Turboprop vs. turbofan

[Eero Aitamaa 0]

Onko potkurivetoinen lentokone huomattavasti taloudellisempi kuin puhallinvetoinen? Tuolla fb-ryhmässä nimim. Tuuk Ryyp in kanssa keskustelen: 
Minä kirjoitin: " En ymmärrä, miten ja miksi puhallin aiheuttaisi enemmän päästöjä kuin propelli. Itse moottori toimii kuitenkin samalla periaatteella molemmissa."
Tuuk Ryyp vastasi: "En minäkään, mutta jokainen asiantuntijalähde josta olen asiaan liittyen lukenut, väittää propellin olevan merkittävästi vähäpäästöisempi."
https://www.facebook.com/kestinen/posts/2446751528727609…

[Eero Aitamaa 0]

Nimimerkki Tuuk Ryyp kirjoitti:
"itse asiassa turbopropellillakin on pikkiriikkisen korkeammat päästöt kilometriä kohden kuin ruotsinlaivalla, mutta ero on lähes olematon. Suihkari painii sitten ihan omassa surullisessa sarjassaan.
(Ja se, että päästöt ovat puolet pienemmät kuin suihkukonehirviöissä, ei tarkoita että ne olisivat missään määrin pienet!)"

Onko totta, että turbofan-moottori tuottaa huomattavasti enemmän päästöjä verrattuna turboprop-moottoriin kilometriä kohti???

[Timo Helenius 22]

Oisko niin että puhaltimessa palaa paljon enemmän löpöä ja lennetään korkealla niin pakokaasupäästö on isompi ja toisaalta yläkerrassa myös vaarallisempi otsoneille. Voima kun syntyy puhalluksesta.

Ropelia pyörittää pienempi turbiini ja toisaalta lennetään alempana ei yläkerran otsonit häiriinny. Eteen vetävä voima syntyy ropelista jota pienempi turbiini pyörittää.

Ruotsinlaivassa iso puhdas diesel, vai nykyäänkö kaasu?,  moottori käy suht pienillä kierroksilla ja ulkotuotos tulee ties monen katalysaattorin ja suodattimen läpi joita ilma-aluksessa ei voi painon takia kantaa, sanoisin melkein että kauneus on katsojan silmissä. En siis näe yhteyttä esim. 19 paikkaiseen Beechin tai 3000 paikkaisen Silja Serenaden välillä?

Toki nykyituhippi "tietää" senkin. 

- ? -

 

 

[Eero Aitamaa 0]

Lainaa

Oisko niin että puhaltimessa palaa paljon enemmän löpöä ja lennetään korkealla niin pakokaasupäästö on isompi ja toisaalta yläkerrassa myös vaarallisempi otsoneille. Voima kun syntyy puhalluksesta.

Toisin sanoen puhallinmoottorissa on oleellisesti pienempi hyötysuhde kuin potkurivetoisessa? Mää luin joskus jostain, että puhallinmoottorin hyötysuhde on lähellä dieseliä, kun lennetään korkealla ja ilma on kylmää. Kumpi noista väittämistä on totta?

Muokattu: Lokakuu 25, 2019, käyttäjä: Ilkka Portti
Lainaus laitettu tagien sisään

[Tuomas Eronen 52]

Potkurin toimintaperiaate (mm. pyörimisnopeus, ilman tiheyden tarve, maksimi halkaisija) rajoittaa lentonopeutta ja -korkeutta. Sen paras hyötysuhde on siis eri nopeudella ja korkeudella kuin suihkumoottorin.

Potkurilla on muitakin haitallisia ominaisuuksia (mm. kiertopyrkimys, synkronointitarve jne.), mutta oikeassa käytössä ja sovelluksessa se pitää puolensa suihkumoottoria vastaan ja on varmasti taloudellisempikin.

[Seppo Koivisto 203]

Pienillä nopeuksilla halkaisijaltaan suuren potkurin hyötysuhde on parempi, mutta heikkenee 0,7 machin paikkella. Hitaasti pääsee pienellä kulutuksella, mutta nopeampi kone ehtii heittää useamman pokan. Kuva on vanhasta kirjasta Elements of Gas Turbine Propulsion, pystyakselilla on ominaiskulutus työntövoimaa kohti.

