AGAFE - Mitteilungen

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1 Einleitung
In der Luftfahrt [1] werden zur Zeit zwei Arten von
Kraftstoffen verwendet [2, 3, 4]:
-Flugbenzine für Kolbentriebwerke
-Turbinenkraftstoffe für Turbinenflugtriebwerke.
Die Kraftstoffarten müssen bestimmte
Qualitätsansprüche erfüllen. Diese sind
weitgehend vom Verwendungszweck abhängig.
2 Flugbenzine
Von den Herstellern der Flugbenzine wird
gefordert:
- Benzine mit geringer Dampfblasenbildung
und größtmöglichstem Reinheitsgrad
- Benzine mit hoher Klopffestigkeit
- Benzine mit einem günstigen Heizwert für den
Flugbetrieb
- Benzine mit niedrigem Gefrierpunkt, einer
hohen Wasserfreiheit und einer guten
Lagerbarkeit.
Da die einzelnen Destillationsprodukte des Erdöls
nicht alle diese Eigenschaften aufweisen, werden
mehrere Kohlenwasserstoffe der Benzingruppe
gemischt und mit Zusätzen qualitativ verbessert.
Die meisten Markenhersteller für Flugbenzine
gehen nach folgendem Mischungsschlüssel vor:
- 50% Alkane – CnH2n+2 (n = 7.....12)
- 30% Naphthene – CnH2n (n=5 und n=6)
- 20% Aromate – C6H6 (Benzol) u.
C7H8 (Toluol).
Somit besteht ein Flugbenzin aus etwa:
- 84% Kohlenstoff (C)
- 15% Wasserstoff (H)
- 0,05% Schwefel (S).
Den Rest bilden Zusätze zur Erhöhung der
Klopffestigkeit und Wasser.
Der Schwefel ist unerwünscht, weil sich die
Verbrennungsrückstände mit Kondenswasser zu
Schwefliger Säure H 2SO 3 entwickeln und somit
Korrosion hervorrufen.
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal für einen
Benzinmotor ist die Kopffestigkeit des Brennstoffs.
Kraftstoffe in der Luftfahrt
Erwin Lertes, Rüsselsheim *)
25. Jahrgang (2006), Heft 1 - 20 -
Entzündet sich das Benzin-Luft-Gemisch im
Ottomotor, bevor die Kompression abgeschlossen
ist, so klopft und klingelt der Motor.
Technisches Maß für die Klopffestigkeit ist die
Oktanzahl (OZ). Die Prüfung der Klopffestigkeit
eines Kraftstoffes erfolgt in speziellen genormten
Einzylindermotoren. Der zu prüfende Kraftstoff
wird mit einem Gemisch aus Isooktan C8H18 und
n-Heptan C7H16 verglichen. Es gilt:
Reines Isooktan hat die OZ = 100
reines n-Heptan hat die OZ = 0.
Verhält sich z.B. ein Kraftstoff im Bezugsmotor wie
ein Gemisch aus 60% Isooktan und 40%
n-Heptan, so beträgt OZ = 60.
Die Oktanzahl eines Kraftstoffes wird durch
Naphthene, Aromaten und Antiklopfmittel
(Zusätze) günstig beeinflusst.
Wird die Klopffestigkeit eines Kraftstoffes durch
zwei Zahlen angegeben, z:B. OZ = 80 / 90, so
bedeutet dies:
OZ = 80 für „armes“ Gemisch bei Reiseleistung
OZ = 90 für „reiches“ Gemisch bei Startleistung.
Hochgezüchtete Flugmotoren benötigen
Flugbenzine mit
OZ > 100.
Als Vergleichskraftstoffe verwendet man spezielle
Testbenzine.
3 Turbinenkraftstoffe
Turbinentriebwerke sind wesentlich
anspruchsloser als Kolbenflugmotoren.
Turbinen lassen sich ohne größere
Leistungsunterschiede mit verschiedenen
Kraftstoffen, wie Turbinenpetroleum, Kerosin,
Mischkraftstoffen und sogar mit Benzin betreiben.
