Kühlung eines Flugmotors - ein paar grundsätzliche, persönliche Bemerkungen

Eigentlich sind ausser Schiffen und U-Booten alle Fahr-und Flugzeuge luftgekühlt. Ich habe einmal im Web eine Bemerkung eines Amerikaners gelesen:

...water-cooling an aviation engine is like air-cooling a submarine....

Ich bin nicht ganz dieser Auffassung, und da wir alle vom Fach sind, wissen wir natürlich, dass das Kühlmittel gemeint ist, das -direkt mit den heißen Motorteilen- in Berührung kommt.

Luftkühlung:

Vorteil (?): Das Kühlsystem ist -immer- undicht, da all die kleinen Spalten und Durchführungen nie perfekt abzudichten sind. Das ist auch nicht so schlimm, solange man mehr Luft hineinbläst, als durch die Lecks entweichen kann.

Nachteil des Luft/Druckverlusts ist ein erhöhter Widerstand und damit verringerte Flugleistungen.

Nachteil: Speziell die Zylinderköpfe sind leichter zu überhitzen, die Temperaturwechsel bei Leistungsänderung sind größer und damit einhergehend Motor-Verschleiss und Mehrverbrauch ("innere Kühlung" durch Gemisch-Anreicherung).

Nachteil: speziell für Leute, die Experimental-Flugzeuge selbst bauen: man ist nie sicher, ob die konstruierte Luftführung die Wärme-Energie wirklich effizient abführt. Die Strömungstechnik ist oft nicht-intuitiv und widerspricht der Alltags-Erfahrung. Wird bei der Flugerprobung ein Mangel festgestellt, dann kann eine Modifikation einen sehr großen konstruktiven Aufwand nach sich ziehen.

Wasserkühlung:

Nachteil: Das Kühlsystem muss perfekt druckdicht sein, sonst hat der Pilot (und der Motor) einen schlechten Tag.

Vorteil: der Kühler kann an der (strömungs-)günstigsten Stelle positioniert werden, die Kühlwasser-Schläuche sind leichter zu verlegen als großvolumige Luftschläuche. Der Reibungswiderstand/Druckverlust auch bei längeren Kühlwasserschläuchen ist geringer.

Vorteil: Der Motor ist thermisch viel stabiler (Stichwort "Shock-Cooling").

Nachteil: Wasserkühlung ist schwerer (halte ich für ein gut gepflegtes Märchen).

Ducting, Teil III, 19./20.1.2008

Den Flansch, den ich letzte Woche gebaut hatte, war zu pass-ungenau. Die rechte Seite hat gegen den Motorblock geklemmt. Ich habe das Teil deshalb nochmal neu gemacht. Die Breite habe ich um 10mm verringertund der Einlass ist jetzt leicht nach unten geneigt.

So sieht das aus, wenn es (fast) fertig ist. Die goldene Färbung kommt durch das Alodinieren. Es sieht so immer edel aus vor dem Lackieren. In diesen Fall werde ich die Teile nicht mit Primer behandeln (ich will keine verkokelte Epoxi-Farbe im Motorraum haben). An den Ecken der Kästen sind (wie üblich) Löcher, um ein Einreißen zu verhindern. Diese ganzen Ecken und Kanten werde ich mit in Hochtemperatur-Silikonkautschuk imprägnierten Glasfaser-Flies überziehen. Damit wird das alles (hoffentlich) luftdicht.

Von anderen Selbstbauern habe ich gehört, dass man beim Abdichten keine Mühe scheuen soll, sonst kann sich das später mt Motor-Überhitzung böse rächen.

Ducting, Teil II, 14.1.2008

Die Einleitung der Kühlluft in den oberen Zylinderkasten ist eines der diffizielsten Aufgaben.

Die Kühlluft soll hauptsächlich nach links (beim linken Zylinder-Paar) umgeleitet werden, um vorallem den Zylinderkopf zu versorgen. Die "Finger" unten sollen die Luft noch etwas um den Zylinder herumführen.

Dumm ist die Position des kleinen, blauen 90-Grad Winkels (der das Propeller-Lager mit Drucköl versorgen soll). Der Winkel wurde wahrscheinlich von Sauer eingeklebt, er lässt sich kein bisschen verdrehen. So kann das nicht bleiben, es blockiert die Kühlluft-Zuführung

Auch der Öleinfüll-Deckel (grünes rundes Teil darüber) ragt in den Luftkanal. Den Deckel werde ich stark abdrehen und einen klappbaren Bügel dranmachen.

Kühlluft-Einlass "von innen". Für dieses Teil habe ich mehrere Tage gebraucht. Angefangen von mehreren Karton-Schablonen über Vorlagen aus dünnem Alublech (0.3mm, hat den Vorteil, dass man es mit jeder Haushalts-Schere schneiden kann) bis zu dieser endgültigen Konstruktion (0.6mm 6061-T6). Dieser Abweise auf der linken Seite soll die Luft in Richtung nach Außen zu den Zylinderköpfen umleiten.

Auf diesen runden Flansch soll der 120mm Durchmesser Kühlluft-Schlauch aufgesetzt werden, der dann zu dem Einlass in der Nasen-Haube führt. Besonders beachtet habe ich hier, dass der hintere, trapezförmige Teil einen etwas größeren Querschnitt hat, als der Luftschlauch. Es sollen hier keine unnötigen Strömungsverluste entstehen (hoffen wir mal, dass das auch gelingt).

Ducting, Teil I, 2.1.2008

"Ducting" ist der amerikanische Ausdruck für die Kühlluft-Führung mit Hilfe von Leitblechen, ich finde gerade keinen passenden deutschen Ausdruck dafür.

Das ist der erste Versuch auf der linken Seite (Seitenangaben grundsätzlich immer aus Sicht des Cockpits in Flugrichtung).

Die Luft soll unter Überdruck in die Kühlkanäle des Zylinderkopfes strömen, die Zylinder in beiden Richtungen seitlich umströmen und dann nach unten in den Bereich des Unterdrucks die Cowling verlassen.

Man erkennt auch das kleine Blech zwischen den beiden Zylindern. Diese sollen verhindern, dass Luft ungenutzt durch diesen Spalt verlorengeht.

Die ganze Choose sitzt dann noch in dem Äußeren Luftkasten (der ist noch nicht fertig, ich habe mir heute Spengler-Werkzeug bestellt (Treibhämmer Ambosse etc.)).

Die blauen Pfeile zeigen auf die wichtigsten Kühlkanäle überhaupt. Hier sitzen die Auslass-Vertile die thermisch am höchsten beansprucht werden. Die Luft-Durchlässe hier sind lachhaft klein.Vielleicht muss ich hier noch einiges "tunen". Mal abwarten, was die Experten dazu meinen (das Usenet ist die zweitbeste Sache nach Apfelkuchen mit Schlagsahne).

Hier die linke Motorseite von unten gesehen. Der Kühlkanal geht noch etwas unten herum, bevor die Luft endgültig entweichen kann.