[Tatu Koiranen 1 750]

Tuolta voi käydä katsomassa penkkikohtaista kulutusta, joka ei tosin ota huomioon sitä, että koneilla kuljetetaan myös rahtia, eikä sitä, että eri koneisiin saa rahtia suhteessa matkustaja/penkkimäärään aivan eri tavalla kuin toisiin.

https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_economy_in_aircraft

Commuter-luokassa (560 km matka) ATR-72 on wikin listan pienikulutuksisin ja esim. CRJ900 kuluttaa tuplat siihen verrattuna per paikka. Toisaalta, kun matkaa kasvatetaan noin tuhanteen kilometriin, A320-sarja kulkee jo pienemmällä keskikulutuksella kuin ATR tuota lyhyempää matkaa ja esim. Saab 2000 häviää sille ihan selvästi, Dash 8 ei ihan niin paljoa.

Mutta joo, lyhyellä välillä suihkumoottori on polttoaineen suhteen epätaloudellisempi.

Muokattu: Lokakuu 24, 2019, käyttäjä: Tatu Koiranen

[Eero Aitamaa 0]

Taulukon mukaan Airbus 319 neo näyttäisi olevan taloudellisin lyhyellä matkalla, vaikka suihkukone onkin?

Airbus A319Neo

2015

136

2,4 kg / km (8,6 lb / mi)

1,93 L / 100 km (122 mpg -US ) [

[Eero Aitamaa 0]

Alle kahden litran sarjaan pääsevät myös Boeing 737 MAX -7

Boeing 737 MAX -7 2017 140 2,51 kg / km (8,91 lb / mi) 1,94 L / 100 km (121 mpg -US

Ja Airbus A-220-300 lyhyellä matkalla.

Airbus A220-300

2015

135

2,30 kg / km (8,17 lb / mi)

1,85 L / 100 km (127 mpg -US ) [27

Molemmat puhallinmoottorilla varustettuja.

 

Muokattu: Marraskuu 2, 2019, käyttäjä: Eero Aitamaa

[Ville Väisänen 9]

Kyllä turboprop kuluttaa aina vähemmän polttoainetta sekä absoluuttisesti että matkustajaa kohden kuin suihkumoottori, kun puhutaan samankokoisista koneista. Esim. viitatun taulukon mukaan:

Embraer E175 (88 paikkaa) 2.44 kg/km / 3.44 L/100km

Dash-8-Q400 (82 paikkaa) 1.83 kg/km  / 2.79  L/100km

Suihkumoottorikoneiden taloudellisuusetu penkkiä kohti tulee niiden isommasta koosta (penkkimäärästä). Lisäksi turbopropia nopeampi suihkari voi kuljettaa yhden päivän aikana enemmän matkustajia, josta seuraa tietysti edullisempia lukemia tilastoihin. Täytyy myös muistaa, että ne penkit pitää myös saada täyteen matkustajia, jotta suihkarilla lentäminen olisi oikeasti halvempaa. 

 

 

[Matti Hyötyniemi 431]

On 24.10.2019 at 11:55 PM, Seppo Koivisto said:

Pienillä nopeuksilla halkaisijaltaan suuren potkurin hyötysuhde on parempi, mutta heikkenee 0,7 machin paikkella. Hitaasti pääsee pienellä kulutuksella, mutta nopeampi kone ehtii heittää useamman pokan. Kuva on vanhasta kirjasta Elements of Gas Turbine Propulsion, pystyakselilla on ominaiskulutus työntövoimaa kohti.

Kirjassa ei vielä ennakoitu UDF (unducted fan / propfan / ultra high bypass ratio turbofan) -potkureiden mahdollisuuksia, joilla voitaisiin ehkä päästä jonnekin yläkäyrissä "Advanced propin" ja korkean ohivirtaussuhteen (high BPR) puhallinmoottorin välille. Näitähän kokeiltiin 80-luvulla. Taloudellisuus ja melutasotkin olisi ehkä saatu kohdalleen, mutta homma ei edennyt. Myöhemminkin ajatukseen on palattu aina polttoaineen hinnan käydessä ylempänä ja haudattu uudelleen hintatason taas laskiessa. 