Die Mischkraftstoffe bestehen aus 65% Benzin
und 35% Kerosin.
Kerosin (höhere Alkane mit n =10 ....16) ist ein
besonders gereinigtes Turbinenpetroleum. Es
besteht aus:
- 87% Kohlenstoff (C)
- 13% Wasserstoff (H).
Bedingt durch den kontinuierlichen
Verbrennungsprozess in den Brennern einer
Gasturbine, ergeben sich auch keine

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Klopfprobleme. Der Schwefelgehalt (S) von
Turbinenkraftstoffen soll 0,4% nicht überschreiten.
4 Schadstoffemission
Moderne Flugzeuge benötigen leistungsfähige,
umweltfreundlche und wirtschaftliche Antriebe.
Dafür haben sich in der Verkehrs- und
Militärluftfahrt der letzten Jahrzehnte fast
ausschließlich Gasturbinen-Triebwerke
durchgesetzt [5].
Strahltriebwerke saugen für die Schuberzeugung
drei- bis viermal mehr Luft an, als für die
Verbrennung des Kraftstoffes notwendig ist.
Nicht genutzte Luft wird aufgeheizt und wieder
ausgestoßen. Mit 90% macht diese heiße Luft den
Hauptbestandteil der Abgase aus. Die restlichen
10% setzen sich wie folgt zusammen:
- 7% Kohlendioxid (CO2)
- 3% Wasserdampf (H 2O).
Diese sind nicht toxisch, wirken sich jedoch auf
das Klima der Erdatmosphäre aus.
Die eigentlichen Schadstoffe der Verbrennung
liegen bei ca 0,04%. Sie bestehen aus folgenden
Substanzen [6]:
- Stickoxide (NO2 und N2O3)
- Schwefeldioxid (SO2)
- Kohlenmonoxid (CO)
- unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CxHy)
- Kohlenstoff ( C ).
Die Emissionen von Triebwerken sind in starkem
Maße von der Zusammensetzung des Luft-
Treibstoffgemisches und von den
Betriebsbedingungen des Triebwerks abhängig.
5 Diskussion
Die Kohlevorräte der Erde sind wesentlich größer
als die Erdölvorräte. Kohle ist gleichmäßiger auf
der Erde verteilt. Sie wird nach heutigen
Gesichtspunkten im Gegensatz zum Erdöl noch
weit über das Jahr 2100 hinaus in ausreichender
Menge vorhanden sein. Aus diesen Gründen
gewinnt die Kohle auch wieder an Bedeutung als
Treibstofflieferant für die Luftfahrt [7].
25. Jahrgang (2006), Heft 1 - 21 -
6 Schrifttum
[1] Klußmann, N. u. Malik A.: Lexikon der
Luftfahrt. Springer, Berlin-Heidelberg-
New York 2004, S. 138-139.
[2] Grundlagen der Luftfahrzeugtechnik in
Theorie und Praxis. Verlag TÜV Rheinbland
GmbH, Köln 1990, Bd I, 8-1 bis 8-9.
[3] Grundlagen der Luftfahrzeugtechnik in
Theorie und Praxis. Verlag TÜV Rheinbland
GmbH, Köln 1992, Bd II, 13-3 bis 13-12.
[4] Götsch, E.: Luftfahrzeugtechnik, Motorbuch
Verlag. Stuttgart 2000, S. 186-189.
[5] Müller, R.: Luftstrahltriebwerke. Vieweg,
Braunschweig-Wiesbaden 1997, S. 1-15.
[6] Mensen, H.: Handbuch der Luftfahrt.
Springer, Berlin-Heidelberg-New York 2003,
S. 886-893.
[7] Lautenschläger, K.-H.; Schröter, W. und
Wanniger, A.:
Taschenbuch der Chemie, (20. Auflage).
Verlag Harri Deutsch,
Frankfurt/M 2005, S. 637-640.
*)
Prof. Dr. Erwin Lertes
Fachbereich
Informationstechnologie und
Elektrotechnik
Fachhochschule Wiesbaden