Aus dem Auto bewährt, sind die Kolbenmotoren auch bei Flugzeugen eine beliebte Form, Schub zu erzeugen. Das Prinzip ist dabei dasselbe: Luft wird angesaugt, mit Kraftstoff versetzt, das Gemisch wird verdichtet und gezündet. Bei der Verbrennung wird Energie frei, die dann über eine Kurbelwelle an eine Luftschraube weitergegeben wird. Die Luftschraube nun wieder ist mit mehreren Blättern mit dem Profil ähnlich dem eines Flügels bestückt. Durch die Rotation verdrängen diese Blätter Luft nach hinten, was nach den newtonschen Gesetzen eine Bewegung nach vorne bewirkt. Der Propeller arbeitet dabei sehr effizient, gibt also viel von der Wellenenergie an die Luft ab.
Die Bauformen für Flugzeugmotoren sind genauso unterschiedlich wie bei Autos. Von kleinen Motoren mit relativ wenig Leistung bishin zu PS-starken Rennmotoren, ob Zwei- oder Viertakter ist alles auf Flugzeugen zu finden. Die Blüte hatten Kolbenmotoren vermutlich am Anfang des zweiten Weltkriegs, als sie die einzige verfügbare Technologie waren und für Militärflugzeuge auf unvorstellbare Leistungen gezüchtet wurden. Zur Glanzzeit der Kolbenmotoren flog zum Beispiel der Wright R-3350 auf Mustern wie der Super Constellation über den Atlantik. Mit seinen 18 Zylindern und rund 55 Litern Hubraum entwickelte dieser Motor eine maximale Leistung von 3900 PS. Diese Motoren waren zwar gewaltig und leistungsstark, allerdings nicht besonders zuverlässig, was der Super Constellation den Spitznamen „zuverlässigste dreimotorige Maschine“ einbrachte.
Für den Einsatz im Flugzeug gibt es zwei wichtige Unterschiede zu den Motoren der Autoindustrie. Zunächst besitzen Flugzeugmotoren zwei unabhängige Zündkreisläufe, die beide kontinuierlich arbeiten. Das stellt ein Sicherheitsmerkmal dar, da ein Zündkreis die Arbeit übernehmen kann, falls der zweite ausfällt. Der andere Unterschied kommt daher, dass Flugzeugmotoren im Gegensatz zu Automotoren in signifikant unterschiedlichen Höhen betrieben werden. Das hat zur Folge, dass die angesaugte Luft nach oben hin eine abnehmende Dichte hat. Wird nun in diese Luft die gleiche Menge Kraftstoff eingespritzt wie am Boden, steht dem Kraftstoff weniger Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung. Die Verbrennung produziert infolge mehr Abfallprodukte wie Ruß und Wasser. Daher steigen der Kraftstoffverbrauch und die Abnutzung des Motors. Um dieses Problem zu umgehen, sind Flugzeugmotoren mit einer Vorrichtung ausgestattet, um das Gemisch aus Luft und Kraftstoff einzustellen. Typischerweise ist der oder die Hebel dafür im Cockpit rot gekennzeichnet. Dieser Hebel reguliert nun das Verhältnis von Luft zu Treibstoff und muss vom Piloten im Reiseflug so eingestellt werden, dass Luft und Kraftstoff im optimalen Verhältnis verbrennen. Dieser Vorgang heißt Leanen.
Üblicherweise orientiert man sich beim Leanen an der Abgastemperatur – durch die unvollständige Verbrennung und die dabei entstehenden Nebenprodukte kühlen sich der Zylinder und die Abgase ab. Der Pilot reduziert nun so lange den Kraftstoffanteil am Gemisch, bis die Abgastemperatur ihren höchsten Punkt erreicht. Ausgehend von diesem Maximum wird das Gemisch nun wieder soweit angereichert, dass die Abgastemperatur um etwa 50°C sinkt. Damit ist der Motor in einem Sprit sparenden Betriebspunkt, der jedoch dem Motor keinen Schaden zufügt. Der Propeller überträgt nun die Bewegung der Welle in eine Luftströmung, die das Flugzeug nach vorne drückt. Dazu ist der Propeller mit einem Profil versehen wie ein Flugzeugflügel, und hat im übrigen die gleichen Betriebscharakteristiken, kann also stallen und unterliegt auch dem induzierten Widerstand.
Da ein Propellerblatt nicht über die ganze Länge die gleiche Geschwindigkeit gegenüber der Luft hat, ist er nicht über die ganze Länge gleich konstruiert. In der Nähe der Propellernabe, also innen, hat er ein stärkeres Profil und einen größeren Anstellwinkel. Damit produziert er an dieser Stelle auch bei der niedrigen Geschwindigkeit Auftrieb, oder Schub. Je weiter man am Blatt nach außen geht, desto flacher wird der Anstellwinkel und die Dicke des Profils nimmt ab. Weil der Propeller sich hier schneller durch die Luft bewegt, erzeugt er immer noch Auftrieb, beziehungsweise Schub.
Der Anströmwinkel ist heutzutage bei vielen Propellerflugzeugen sogar verstellbar. Dabei kann zwischen einer schwachen Steigung, also einem kleinen Anströmwinkel und einer starken Steigung reguliert werden. Bei konstanter Drehzahl reguliert diese Einstellung also den Schub des Propellers. Diese Bauform nennt man Festdrehzahlpropeller oder „constant speed propeller“. Nötig ist hierbei natürlich eine weitere Kontrolleinheit, die heutzutage üblicherweise als blauer Hebel im Cockpit auftaucht.
Im Betrieb stellt der Pilot also eine Wunschdrehzahl mit der Propellerverstellung ein, und reguliert dann den Gashebel, also letztendlich die Menge eingespritzten Kraftstoffs, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erhalten. Die Werte für den optimalen Propellerbetriebspunkt sind den jeweiligen Handbüchern zu entnehmen.
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