Varmaan suunnitelmat kaivetaan arkistoista taas kerran esiin, kun polttoaineen hinnat (tai esim. haittaverotus) seuraavan kerran pomppaavat kunnolla ylöspäin pidemmäksi aikaa.

(Wikimedia)

 

 

Muokattu: Marraskuu 3, 2019, käyttäjä: Matti Hyötyniemi

[Eero Aitamaa 0]

8 tuntia sitten, Ville Väisänen kirjoitti:

Kyllä turboprop kuluttaa aina vähemmän polttoainetta sekä absoluuttisesti että matkustajaa kohden kuin suihkumoottori, kun puhutaan samankokoisista koneista. Esim. viitatun taulukon mukaan:

Embraer E175 (88 paikkaa) 2.44 kg/km / 3.44 L/100km

Dash-8-Q400 (82 paikkaa) 1.83 kg/km  / 2.79  L/100km

Suihkumoottorikoneiden taloudellisuusetu penkkiä kohti tulee niiden isommasta koosta (penkkimäärästä). Lisäksi turbopropia nopeampi suihkari voi kuljettaa yhden päivän aikana enemmän matkustajia, josta seuraa tietysti edullisempia lukemia tilastoihin. Täytyy myös muistaa, että ne penkit pitää myös saada täyteen matkustajia, jotta suihkarilla lentäminen olisi oikeasti halvempaa. 

 

 

Siinä taulukossa kaikki alle kahden litran sarjaan sijoittuneet oli puhallinmoottorikoneita. Lue toi edellinen viestini. Taulukossa nimenomaan mitattiin kulutusta penkkiä kohden.

[Sami Tuomisto 530]

9 tuntia sitten, Eero Aitamaa kirjoitti:

Siinä taulukossa kaikki alle kahden litran sarjaan sijoittuneet oli puhallinmoottorikoneita. Lue toi edellinen viestini. Taulukossa nimenomaan mitattiin kulutusta penkkiä kohden.

Katsot nyt 1000NM taulukkoa, johon esimerkiksi ATR72 ei mahdu. Siihen on syynsä, koska ATR ei täydellä lastilla lennä tuota matkaa.

YLEISTÄ KULUTUKSESTA JA PÄÄSTÖISTÄ SEKÄ HIEMAN TALOUDELLISUUDESTAKIN

Lyhyillä matkoilla proppi on taloudellisempi (ja vähäpäästöisempi), mutta hieman pidemmillä taas jetti. Taloudellisuus ja päästöt riippuvat myös payloadin eli matkustajien ja rahdin määrästä. Lentokoneen kulutus taas aikayksikköä kohden on suurimmillaan erityisesti lentoonlähdössä, mutta myös laskussa, joten lyhyillä lennoilla taloudellisuus erityisesti polttoaineen suhteen on huonompi kuin hieman pidemmillä, kun suurin osa lennosta on tuota lentoonlähtöä ja laskua. Jossain vaiheessa lentoa jetti tulee penkkiä kohden taloudellisemmaksi mm. isomman paikkamäärän, suuremman huippunopeuden ja pidemmän kantaman vuoksi.

Esimerkiksi Helsinki-Turku/Tampere väleillä ei pitäisi edes lentää ollenkaan, vaan ajella junalla. 

Suomea ja sen sijaintia koskeva mielenkiintoinen juttu on myös se, että lentoonlähdön vaatimasta polttoaineesta huolimatta joskus taloudellisempaa ja vähäpäästöisempää voi olla lentää esimerkiksi Aasiasta Helsinkiin laajarungolla ja eteenpäin Eurooppaan kapearungolla. Tietysti kokonaisuus riippuu paljon myös siitä mihin jatkomatkustajat jatkavat.

Jokaiselle koneelle on olemassa oma "sweet spot", jonka jälkeen taloudellisuus huononee ja päästöt kasvavat, kun yhä suurempi osa mukana olevasta polttoaineesta palaa vain sen kantamiseen. Tähän vaikuttaa esimerkiksi payload, reitin pituus ja sille mahdollinen kalusto.

