet. Ein ungelöstes Problem ist der Zündkerzen-Wechsel. Entweder ich muss eine realtiv große Gummi-Durchführung (und zwar in den abgekanteten Teil) einbauen, oder die Verkleidung muss für jede Kerzen-Inspektion (25 Stunden) entfernt werden.

Hier sieht man einen Teil des Zylinderkopfes (der silbrige Teil). Die 8 Rippen sollen innerhalb des Luftkastens noch einmal zusätzlich verkleidet werden. Dazu brauchts einen abgerundeten Blechkasten (Rundungen führen in der Blech-Spenglerei immer zu Komplikationen...). Ich habe mir deshalb ein neues Werkzeug gebaut...

...dieser Prägestempel erzeugt Sicken im Blech, was wiederum zu einer Krümmung desselben führt (führen soll)...

Hier ist das Werkzeug in meine Parallel-Backen-Zange eingesetzt. Es entsteht eine schöne Kurve, aber dumm nur, dass der Radius viel zu groß ist. Fas passt nicht (siehe oben zweites Bild). So geht es also nicht. Ich werde jetzt wahrscheinlich kleine Dreiecke aus den Seiten ausschneiden und dann zusätzliche seitliche Blech-Segment einnieten.

Nosebowl (zwischen den Jahren 2007)

Obwohl ich noch nicht die genaue Plazierung des Motors kenne (Es sind zur Zeit Abstandshalter eingebaut, die den Motor 50mm nach vorne bringen. Nach Plan sollten es 35mm sein, die 15mm sind Reserve für eine eventuell etwas schwerer geratene hintere Rumpf-Sektion), habe ich schonmal mit der "Nasenschüssel", wie die Amerikaner zu sagen pflegen, begonnen.

Es sind grob mit den heißen Draht zurchtgeschnittene, 3 cm dicke, verklebte Polystyrolschaumplatten aus dem Baumarkt.

Diese hellblauen Platten sind besser zu verarbeiten als die weißen Styroporplatten, denn sie machen kaum Fussel, sind dafür aber etwas härter (was meiner Anwendung zugute kommt). Die Platten lassen sich auch prima auf der Bandsäge bearbeiten, hier etsteht dann aber feiner blauer Abrieb.

Die vier eingelegten Bleche dienen als Schablonen.

An der Unterseite erkennt man, dass hier noch jede Menge Prestolit Füllspachtel verarbeitet werden muss.

Hier hängt das Ding zum erstenmal an seinem Platz. Die Perspektive verzerrt die wahre Größe, das Ding ist nicht so groß, wie es hier erscheint.

Ich versuche nun, zwische Motorhaube und Nosebowl einen harmonischen Übergang zu schaffen. Es sollen da keine Knicke entstehen, die die Luftströmung unnötig turbulent machen würden. Auch der obere Übergang von Haube nach Nosebowl und dann zur Propellerhaube soll eine gleichmäßig gebogene Linie (Parabel) bilden.

Klassische Kühlluft-Führung

Abweichend von den Cessna/Piper Hauben will ich die Kühlluft weiter unten entnehmen, da hier ein Überdruck vorhanden sein sollte. Im oberen Bereich herrscht ein Unterdruck. Es werde 2 Öffnungen rechts und links mit gut 100mm Durchmesser sein.

Zusätzlich wird in der unteren Mitte eine etwas kleinere Öffnung die Kühlluft für den Ölkühler entnehmen (höchstens 20% der Motorkühlung erfolgt durch das Öl). Eventuell zusammen mit dieser Öffnung oder durch eine vierte Öffnung wird die Luft für den Motor entnommen. Bei Ausnutzung des Staudrucks könnte bei höherer Geschwindigkeit ein leichter Aufladungs-Effekt (und damit Leistungssteigerung) erreicht werden. Ob das reines Wunschdenken ist, wird sich zeigen.

Bezüglich der Kühlluft-Führung bin ich schon Tage am Grübeln. Der "klassische" Verlauf ist vom Einlass in die abgedichtete, obere Motorhälfte, dann möglicht eng (um wenig Druck zu verlieren) an den Zylinder- und Zylinderkopf-Finnen vorbei nach unten und dann unten, wo die Zelle anfängt, heraus ins Freie. Diese klassische Lösung stellt zwar die normale Luftzirkulation auf den Kopf (warme Luft will nach oben), hat sich aber so fast überall durchgesetzt.

Vorteile dieser Lösung:

• Schmutz und Öl kann die Frontscheibe nicht verschmutzen
• weniger Gefahr bei einem Motorbrand (Flammen schlagen nach unten anstatt gegen die Frontscheibe)

Nachteile:

• konstruktiv ungünstig, da unter dem Motor mehr Platz zur Luftzuführung ist als oben
• die vorderen beiden Zylinder werden stärker gekühlt, die hinteren erhalten event. zu wenig oder bereits angewärmte Luft
• bei heißem, abgestellten Motor entsteht ein Hitzestau mit event. Dampfblasenbildung im Kraftstoffsystem, schlechtem Wiederanspringen etc.

Alternative

Die Alternative wäre die Luftzuführung links und rechts von unten, genau zwischen dem vorderen und hinteren Zylinder und dann nach oben durch die Haube nach außen. Somit erhielten alle Zylinder gleiche Kühlung. Wenn man solche Ideen bei den 'alten Hasen' zur Sprache bringt, herrscht fast einhellige Ablehnung und die schlimmsten Konsequenzen werden an die Wand gemalt.

Das Bildchen habe ich im Internet gefunden. Ich habe den Motor skizziert mit Lufteinlass unten und Auslass oben. Diese Konfiguration wird von den aerodynamischen Druckverhältnissen unterstützt (die Pfeile weg vom Flieger bezeichnen Unterdruck, die zum Flieger Überdruck).

Bei der Sonex ist der Überhang von Motorhaube zu Frontscheibe fast eine gerade Linie, deshalb entfällt (wahrscheinlich) bei der Sonex der Bereich des hohen Drucks in dem Knick.