Esimerkiksi Aasia on optimietäisyydellä A350-900:lle Helsingistä. Alla pari todella karkeaa esimerkkiä.

ESIM1:

KIX-MAD välin voi lentää Iberialla suoraan (A330-200) tai Finnairilla välilaskulla (A350+A320). Alla laskelmat Wikipedian luvuilla, nollatuulessa, isoympyräreittejä pitkin ja täysillä koneilla, reitti kun menee sattumalta vielä suoraan Helsingin yli.

KIX-MAD 6649NM, kulutus noin 80 tonnia.
KIX-HEL 4816NM, kulutus noin 53 tonnia.
HEL-MAD 1833NM, kulutus noin 10 tonnia.

Tämän karkean esimerkin mukaan Finnairin kalustolla voi lentää kaikki matkustajat yhdellä laajarungolla ja kahdella kapearungolla MAD-HEL pienemmällä kulutuksella ja päästöillä kuin Iberia tekee sen yhdellä koneella. Taloudellisuus taas on eri juttu, sillä kuluja on paljon muitakin kuin pelkkä polttoaine.

Avausviestissä puhuttiin kuitenkin erityisesti kulutuksesta (päästöistä). Käytettäessä Wikipedian istuinkohtaisia kulutuksia, yksittäisen matkustajan kohdalla tämä tarkoittaa noilla luvuilla KIX-MAD noin 400kg kulutusta, kun KIX-HEL-MAD välille palaa 250kg+80kg=330kg. Ero vain kasvaa, jos Madridista olisi tarkoitus jatkaa vaikka Barcelonaan, johon pääsee myös Finnairin lennolla. Luvut eivät aivan täsmää, jos jakaa vain kulutuksen taulukon matkustajamäärällä, mutta suunta on molemmissa tapauksissa sama.

ESIM2:

Vastaavat luvut NRT-CPH (SAS, A340-300) ja NRT-HEL-CPH (A350+A320) lennoille ovat seuraavanlaiset:

NRT-CPH 5427NM, kulutus noin 70+ tonnia.
NRT-HEL 4877NM, kulutus noin 54 tonnia.
HEL-CPH 556NM, kulutus noin 3,2 tonnia.

Penkkikohtainen kulutus Wikipedian luvuilla NRT-CPH noin 350kg, kun NRT-HEL-CPH 215kg+25kg=240kg. Luvut eivät tässäkään aivan täsmää, mutta suunta on tässäkin molemmissa tapauksissa sama.

Tästä esimerkistä kuitenkin nähdään, että jopa lyhyemmillä matkoilla ero voi olla välilaskullisen hyväksi, riippuen konekalustosta.

Helsingin sijainti on siis melko edullinen lentoyhtiön hubille todella moneen kohteeseen, myös päästöjen kannalta eikä pelkän konekierron vuoksi.

Näitä esimerkkejä voisi joku laskeskella maakohtaisen lentoveron puolustajille enemmänkin ja todistaa, että Suomen kautta Finnairilla lentäminen on joissain tapauksissa jopa ekoteko.

Lennon taloudellisuus riippuu tietysti lopulta näiden asioiden lisäksi eniten kysynnästä, eli minkä verran matkustaja- ja rahtikapasiteettia saadaan myytyä ja millä hinnalla. Suorasta lennosta on helppo pyytää enemmän rahaa, jolloin pieni kulutuslisä ei välttämättä haittaa. Päästöjä se kuitenkin lisää.

Ylläolevia laskelmia voi pitää täysin fiktiivisinä ja jos jokin luku on pahasti pielessä, niin saa korjata.

Muokattu: Marraskuu 4, 2019, käyttäjä: Sami Tuomisto

[Eero Aitamaa 0]

Venäläiset käyttää sellaisia potkuriturbiinikoneita, missä on n.s. tuplapotkurit eli 2 peräkkäistä potkuria pyörii eri suuntiin. Miksei länsimaiset valmistajat tee sellaisia ja onko sen hyötyjä tai haittoja tutkittu?

[Juha Sippola 9]

Eri suuntiin pyörivär potkurit synnyttävät kuulemani mukaan meluhaittaa.

[Seppo Kohonen 313]

12 tuntia sitten, Eero Aitamaa kirjoitti:

Venäläiset käyttää sellaisia potkuriturbiinikoneita, missä on n.s. tuplapotkurit eli 2 peräkkäistä potkuria pyörii eri suuntiin. Miksei länsimaiset valmistajat tee sellaisia ja onko sen hyötyjä tai haittoja tutkittu?

Kaksoispotkureita käytettiin länsimaissakin, etenkin Briteissä, 40-50 luvulla. Mm. Avro Schackleton, Westland Wyvern, Fairey Gannet, jne.

Potkurikoneiden moottoritehot alkoivat olla 50-luvulla olla 3 000 - 5 000 hv, joten vääntöäkin oli aika reippaasti. Esim. 4 000 hv vaikkapa 2 000 kierroksella tekee vääntömomentiksi reilut 14 000 Nm, (Nykyauton 400 Nm tuntuu äkkiä kovin pieneltä . )

Kuznetsov NK-12 potkuriturbiini on teholtaan ~15 000 hv eli vääntöä on vielä enemmän.

Kaksoispotkurin suurin etu on juuri tuon potkurin vääntömomentin kumoaminen. Haittana lisääntynyt melu, paino ja monimutkaisuus (=kallis valmistaa ja huoltaa). Kaksoispotkurin hyötysuhde on vähän parempi, kuin yhden, mutta osa hyödystä häviää puolestaan vaihteistoon. Sotavehkeissä hyötysuhteella ei ole ihan niin isoa merkitystä, mutta siviilipuolella etenkin melu on ongelma. .

 

 

[Risto Sollo 22]

Kuznetsovin,kuten Republic Thunderscreechin meluisuuteen lienee syynä potkurinlapojen liikuminen yli äänennopeudella.Subsoonisilla en ole ainakaan lukenut olleen vastaavaa ongelmaa.Macchin vesikoneidennopeusennätyskoneella (kehitin sanahirviön)2-30-luvulla näkyi olevan perättäiset potkurit,ja molemmille omat moottorit,peräkkäin...

[Eero Aitamaa 0]

Ei siinä tuplapotkurissa tarvita kahta moottoria. Niitä on sekä pienveneiden perämoottoreissa että isommissa laivoissa. 

Muokattu: Tammikuu 22, 2020, käyttäjä: Eero Aitamaa

[Eero Aitamaa 0]

[Eero Aitamaa 0]

Tossa on juurikin toi Antonov, missä on tuplapotkurit.

 

[Seppo Kohonen 313]

Tu-95;n ääninäyte

 

[Risto Sollo 22]

Niin,ei tarvita kahta moottoria,alennusvaihteeseen muutama ratas lisää ja aksilanpätkä...Huokaus.

[Seppo Kohonen 313]

Macchi M.C.72 tehtiin vuonna 1931, jolloin yhdellä moottorilla vielä saatu riittävästi tehoa.

Koneessa käytetty Fiat AS.6-moottori oli kaksi erillistä moottoria (2 x ~1 500 hv), jotka tosiaan pyörittivät kumpikin omaa potkuriaan

" The novel solution was to couple two AS.5 V12 engines in tandem to produce a V-24 with each engine independently driving one of a pair of contra-rotating propellers through co-axial shafts. Except for sharing a common mechanical supercharger, the unit was more a "tandem V12" than a true V24,..."

 

Macchi M.C.72:n vedestä nousevien potkurikoneiden nopeusennätys 709,209 km/h vuodelta 1934 on muuten edelleen voimassa.

 

[Risto Sollo 22]

Kuvasta ei oikein ällää miten takimmaisen moottorin teho välitetään eteen...Akselilla etukoneen v-tilassa,villi veikkaus...Ja olipas Fiatilla tehokkaita moottoreita jo tuohon aikaan.

[Seppo Kohonen 313]

Kuvaus systeemistä:

https://oldmachinepress.com/2012/10/14/fiat-as-6-aircraft-engine-for-the-mc-72/

Tämä tosin alkaisi sopia ehkä paremmin tuonne ilmailuhistoria-ketjuun.

 

Muokattu: Tammikuu 25, 2020, käyttäjä: Seppo Kohonen